Anais Do I Congresso Fluminense De Engenharia Tecnologia E Meio Ambiente - Uff 2013 1ih3l

UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE ESCOLA DE ENGENHARIA

ANAIS I CONENGE

I CONGRESSO FLUMINENSE DE ENGENHARIA TECNOLOGIA E MEIO AMBIENTE

1ª Edição

Editores:

EDNILTON TAVARES DE ANDRADE LUCIANA PINTO TEIXEIRA JÉSSICA ZIMMERMANN ESPÍNDOLA

Niterói – RJ 2013

Ficha Catalográfica elaborada pela Biblioteca da Escola de Engenharia e Instituto de Computação da Universidade Federal Fluminense

C749

Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente (1.: 2013: Niterói, RJ). Anais / I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente; organização Escola de Engenharia da Universidade Federal Fluminense, Niterói, RJ. – Niterói : [s.l], 2013. 1 CD-ROM Evento realizado no período de 21 a 25 de outubro de 2013. ISBN 9788567340005

1. Engenharia. 2. Tecnologia. 3. Ciências Aplicadas. 4. Meio Ambiente. 5. Inovação. I. Escola de Engenharia. II. Título. CDD 620 (21. ed)

APRESENTAÇÃO A Escola Fluminense de Engenharia (EFE) foi criada em 31 de outubro de 1952 pelo Engenheiro Octávio Reis de Catanhede Almeida, professor e ex-diretor da Escola Nacional de Engenharia. Em 2012, a Escola de Engenharia da UFF completou 60 anos de existência, data esta relevante para a consolidação de sua importância no meio acadêmico, sobretudo na formação de excelentes profissionais do segmento tecnológico. Atualmente foram traçados novos rumos para o desenvolvimento sustentável renovando os compromissos políticos assumidos no ado, e hoje incorporados às metas do segmento tecnológico. Nesse contexto, a Semana de Engenharia da UFF, evento anual que se encontra inserido no calendário da Agenda Acadêmica da UFF, neste ano de 2013, completará sua XV edição, justificando o tema “Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente” dada a necessidade de colocar em discussão assuntos relevantes do ponto de vista da contribuição fornecida pela ciência e pela tecnologia para o desenvolvimento da nação, principalmente, os avanços tecnológicos alcançados e implementados pela engenharia neste novo século. Tendo em vista a expansão das fronteiras rumo à interdisciplinaridade e a importância dada ao interesse da comunhão das áreas do segmento tecnológico, temos a satisfação de lançar um evento de grande magnitude que levará em seu nome, o tema da XV Semana Acadêmica da Escola de Engenharia. O I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente é um evento caracterizado pela oportunidade de promover trocas de experiências entre os acadêmicos e profissionais da área, com relação a conceitos de tecnologia através da apresentação de seus trabalhos científicos. O Evento tem o intuito de proporciona aos alunos, professores, profissionais das diversas áreas e à sociedade em geral, debates e palestras cujos temas norteiam às tecnologias relevantes para o desenvolvimento tecnológico e a sustentabilidade econômica, social e ambiental. A importância do evento consiste não só na apresentação dos assuntos que tangenciam a evolução da engenharia, como também, às mais modernas tecnologias existentes; através da apresentação de seus trabalhos e pesquisas desenvolvidas para impulsionar o fomento de novas idéias, além de capacitar este futuro profissional na promoção de melhorias futuras. Desta forma, a XV Semana de Engenharia ocorrerá concomitantemente com o I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente, onde espera-se contribuir com uma formação sólida e ética das profissões ligadas à área tecnológica, bem como, traçar um caminho que possa ser alcançado nos próximos anos para uma sociedade sustentável, desenvolvida e preparada para enfrentar os novos desafios impostos pela modernidade.

EDNILTON TAVARES DE ANDRADE Presidente da Comissão Organizadora do I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente e da XV Semana de Engenharia

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Todos os autores se responsabilizam pela autenticidade, aspectos técnicos, forma de escrita e direitos autorais dos artigos apresentados e constantes desse livro, insentando os membros responsáveis pela organização do I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente de qualquer responsabilidade de tal natureza.

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SUMÁRIO ANÁLISE DE PERCEPÇÃO DE IMPACTOS DA GESTÃO DE PROCESSOS NA IMPLANTAÇÃO DE SISTEMAS .......................................................................................... 15 VANTAGENS E DESVANTAGENS DO EVA® .................................................................. 25 ANÁLISE QUANTITATIVA DE FASES EM ZONA TERMICAMENTE AFETADA DE AÇO DUPLEX SOLDADO POR PROCESSO ARAME TUBULAR ................................... 33 PERCEPÇÕES A RESPEITO DA IMPLANTAÇÃO DA GESTÃO POR PROCESSOS EM UMA ÁREA DE UMA EMPRESA INTEGRADA DE ENERGIA ....................................... 39 OBTENÇÃO DE VIDRO A PARTIR DE RESÍDUO DE POLÍMERO REFORÇADO COM FIBRA DE VIDRO PARA PRODUÇÃO DE VITROCERÂMICO DO SISTEMA SIO2 – AL2O3 - CAO ........................................................................................................................... 49 INFLUÊNCIA DA CORRENTE DE SOLDAGEM AUTOMÁTICA TIG AUTÓGENONA MICROESTRUTURA DA JUNTA SOLDADA DO AÇO HIPERDUPLEX SAF2707 HD ATRAVÉS DE ANÁLISE E PROCESSAMENTO DIGITAL DE IMAGENS ..................... 59 CRISTALIZAÇÃO POR REFRIGERAÇÃO: UM EFICIENTE PROCESSO DE TRATAMENTO DE RESÍDUO CONTENDO DICROMATO DE POTÁSSIO ................... 68 PREVISÃO DE CARGA ELÉTRICA NO CURTO PRAZO COM REDES NEURAIS ....... 75 DETERMINAÇÃO DE MODELOS CINÉTICOS NA REMOÇÃO DE COBRE(II) RESIDUAL EM ADSORVENTES ALTERNATIVOS .......................................................... 85 O USO DO GEOPROCESSAMENTO NA GERAÇÃO DE INDICADORES DE PRESSÃO NO CÓRREGO LAGOINHA, UBERLÂNDIA, MINAS GERAIS........................................ 95 MODELO PARA SELEÇÃO DE TECNOLOGIAS DE TRATAMENTO DE ESGOTO ... 105 MODELAGEM DO CRISTALIZADOR A VÁCUO PARA TRATAMENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS DE REFINARIAS DE PETRÓLEO ........................................... 111 AVALIAÇÃO DA INFLUÊNCIA DO CO2 SOBRE A MICROESTRUTURA E TENACIDADE DA SOLDA DO AÇO API 5L X70 SOLDADO PELO PROCESSO METAL CORED .................................................................................................................................. 122 LOGÍSTICA REVERSA E O IMPACTO PARA O DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL.................................................................................................................... 129 ANÁLISE E PROJETO DE PLANEJAMENTO DE CÉLULAS NO PADRÃO UMTS DE TELEFONIA MÓVEL ........................................................................................................... 140 5

LEVANTAMENTO DAS PRINCIPAIS BACIAS HIDROGRÁFICAS AMEAÇADAS POR ÁREAS CONTAMINADAS NO ESTADO DO RIO DE JANEIRO ................................... 149 DETERMINAÇÃO DA ÁREA SUPERFICIAL ESPECÍFICA E DA POROSIDADE DE DUAS ARGILAS PROVENIENTES DA BACIA DE TAUBATÉ- SÃO PAULO ............. 156 ALIMENTAÇÃO DO PARATI MUGIL CUREMA NA LAGOA DE ARARUAMA,RJ .... 178 DETERMINAÇÃO DAS TENSÕES MECÂNICAS EM ESCORAMENTOS METÁLICOS REMANESCENTES POR MEIO DA EXTENSOMETRIA (STRAIN GAGE) .................. 185 SIMULAÇÃO NÚMERICA DA CAVITAÇÃO EM TURBOMÁQUINAS USANDO UM MÉTODO DOS PAINÉIS E UMA ABORDAGEM EULER-LAGRANGE ........................ 193 CARACTERIZAÇÃO E CLASSIFICAÇÃO DE CINZA DE LENHA PARA APROVEITAMENTO CERÂMICO ..................................................................................... 201 ESTUDOS EXPERIMENTAIS SOBRE A PRODUÇÃO DE BIOMASSA E ACUMULAÇÃO DE LIPÍDEOS POR UMA CIANOBACTÉRIA POTENCIALMENTE ÚTIL PARA A PRODUÇÃO DE BIOCOMBUSTÍVEL...................................................... 209 DESENVOLVIMENTO DE TIJOLO-SOLO CIMENTO PARA CONSTRUÇÃO CIVIL COM SOLO DO MUNICÍPIO DE UBÁ-MG ....................................................................... 217 TECNOLOGIA, DESIGN INTELIGENTE E AÇÕES COLABORATIVAS ...................... 224 AVALIAÇÃO DA INFLUÊNCIA DA UMIDADE NA PRIMAVERA DA REGIÃO AMAZÔNICA NA OCORRÊNCIA DA ZCAS .................................................................... 232 AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO E CALIBRAÇÃO DO SISTEMA DE PREVISÃO NUMÉRICA DO TEMPO POR CONJUNTOS DE ALTA RESOLUÇÃO ESPACIAL PARA A REGIÃO METROPOLITANA E SERRANA DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO..... 241 ANÁLISE ESTATÍSTICA DA RESISTÊNCIA MECÂNICA DE PISO CERÂMICO VITRIFICADO ...................................................................................................................... 250 PRODUÇÃO DE HIDROGÊNIO A PARTIR DA OXIDAÇÃO DO ÁCIDO ACÉTICO .. 257 PROPOSTA TECNOLÓGICA PARA TRATAMENTO DE EMISSÕES GASOSAS EM PROCESSO DE PINTURA INDUSTRIAL .......................................................................... 267 LIXO E SEGURANÇA DO VOO ......................................................................................... 275 AVES E LIXO PRÓXIMOS AOS AEROPORTOS.............................................................. 285 COLETOR AUTÔNOMO DE BOLAS DE TÊNIS .............................................................. 295

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A ENERGIA DO DENDÊ (Elaeais guineensis): GERAÇÃO E COGERAÇÃO NA INDÚSTRIA DE ÓLEO DE PALMA ................................................................................... 304 ESTUDO DAS TRAJETÓRIAS DOS POLUENTES EMITIDOS EM MACAÉ-RJ COM O USO DE MODELAGEM ATMOSFÉRICA ......................................................................... 315 SÍNTESE HIDROTERMAL PARA OBTENÇÃO DE FILMES FINOS NANOESTRUTURADOS DE ALUMINA DOPADO COM ÓXIDO DE CÉRIO - TÉCNICA DE SPRAY-PIRÓLISE .......................................................................................................... 327 CONVERSÃO DE BETUME A BAIXA TEMPERATURA A PARTIR DE AREIAS BETUMINOSAS ................................................................................................................... 334 A IMPORTÂNCIA DO SISTEMA DE GERENCIAMENTO DE RESÍDUOS DE SAÚDE NA PREVENÇÃO DE DESASTRES. AVALIAÇÃO DO PANORAMA EM TRÊS INSTITUIÇÕES DE SAÚDE NO ESTADO DO RIO DE JANEIRO .................................. 345 A INFLUÊNCIA DO AEROPORTO INTERNACIONAL ANTÔNIO CARLOS JOBIM NA QUALIDADE DO AR NA REGIÃO METROPOLITANA DO RIO DE JANEIRO- RMRJ ................................................................................................................................................ 352 O LIXO URBANO E O MORRO DO BUMBA: UMA TRAGÉDIA ANUNCIADA ......... 358 DESDOBRAMENTOS DO PROJETO MACACU NO ÂMBITO DAS METAS DO GOVERNO DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO .............................................................. 368 COMPARAÇÃO DA DEGRADAÇÃO E DA FOTODEGRADAÇÃO DO AZUL DE METILENO UTILIZANDO ÓXIDO DE CROMO(III) RECUPERADO ............................ 385 LOGÍSTICA REVERSA NA DESTINAÇÃO FINAL DE RESÍDUOS DE ÓLEO LUBRIFICANTE ................................................................................................................... 392 ANÁLISE DO CICLO DE VIDA E A UTILIZAÇÃO DA LOGÍSITCA REVERSA ......... 399 AQUECIMENTO GLOBAL SOB A CONCEPÇÃO DOS ALUNOS DO PRIMEIRO PERÍODO DO CURSO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS DA UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE (UFF)............................................................................................................ 409 ANÁLISE DO MÉTODO ORDINAL DE DECISÃO MULTICRITÉRIO DO VETO ........ 419 ESPAÇOS DE RISCO À SAÚDE HUMANA NA REGIÃO METROPOLITANA DO RIO DE JANEIRO: UM ESTUDO DAS TRAJETÓRIAS DE POLUENTES ATMOSFÉRICOS DO ARCO METROPOLITANO, CSA E COMPERJ ........................................................... 430 AVALIAÇÃO DA CONDIÇÃO DE VIDA DOS HABITANTES DO SEMIÁRIDO NORDESTINO PARA PROPOSTA DE PLANO QUE VISE SUA MELHORIA .............. 440

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CINÉTICA DE SECAGEM DA ACEROLA IN NATURA ................................................. 447 CONTRAÇÃO VOLUMÉTRICA DA ACEROLA IN NATURA ....................................... 456 AVALIAÇÃO DAS ALTERAÇÕES DO REGIME FLUVIAL DO RIO PARAÍBA DO SUL PELA OPERAÇÃO DOS APROVEITAMENTOS HIDRELÉTRICOS .............................. 464 DETERMINAÇÃO DO EQUILÍBRIO HIGROSCÓPICO E DO CALOR ISOSTÉRICO DA PIMENTA DEDO DE MOÇA (Capsicum baccatum) .......................................................... 471 AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO E DOS RESULTADOS PRODUZIDOS PELO SISTEMA DE PREVISÃO NUMÉRICA DO TEMPO POR CONJUNTOS DE ALTA RESOLUÇÃO ESPACIAL PARA A REGIÃO METROPOLITANA E SERRANA DO RIO DE JANEIRO ......................................................................................................................... 482 REVISÃO SISTEMÁTICA DE LITERATURA/ ANÁLISE DESCRITIVA DA APLICAÇÃO DE MÉTODOS DA PRODUÇÃO MAIS LIMPA EM ORGANIZAÇÕES . 491 POTENCIAL ECOTOXICOLÓGICO DO ESTROGÊNIO 17Α-ETINILESTRADIOL: UMA REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ............................................................................................... 498 AVALIAÇÃO PRELIMINAR DO IMPACTO DE SOFTWARES DE SIMULAÇÃO NO ENSINO DA ENGENHARIA QUÍMICA E DE PETRÓLEO ............................................. 508 USANDO TÉCNICAS DE CAD NO PROJETO DE UM ROBÔ ASPIRADOR DE PÓ .... 520 ESTADO DA TÉCNICA E MODELAGEM COMPUTACIONAL DE UM VEÍCULO AÉREO NÃO TRIPULADO (VANT) .................................................................................. 528 DETERMINAÇÃO DA VISCOSIDADE CINEMÁTICA, VISCOSIDADE DINÂMICA E MASSA ESPECÍFICA DO ÓLEO RESIDUAL DE FRITURA ........................................... 539 CINÉTICA DE SECAGEM DO MORANGO ...................................................................... 544 ANÁLISE DA CONTRAÇÃO VOLUMÉTRICA DO MORANGO.................................... 553 AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO DE UM COMPÓSITO RESINA EPÓXI-ABRASIVO COMO FERRAMENTA DE CORTE PARA POLIMENTO DE PORCELANATO EMPREGANDO PROCESSAMENTO DE IMAGENS ....................................................... 560 UMA PLATAFORMA DE MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE TANQUES NÃO LINEAIS DE ARMAZENAMENTO BASEADA NO MATLAB........................................ 568 ESTUDO DO DESEMPENHO DE ÓLEOS VEGETAIS E MINERAL UTILIZADOS COMO FLUIDO DE CORTE NO PROCESSO DE RETIFICAÇÃO .................................. 579

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CARACTERIZAÇÃO FÍSICA DE MISTURA TERRA-CARVÃO EM DIFERENTES PROPORÇÕES ...................................................................................................................... 588 AVALIAÇÃO DE CARBONILAS NA ATMOSFERA INTERIOR E EXTERIOR DE SALAS DE AULA DE ESCOLAS PÚBLICAS ................................................................... 596 CINÉTICA DE SECAGEM DO FIGO (Ficus carica L.) ..................................................... 606 CARACTERIZAÇÃO DE PÓS DO AÇO AISI 316 NITRETADOS A PLASMA PARA OBTENÇAO DE PEÇAS VIA METALURGIA DO PÓ ...................................................... 616 SÍNTESE DE BIODIESEL A PARTIR DE DIVERSAS OLEAGINOSSAS COM ETANOL VIA CATÁLISE BÁSICA ..................................................................................................... 625 ANÁLISE DA CONTRAÇÃO VOLUMÉTRICA DO FIGO (Ficus carica L.) ................... 632 RECONHECIMENTO DE PADROES DE IMPACTO AMBIENTAL URBANO UTILIZANDO FERRAMENTAS DE MINERACAO DE DADOS .................................... 639 ESTUDO DA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DE REATOR DE CAVITAÇÃO HIDRODINÂMICA PARA O AQUECIMENTO CONTROLADO DE LÍQUIDOS .......... 649 INOVAÇÕES TECNOLÓGICAS NO SETOR DE TELECOMUNICAÇÕES E SUAS INFLUÊNCIAS NOS RESULTADOS DAS EMPRESAS ................................................... 659 A NOVA AGÊNCIA NACIONAL DE TELECOMUNICAÇÕES ...................................... 671 COMPARAÇÃO DE DESEMPENHO ENTRE O MÉTODO DOS ELEMENTOS DE CONTORNO COM DUPLA RECIPROCIDADE E O MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS EM PROBLEMAS DE POISSON......................................................................... 682 EXTRAÇÃO DO ÓLEO, PRODUÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE PROPRIEDADES FÍSICAS DO BIODIESEL DE SEMENTES DE MARACUJÁ (iflora edulis)............. 690 CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA DE SOLO CONTAMINADO POR RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS NA ESTRADA ARROIO PAVUNA EM JACAREPAGUÁ NO MUNICÍPIO RIO DE JANEIRO ........................................................................................... 696 PROBLEMA DE DISTRIBUIÇÃO COM DEMANDAS ESTOCÁSTICAS ...................... 705 CARACTERIZAÇÃO DO BIODIESEL DE ÓLEO RESIDUAL ........................................ 715 DIETA DA CORVINA, MICROPOGONIAS FURNIERI NA LAGOA DE ARARUAMA-RJ ................................................................................................................................................ 721

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VERIFICAÇÃO DO TEOR DA EMISSÃO DE AMÔNIA NO INTERIOR DE UM AVIÁRIO DE POSTURA EM ALTA DENSIDADE E SUA INFLUENICA PARA A SAÚDE DO TRABALHADOR............................................................................................. 728 PRODUÇÃO DE DIHIDROXIACETONA A PARTIR DE GLICERINA SUBPRODUTO DO BIODIESEL UTILIZANDO GLUCONOBACTER OXYDANS ...................................... 736 FILOSOFIA DE SELEÇÃO DE MATERIAIS PARA VASOS DE PRESSÃO APLICÁVEL A UNIDADES DE PROCESSO EM REFINARIAS ............................................................ 744 ESTUDO DE PELOTAS DE MINÉRIO DE FERRO NO PROCESSO GRELHA MÓVEL EM FORNO POT GRATE .................................................................................................... 753 PRODUÇÃO DE RESINA DE POLICARBONATO E ESTUDO DE CASO DESSE PLÁSTICO DE ENGENHARIA ........................................................................................... 761 DETERMINAÇÃO DAS PROPRIEDADES FÍSICAS DAS SEMENTES DE MUCUNA PRETA ................................................................................................................................... 770 DETERMINAÇÃO DA VELOCIDADE TERMINAL DAS SEMENTES DE MUCUNA PRETA (Mucuna pruriens L.) ............................................................................................... 778 UMA METODOLOGIA PARA A DETERMINAÇÃO DO POTENCIAL DEREDUÇÃO DE EMISSÕES DE CO2 A PARTIR DA APLICAÇÃO DO SISTEMA DE GESTÃO EFICIENTE DA ENERGIA EM ORGANIZAÇÕES ........................................................... 784 ANÁLISE DA INDÚSTRIA DE CAPROLACTAMA NO BRASIL E NO MUNDO: ROTAS DE PRODUÇÃO, HISTÓRICO E PROJEÇÕES .................................................................. 792 GÊNERO E ÁGUA: O PAPEL DA MULHER NA GESTÃO COMUNITÁRIA DA ÁGUA ................................................................................................................................................ 803 USO DE CIRCUITO RC PARA ESTIMATIVA DA UMIDADE DO SOLO. .................... 811 CULTIVO DE ALFACE ROMANA (Lactuca sativa) SOB DIFERENTES TENSÕES DE ÁGUA NO SOLO .................................................................................................................. 818 POSSÍVEIS CAUSAS DO TURNOVER NO COMÉRCIO VAREJISTA ............................ 823 PRODUÇÃO E CARACTERIZAÇÃO CROMATOGRÁFICA DE BIODIESEL FEITO A PARTIR DE ÓLEOS DE SOJA E CANOLA ....................................................................... 833 ESTUDO TÉORICO DOS COMPOSTOS BENZIMIDAZOL E BENZOTRIAZOL COMO INIBIDORES DE CORROSÃO ............................................................................................ 841 ESTUDOS DE PRIMEIROS PRINCÍPIOS DE DERIVADOS DA 2METILIMIDAZOLINA: MODELO DE INIBIDOR DE CORROSÃO ............................... 847 10

USO DIRETO DAS FUNÇÕES DE INTERPOLAÇÃO DE BASE RADIAL MODELANDO O TERMO FONTE APLICADO AO MÉTODO DOS ELEMENTOS DE CONTORNO. .. 859 TRATAMENTO DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS, INTRODUZINDO UMA NOVA TECNOLOGIA PARA O CENÁRIO BRASILEIRO: PIRÓLISE LENTA A TAMBOR ROTATIVO ........................................................................................................................... 867 A INFLUÊNCIA DA MUDANÇA CLIMÁTICA NA INTENSIDADE E DISTRIBUIÇÃO DAS CHUVAS EM QUATRO ESTAÇÕES METEOROLÓGICAS ................................... 877 A CARACTERIZAÇÃO DE RESERVATÓRIOS DE PETRÓLEO E A PROSPECÇÃO SÍSMICA ................................................................................................................................ 888 QUALIDADE TOTAL APLICADA NA GESTÃO DE FORNECEDORES ....................... 896 CONTROLE AMBIENTAL DA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO TIETÊ .................... 907 AVALIAÇÃO DA ABORDAGEM RURAL NOS PLANOS MUNICIPAIS DE SANEAMENTO BÁSICO DE CARIÚS, LIMOEIRO DO NORTE E QUIXELÔ/CE........ 916 GERAÇÃO DE HIDROGÊNIO PELA DECOMPOSIÇÃO CATALÍTICA DO METANO EM CATALISADORES DE CO/SIO2 PROMOVIDOS POR NI E FE ................................ 926 PANORAMA DA PRODUÇÃO DE PARA-XILENO NO BRASIL E OS REFLEXOS NA PRODUÇÃO DE PTA E PET ............................................................................................... 935 GESTÃO EM CONCESSIONÁRIAS DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA .. 946 UTILIZAÇÃO DE UM MODELO ACOPLADO PARA AVALIAÇÃO DO IMPACTO DO DESMATAMENTO AMAZÔNICO NA PRECIPITAÇÃO DA REGIÃO NORDESTE.... 955 ANÁLISE DE PROJETOS DE IRRIGAÇÃO DE FORMA SUSTENTÁVEL EM CAMPOS DE FUTEBOL........................................................................................................................ 964 AVALIAÇÃO DO REAPROVEITAMENTO DO RESÍDUO PROVENIENTE DO POLIMENTO DO PORCELANATO NA MELHORIA DO CONFORTO TÉRMICO DE NOVOS PRODUTOS CERÂMICOS .................................................................................... 971 ANÁLISE COMPARATIVA DOS ASPECTOS QUALITATIVOS DAS CERTIFICAÇÕES PARA CONSTRUÇÕES SUSTENTÁVEIS MAIS UTILIZADAS NO BRASIL ............... 980 INFLUÊNCIA DA QUALIDADE DO AR NO INTERIOR DE GALPÕES AVÍCOLAS NA SAÙDE DOS TRABALHADORES ...................................................................................... 988 O USO DA GESTÃO DO CONHECIMENTO E DA TECNOLOGIA DA INFORMAÇÃO NA MELHORIA DO PROCESSO PRODUTIVO DE UMA INDÚSTRIA AUTOMOBILÍSTICA ........................................................................................................... 996 11

RISCOS FÍSICOS E ERGONÔMICOS DOS TRABALHADORES EM GALPÕES DE FRANGO DE CORTE DO TIPO DARK HOUSE.............................................................. 1007 LICENCIAMENTO AMBIENTAL DE EMPREENDIMENTOS MILITARES ............... 1015 ESTUDO SOBRE FONTES DE ENERGIA ATRAVÉS DA AVALIAÇÃO DO CICLO DE VIDA ENERGÉTICO NO ESTADO DO RIO DE JANEIRO............................................ 1025 ANÁLISE DA IMPLEMENTAÇÃO DE UM SISTEMA DE GESTÃO INTEGRADA EM ORGANIZAÇÕES DE TECNOLOGIA DA INFORMAÇÃO SOB A ÓTICA DA ALTA ISTRAÇÃO ............................................................................................................ 1037 PRODUTIVIDADE TOTAL DOS FATORES DA FROTA PESQUEIRA ARTESANAL À VELA NO ESTADO DO CEARÁ, BRASIL: UMA ANÁLISE DO ÍNDICE DE MALMQUIST. ..................................................................................................................... 1047 APLICANDO APRENDIZADO BASEADO EM INSTÂNCIAS NO PROJETO DE SISTEMAS DE ANCORAGEM EM ESTRUTURAS PARA PRODUÇÃO DE PETRÓLEO OFFSHORE ......................................................................................................................... 1058 A GESTÃO DE RECURSOS HIDRICOS E SUA IMPORTÂNCIA PARA A SUSTENTABILIDADE NO BRASIL................................................................................. 1066 RECUPERAÇÃO DE ÁREAS DEGRADADAS NA FORMAÇÃO DE CORREDORES FLORESTAIS NA FAZENDA DO INSTITUTO VITAL BRAZIL EM CACHOEIRAS DE MACACU ............................................................................................................................ 1078 ESTUDO DA DEGOMAGEM DO ÓLEO DE MARACUJÁ VISANDO A PRODUÇÃO DE BIODIESEL ......................................................................................................................... 1089 PRECIPITAÇÕES PROJETADAS PELO MODELO CLIMÁTICO GFDL-CM2 PARA A BACIA TOCANTINS-ARAGUAIA NOS PRÓXIMOS 100 ANOS.................................. 1094 MOBILIÁRIO URBANO VERSUS MOBILIDADE URBANA......................................... 1105 AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO DOS MÓDULOS ANTÁRTICOS EMERGENCIAIS (MAE) DO BRASIL A PARTIR DA SATISFAÇÃO DOS USUÁRIOS ........................... 1113 MÉTODO RANSAC PARA REGISTRO DE IMAGENS TÉRMICAS............................. 1121 A RELEVÂNCIA DE UM PROGRAMA EFICIENTE DE GERENCIAMENTO DE EFLUENTES HOSPITALARES: ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE ESTUDO DE CASOS EM HOSPITAIS NAS REGIÕES SUL E SUDESTE DO BRASIL ..................... 1131 CONTRIBUIÇÃO DA ENERGIA EÓLICA PARA A MATRIZ ENERGÉTICA BRASILEIRA E SEUS IMPACTOS AMBIENTAIS ......................................................... 1143

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A HISTÓRIA DA MATEMÁTICA COMO ELEMENTO INCENTIVADOR NO PROCESSO ENSINO-APRENDIZAGEM ......................................................................... 1153 UTILIZAÇÃO DE ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA NO CENTRO INTEGRADO AGROECOLÓGICO BARÃO DE LANGSDORFF (CEIA), MUNICÍPIO DE MAGÉ, RJ. .............................................................................................................................................. 1163 AVALIAÇÃO DA IMPLANTAÇÃO DO PROJETO “PAIS” EM UMA .......................... 1173 EFEITO DE TEMPERATURA NO COMPORTAMENTO MECÂNICA DO PEAD RECICLADO ....................................................................................................................... 1184 AVALIAÇÃO PRELIMINAR E PROPOSTA DE INTERVENÇÃO PARA MELHORIA DAS CONDIÇÕES DE DRENAGEM NA SUB-BACIA DO RIO TRAPICHE, ITAGUAÍ – RJ .......................................................................................................................................... 1191 BENEFÍCIOS E VANTAGENS DO SERVIÇO DE MUDLOGGING .............................. 1200 APLICANDO AS METODOLOGIAS DE ENSINO HANDS-ON E ENGENHARIA REVERSA NO PROJETO DE FABRICAÇÃO DO TORNO MECÂNICO DE LEONARDO DA VINCI COMO FERRAMENTA DE ENSINO ............................................................. 1209 CORROSÃO DE MOBILIÁRIO URBANO NO MUNICÍPIO DE UBÁ, ESTADO DE MINAS GERAIS.................................................................................................................. 1219 HÁBITO ALIMENTAR DA SARDINHA BANDEIRA, OPISTHONEMA OGLINUM NA LAGOA DE ARARUAMA, RJ ........................................................................................... 1226 ESTIMATIVA DA PRODUÇÃO DE BIOGÁS PELO RESÍDUO URBANO DO ATERRO SANITÁRIO DE SEROPÉDICA/RJ. .................................................................................. 1232 POTENCIAL DE APROVEITAMENTO DE GLICERINA RESIDUAL DO BIODIESEL POR ASPERGILLUS NIGER ............................................................................................... 1242 AVALIAÇÃO DAS MATÉRIAS PRIMAS EMPREGADAS PARA A PRODUÇÃO DO BIODIESEL EM CADA REGIÃO BRASILEIRA ............................................................. 1249 GERENCIAMENTO DE RECURSOS HÍDRICOS PARA INCÊNDIOS NA REGIÃO DAS PRAIAS DA BAIA, NA CIDADE DE NITERÓI ............................................................... 1260 AVALIAÇÃO DA CINÉTICA DE SECAGEM DO ALHO (Allium sativum L.) PARA A VELOCIDADE DE 0,33 M.S-1 ............................................................................................ 1267 IMPLEMENTAÇÃO DE WEBPAGES DINÂMICAS UTILIZANDO LUA ..................... 1277 RUÍDO OCUPACIONAL: ESTUDO DE CASO EM UMA INDÚSTRIA DE EMBALAGENS DE PAPELÃO. ........................................................................................ 1284 13

COMPARATIVOS ENTRE FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA UTILIZADAS EM FORNALHAS PARA SECAGEM DE CAFÉ..................................................................... 1290 ANÁLISE DE RISCOS DE ACIDENTES EM PORTOS BRASILEIROS ....................... 1300 PRODUÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE BIODIESEL DE CANOLA POR ULTRASSOM UTILIZANDO DIFERENTES PROPORÇÕES DE CATALISADOR .............................. 1311 AUTOMATIZAÇÃO DE SISTEMAS URBANOS (AGT):APLICAÇÃO AO METRÔ DE SÃO PAULO........................................................................................................................ 1317 AGLOMERADOS URBANOS EM ZONAS DE FRONTEIRA: CONSIDERAÇÕES SOBRE ANÀLISE CONJUNTA ....................................................................................................... 1326 REQUALIFICAÇÃO DE INFRAESTRUTURA URBANA: PROPOSTA PARA UMA NOVA PERIMETRAL ........................................................................................................ 1333 ESTUDO ECONÔMICO DA IMPLANTAÇÃO DE PIQUETES PARA GADO DE LEITE EM UMA PROPRIEDADE RURAL NO MUNICÍPIO DE SÃO FIDELIS -RJ ................ 1341 AVALIAÇÃO DE IMPACTOS AMBIENTAIS DE UMA ÁREA DE DISPOSIÇÃO DE RESÍDUOS UTILIZANDO A MATRIZ DE LEOPOLD ................................................... 1346 GERAÇÃO DE MAPA DE USO E OCUPAÇÃO DO SOLO DO MUNICÍPIO DE MARICÁ (RJ) POR MEIO DE CLASSIFICAÇÃO SUPERVISIONADA DE IMAGEM LANDSAT A PARTIR DO SOFTWARE ENVI ........................................................................................ 1355 MASSA ESPECÍFICA E VISCOSIDADE DE MISTURAS BINÁRIAS DE BIODIESEL DE ÓLEO DE SOJA E GIRASSOL .................................................................................. 1364

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

ANÁLISE DE PERCEPÇÃO DE IMPACTOS DA GESTÃO DE PROCESSOS NA IMPLANTAÇÃO DE SISTEMAS HELDER GOMES COSTA1, LUIZ FERNANDO DE SOUZA BARBIERI2, CLAUDIO LUIZ DE OLIVEIRA COSTA3 1

Doutor em Engenharia Mecânica, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, 2629-5615, [email protected] 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Durante a segunda metade dos anos 90 a implementação de sistemas de ERP (Enterprise Resource Planning) foi um dos principais focos de atenção relacionados à utilização de Tecnologia da Informação nas empresas do Brasil e do mundo. Enterprise Resource Planning são Sistemas de Informação adquiridos na forma de pacotes comerciais de software que integram dados dos sistemas de informação transacionais e dos processos de negócio de uma empresa. Este trabalho objetiva-se analisar a percepção de impactos da Gestão de Processos na implantação de sistemas ERP, onde, como metodologia foi selecionada uma amostra de empresas, utilizando como plano amostral a Amostragem por Julgamento (Stevenson, 2001), para aplicação de questionário em empresas de médio e grande porte previamente selecionadas. Além disso, este trabalho apresenta uma pesquisa uma revisão de literatura sobre os fatores críticos de sucesso na implementação do ERP. A revisão abrange livros didáticos e artigos recentemente publicados na base CAPES, buscando complementar o resultado da pesquisa que é evidenciar a complexidade da implementação desses pacotes em suas diversas fases, dentre elas, a relação com a Gestão de Processos. PALAVRAS–CHAVE: Gestão por processos, implantação e impactos.

ANALYSIS OF PERCEIVED IMPACT OF THE IMPLEMENTATION PROCESS MANAGEMENT SYSTEMS ABSTRACT: During the second half of the 90s, the implementation of ERP (Enterprise Resource Planning) has been a major focus of attention related to the use of Information Technology companies in Brazil and the world. Enterprise Resource Planning Information Systems are acquired in the form of commercial software packages that integrate data from transactional information systems and business processes of a company. This study aims to analyze the perception of impacts of Process Management in the implementation of ERP systems, where as methodology was selected sample firms, using as the sampling plan Sampling Judgment (Stevenson, 2001), to a questionnaire on medium and large previously selected. Furthermore, this paper presents a review of research literature on the critical success factors in ERP implementation. The review covers textbooks and articles recently published in the database CAPES, seeking complement the search result is to show the complexity of the implementation of these packages in its various stages, among them, the relationship with Process Management. KEYWORDS: Process management, implementation and impacts.

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INTRODUÇÃO Segundo Colangelo (2001), não há uma definição precisa e inquestionável do que seja um “sistema ERP” (Enterprise Resource Planning). Segundo Saccol (2003), ERP é um termo genérico para o conjunto de atividades executadas por um software multi-modular com o objetivo de auxiliar o fabricante ou o gestor de uma empresa nas importantes fases de seu negócio, incluindo desenvolvimento de produto, compra de itens, manutenção de inventários, interação com fornecedores, serviços a clientes e acompanhamento de ordens de produção. Saccol (2003) também afirma que o ERP pode também incluir módulos aplicativos para os aspectos financeiros e até mesmo na gestão de recursos humanos. Tipicamente, um sistema ERP ou usa ou está integrado a uma base de dados relacional (banco de dados multirrelacional). A implantação de um sistema ERP pode envolver considerável análise dos processos da empresa, treinamento dos colaboradores, investimentos em informática (equipamentos) e reformulação nos métodos de trabalho. O ERP tem suas raízes no MRP (Manufacturing Resource Planning) e trata-se de um processo evolutivo natural proveniente da maneira com a qual a empresa enxerga seu negócio e interage no mercado. É reconhecido por Cruz (2007) que os sistemas ERP, os sistemas ERP são desenvolvidos para responder instantaneamente o surgimento de novas necessidades não previstas, reduzindo o tempo de resposta ao mercado de produtos e serviços. As operações podem facilmente mudar ou expandir sem romper com as atividades em curso. Daí, o tempo para desdobrar e otimizar os processos é severamente reduzido. É citado por Cruz (2007) que as empresas em geral, possuem alta expectativa em relação a um sistema ERP. Antecipa-se que o sistema impulsionará o desempenho das atividades do sistema da noite para o dia. Segundo Sordi (2008), a introdução de processos de negócio nas organizações trouxe um novo desafio à istração: como istrar organizações orientadas por processos. A resposta da academia, segundo Sordi (2008), a esse questionamento proporcionou o desenvolvimento da gestão de processos que é entendida como pré-requisito para a implantação de um ERP. OBJETIVOS OBJETIVOS GERAIS A principal proposta do presente trabalho é analisar a percepção de impactos da Gestão de Processos na implantação de sistemas ERP. Na busca de uma percepção adequada, esta pesquisa buscou contribuir para a mensuração da percepção dos efeitos da adoção da gestão de processos em uma organização que buscou e/ou busca a implantação de um sistema ERP. Para atingir tal objetivo, neste trabalho desenvolveu-se uma pesquisa em empresas de médio e grande porte, visando elucidar a questão com profissionais inseridos no mercado de trabalho. Mais especificamente, nesse estudo faz-se um contraste entre o que a gestão de processos preconiza como benefícios a serem alcançados para a implantação de um sistema ERP e a realidade nas organizações. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Construção de um referencial teórico (base conceitual), como instrumento para a percepção na relação entre a implantação de sistemas ERP e a gestão de processos;

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desenvolvimento e aplicação de pesquisa para avaliação da percepção das organizações em relação à contribuição da gestão de processos para a implantação de um sistema ERP; identificar a percepção das empresas pesquisadas na relação da Gestão de Processos e a implantação de sistemas ERP; verificar a lacuna existente de percepção entre as empresas pesquisadas; analisar a percepção entre as empresas pesquisadas do impacto da Gestão de Processos para a implantação de sistemas ERP; fornecer subsídios que ajudem a diminuir o fator crítico de sucesso; análise dos resultados obtidos, estratificados por área, função exercida pelo respondente, porte da organização e segmento da organização, e; conclusões acerca dos resultados analisados. MATERIAL E MÉTODOS METODOLOGIA E ESTRATÉGIA DE AÇÃO Inicialmente, foi efetuado um estudo bibliográfico sobre os sistemas ERP e a Gestão de Processos, que destacassem as principais propostas, vantagens e desvantagens da adoção da Gestão de Processos para a implantação do ERP. A análise desses textos possibilitou a construção de um questionário para aplicação em empresas de médio e grande porte, de diversos segmentos, localizadas no Brasil. As respostas obtidas pela aplicação desse instrumento foram analisadas, possibilitando o mapeamento das percepções na relação entre a Gestão de Processos e a implantação de um sistema ERP. LIMITAÇÕES DO ESTUDO O trabalho objetiva a análise de impactos, com foco nas organizações que adotaram sistemas ERP, restringindo-se apenas ao fator crítico de sucesso Gestão de Processos. Os casos de insucesso que não advém desse fator crítico não serão abordados, assim como não será tratado aspectos referentes aos pacotes/softwares ERP existentes no mercado. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA A base conceitual (referencial teórico), visando reunir, analisar e discutir as informações publicadas sobre o tema; e uma evolução dos modelos de gestão e práticas de Gestão de Processos, como metodologias utilizadas no mercado, a fim de fundamentar teoricamente o objeto da pesquisa. IMPLANTAÇÃO DE ERP’s “Implantação” do latim “plantare”, ato ou efeito de implantar; inserir, estabelecer, introduzir,... “ERP” – “Enterprise Resource Planning”, são Sistemas de Informação adquiridos na forma de pacotes comerciais de software que integram dados dos sistemas de informação transacionais e dos processos de negócio de uma empresa. A implantação de um sistema integrado de gestão envolve uma grande quantidade de tarefas que são realizadas em períodos que podem variar alguns anos, dependendo de diversos fatores, tais como: as dimensões da empresa, a magnitude do esforço de redesenho de 17

processos, a disponibilidade de recursos etc. Uma forma de apresentar essas tarefas é criar um modelo de projeto e explorar seus componentes, estrutura e relacionamento de seus processos. O modelo é relativamente genérico, o que permite sua utilização, com as devidas adaptações, para implantações de sistemas ERP de diversos fornecedores e outros tipos de sistemas. A duração de um projeto de implantação varia com diversos fatores. Um dos fatores fundamentais é a quantidade de mudanças de processos envolvidas no projeto. Se as mudanças são poucas ou de pequena profundidade, o sistema pode ser implantado com rapidez. Implantações de natureza tecnológica, caracterizadas por pequenas mudanças em processos de negócios, tendem a ser relativamente rápidas, caracterizando-se por um projeto ideal, ou seja, aquele que se concretiza com menos mudanças, alcançando rapidez. GESTÃO POR PROCESSOS E A TECNOLOGIA DA INFORMAÇÃO Atualmente, a Gestão por Processos ou a ser premissa para implantação de qualquer sistema, ou seja, os processos são requisitos de desenvolvimento. Qualquer que seja o ambiente de desenvolvimento, ou o tipo de aplicativo a desenvolver, deve haver um método que identifique o que deverá ser construído. Esta identificação, atualmente chamada de Elicitação de Requisitos pela Engenharia de Requisitos, corresponde a não outro que o bom e velho levantamento de processos, os quais serão os requisitos alocados ao software. AS ETAPAS DA GESTÃO DE PROCESSOS A etapa de Levantamento de Processos é uma das mais importantes. Platão disse um dia que “o começo é a parte mais importante do trabalho”. Esta afirmação, quando aplicada em desenvolvimento de software, remete à etapa de Elicitação de Requisitos, a partir da qual irá derivar todo o projeto de software (planos, cronograma, quantidade de recursos, paralelismos, ciclo de vida,...). Para execução desta etapa, as técnicas mais utilizadas ainda são o 5W2H, Matriz GUT e Custo ABC – Activity Based Costing etc. Algumas empresas de TI pecam quando subestimam essa etapa e não identificam um método estruturado para formalização do levantamento. Após a realização da reunião de levantamento, normalmente são criadas atas, ou mesmo listas de requisitos redigidas em linguagem natural. O problema é que estas abordagens não fornecem necessariamente subsídios suficientes para a definição e um projeto de software por exemplo, pois muitas das nuances do processo de negócio normalmente não são evidenciadas e alguns aspectos de negócio não são mapeados. A conseqüência são requisitos voláteis que irão conduzir a um desenvolvimento problemático em termos de prazo e custos. Dentro do escopo da Gestão de Processos, é fundamental ressaltar a importância da redesenho do processo, que resultará na reengenharia, sendo a parte mais criativa da Gestão por Processos. Exige imaginação, pensamento indutivo, e até um toque de “loucura”. Técnicas que se mostraram eficazes para algumas empresas funcionarão, integral ou parcialmente, em outras. O lado negativo da redefinição de um processo de trabalho é o fato de não ser algorítmico nem rotineiro. Não existem receitas de bolo que, mecanicamente, produzam definições de processos radicalmente novos. MAPEAMENTO DOS PROCESSOS Inicialmente, a principal atividade do mapeamento de processos é identificar quantos e quais são os processos a serem mapeados. Pela sua dependência intrínseca, não há regras preestabelecidas para determinar quantos e quais são os processos de uma organização. Nela podem ser considerados uns poucos ou centenas de processos. 18

Assim, para fins de análise, os especialistas de reengenharia, melhoria de processo e redesenho costumam decompor macroprocessos em processos e subprocessos. O limite dessa abordagem varia de profissional para profissional – segundo sua perspectiva: reengenharia, melhoria ou redesenho – e de empresa para empresa, em virtude da natureza de seu negócio, de sua dimensão, complexidade, diversificação e indicadores afins. Não há uma regra fixa, um paradigma, um princípio, uma diretriz efetiva para a uniformização da matéria. Assim, cada autor, cada consultoria, cada tipo de profissional tem suas próprias idéias. Alguns autores costumam declarar que talvez a melhor dimensão do processo para se trabalhar, seja qual for a perspectiva, deva ser encontrada no terceiro ou quarto nível organizacional, em que se encontram os processos responsáveis pela geração de produtos ou serviços destinados aos clientes internos. Uma vez delineados os processos e escolhidos aqueles que, prioritariamente, devem ser objeto de melhoria, a-se à fase de redesenho do processo, em que a equipe deverá minimamente: compreender o que é o processo; mapear fluxos de trabalho de processo e aprimorar os fluxos de trabalho nos processos. Identificados e mapeados os processos, decidir quais devam ser redesenhados e em que ordem é uma fase difícil para a empresa. É lógico que nenhuma organização consegue reformular todos os seus processos, principalmente sem a ajuda de uma consultoria especialista no assunto. É como o ditado popular: “Santo de casa não faz milagre”. Vários projetos internos, da antiga área de O&M se tornaram casos de insucesso devido ao não comprometimento da alta direção na etapa de redesenho. Tendo sido selecionado um processo, seja para a reengenharia, melhoria e/ou redesenho, deve ser designada uma equipe para a realização do trabalho. O ponto inicial é conhecer o processo existente, o que ele faz, qual seu desempenho, quais são seus pontos críticos. A análise tradicional de um processo deve considerar suas entradas (insumos) e saídas (produtos). Para entender o processo, é indispensável que o levantamento apresente tudo o que acontece em suas diversas atividades e tarefas. Um bom levantamento deve ser realizado pela equipe responsável junto aos usuários diretamente envolvidos com a realização no trabalho, no próprio local em que este é realizado. As técnicas mais comuns de levantamento de dados e informações são: observação pessoal, questionário e entrevistas. De acordo com Schrader (1974), a mais acertada escolha de um método e o mais acurado planejamento ainda não estão em condições de garantir que os resultados da mensuração estejam isentos de erro. Devem-se, por isso, prever mensurações provisórias prévias, denominadas hoje, genericamente, pré-teste. A entrevista é a técnica mais utilizada pelos analistas. É recomendável para levantamento de informações íveis de reflexão, pois é uma forma de levantamento de posição que conduz as pessoas entrevistadas a darem informações sobre determinado assunto, situação, problema ou fenômeno, mediante a inquisição planejada sobre aspectos e dimensões do objeto de pesquisa. A característica básica da técnica de entrevista é o diálogo. Logo, toda entrevista caracteriza-se por um diálogo entre um entrevistador e um entrevistado, o qual deve ser planejado, organizado, dirigido, controlado e avaliado, tendo como base as necessidades e especificidades do objeto do levantamento. Normalmente, a entrevista é realizada com os níveis de chefia, supervisão e coordenação, podendo, entretanto, ser estendida aos membros da empresa que não ocupam cargos de chefia, dependendo da quantidade que os mesmos representam e das necessidades de assim proceder. De uma maneira geral, a entrevista é uma técnica, extremamente, útil para obter informações que estão armazenadas na memória das pessoas entrevistadas. Em determinadas 19

situações, é a maneira mais indicada para levantar aspectos de liderança, saber a respeito das pessoas que se subordinam ao entrevistado e o que este pensa sobre a organização. Dependendo do tipo de informação que se procura obter, a entrevista é uma boa maneira de se saber quais são as qualificações dos funcionários da empresa, o que eles fazem e o que acham que deveriam fazer, se estão identificados com a empresa, o que acham da liderança que é exercida sobre eles, suas ideias sobre a unidade organizacional a que pertencem e sobre a empresa como um todo etc. A característica informal da entrevista que pode perfeitamente ser desenvolvida pelo entrevistador, evitando comportamentos formais, pode levar o entrevistado a desabafar com o entrevistador, fornecendo, desse modo, importantes informações, que dificilmente seriam obtidas mediante o emprego de outra técnica de levantamento. Devido à maneira como a entrevista é planejada e conduzida, não se dá aos entrevistados a oportunidade de analisar, previamente, os quesitos ou o assunto que será tratado durante a entrevista. Consequentemente, os mesmos podem responder correta ou incorretamente, havendo ainda a possibilidade de responderem de forma incompleta. Caso se dê a oportunidade de o entrevistado conhecer, antecipadamente, o conteúdo da entrevista, pode acontecer de o mesmo responder com grande senso de responsabilidade ou de o mesmo ter tempo de responder da forma mais conveniente, fugindo da verdade ou omitindo informações importantes. Isso porque tal procedimento afasta o elemento surpresa, o qual se constitui em importante aspecto da entrevista. Outra fragilidade da entrevista é o fato de que certas pessoas respondem aquilo que pensam que o entrevistador deseja ouvir, em lugar de darem informações verdadeiras, por pensarem as mesmas que podem prejudicar seus interesses. Existem, ainda, os casos em que o entrevistado responde sobre assuntos que desconhece ou conhece parcialmente, pelo simples fato de dar palpites ou de se sentir constrangido em confessar que desconhece o assunto ou que não o conhece o suficiente para emitir uma opinião abalizada. Há, também, o problema da importância do assunto para o entrevistador e o entrevistado, ou seja, o entrevistador pode entender serem importantes certos aspectos de um assunto, enquanto o entrevistado entende que outros aspectos são importantes, fornecendo informações que o entrevistador não deseja e omitindo as que, realmente, são desejadas. MÉTODO DA PESQUISA A pesquisa foi baseada em pesquisa de campo com caráter exploratório, na qual se busca analisar a percepção dos usuários sobre os impactos/efeitos da adoção/implantação de sistemas ERP sobre a Gestão de Processos, conforme hipóteses, artigos capes e pesquisa de campo. AMOSTRA O universo da pesquisa (população) é composto por funcionários de empresas de médio e grande porte da região sudeste do Brasil, com atuação geográfica em outras regiões, no período pós-implantação de sistemas ERP. A partir da amostra, foi possível realizar estimativas sobre as características da população de interesse. A coleta de dados foi realizada por meio de um questionário disponibilizado na web, visando facilitar a coleta de dados. O mesmo foi dividido em três partes, a seguir: Parte I – Perfil do respondente / da empresa; Parte II – Percepções sobre influência/impacto da adoção de Gestão de Processos para o sucesso da implantação de sistemas ERP, e; Parte III - Influência da adoção de ERP sobre os resultados organizacionais. 20

O objetivo da divisão foi cruzar os dados de cada parte, a fim de obter maiores informações dos impactos percebidos sobre cada perfil das organizações de porte médio e grande da região sudeste, podendo ter atuação em demais regiões do país e fora do mesmo. RESULTADO E DISCUSSÃO Este artigo reflete um trabalho de investigação para evidenciar a percepção de empresas de médio e grande porte sobre a importância da Gestão de Processos na implantação de um sistema ERP. Para tal, foi elaborada pesquisa de campo, onde houve a participação de entrevistados em diferentes posições hierárquicas, áreas de atuação e um universo de 15 empresas de segmentos distintos, para que dessa forma a percepção conclusiva reflita a realidade do mundo corporativo. Com base nas respostas do questionário, observou-se que o perfil dos respondentes foram de áreas funcionais diversas, tais como: Tecnologia da Informação, istração Geral, Finanças, Contabilidade, Engenharia, Manufatura/Produção, Vendas, Recursos Humanos, Qualidade, Call Center e Processos, o que nos permitiu obter uma visão diversificada de diversos profissionais que participaram e/ou participam do processo de implantação de um sistema ERP na organização em que atuam. Além de atuação em áreas diversificadas, foi verificado que a amostra apresentou um resultado de participantes de diversos níveis hierárquicos de Equipe de Apoio e Profissionais, perando por supervisão, gerência de nível médio até gerência estratégica, tornando o resultando relevante pela amostra ter conseguido atingir desde a visão operacional interna, a visão estratégica e a de consultores que atuam no mercado implementando sistemas ERP´s. Neste universo foi identificado 69% das empresas de grande porte e 31% de médio porte com atuação geográfica predominantemente na região sudeste do país, além do Sul e Nordeste em menor escala. Dentro desse perfil, foi auferido que 40% das organizações participantes implantaram ou estão em fase de implantação de um ERP entre 12 a 24 meses, porém foi citado na última questão aberta que customizações ainda estão sendo feitas, onde se pode concluir que este prazo pode ser prolongado, considerando que nem todos os módulos foram devidamente implantados e nem os processos automatizados, segundo relato de expectativa de usuários participantes. Sobre o grau de conhecimento de processos que a organização possuía quando decidiu implantar o ERP, observou-se um resultado que corrobora com as conclusões realizadas na pesquisa bibliográfica quando diversos autores estabelecem o grau de conhecimento dos processos de trabalho como pré-requisito para a obtenção de êxito na implantação do sistema. A percepção dos respondentes foi de que 42% da organização tinha conhecimento abaixo da média, se somado esse resultado aos 20% considerado muito baixo, temos uma situação considerada de risco: 62% das organizações não detinham um grau de conhecimento médio de sua rotina operacional, ou seja, algumas áreas isoladas utilizam algumas práticas de gestão de processos, mas a organização não conhece seus processos e não possui uma cultura de processos, fundamental para a implantação de um sistema baseado em processos. CONCLUSÕES Os objetivos da pesquisa foram alcançados, onde o instrumento de coleta de dados construído e a estratégia de pesquisa mostraram-se válidos na consecução dos objetivos. Um dos indicadores de validade do instrumento de coleta foi o número de 37 questionários válidos respondidos, obtidos na coleta.

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Nos resultados analisados, a percepção dos respondentes sobre os diversos motivos para a implantação, o resultado apresentou características que acompanham a teoria abordada neste trabalho, onde podemos destacar: a integração de processos e da informação foi considerada um grau de importância muito alta: 68%; a ideia de implantar para seguir um modismo, ou seja, uma tendência do mercado foi considerada em apenas 22,9% muito alta, se somarmos os resultados que a implantação não teve relação com a tendência, que teve muito baixa e/ou desprezível, temos um resultado superior, considerado satisfatório de: 37,1%; o fato de um dos motivadores à implantação nas empresas pesquisadas ter ocorrido em 40% por pressão da área de Tecnologia da Informação, é justificável em função da área deter conhecimento sobre sistemas e motivar a organização a implantar soluções que minimizem custos e otimizem processos; ao considerar a concorrência ter espaço para a implantação de ERP e por isso houve a motivação, segundo os artigos pesquisados não é favorável e esse resultado é compreendido, pois apresentou o mesmo percentual que o modismo/tendência do mercado – dessa forma, ao somarmos as percepções: desprezível, muito baixa e sem relação entre os fatores abordados, o resultado é o mesmo: 37,1%; outro resultado relevante é a política interna ter sido motivadora para a implantação em 45,7%, o que determina que a estratégia de implantação foi disseminada internamente; os fatores motivadores para a implantação como influência da mídia, de gurus de istração e consultores foram considerados baixos, na média alcançam um percentual de 25%, o que demonstra que amadurecimento das empresas em buscarem soluções que se adéquem à realidade e cultura da organização; a pressão de clientes e fornecedores apresentou um resultado de 51,4%, o que caracteriza um movimento de integração dos stakeholders, no intuito de desenvolver um trabalho integrado; Em todas as afirmativas elaboradas e apresentadas na pesquisa, foram coletados resultados que só corroboram com o objeto desse estudo, pois das seis afirmativas apresentadas, ao fazer uma média apenas do resultado “Concordo Totalmente”, chegamos a um resultado de 70%, sendo praticamente nula as discordâncias nesses itens da pesquisa. O grau de importância dado aos respondentes na adoção da Gestão de Processos para a implantação dos sistemas ERP em 94,3% na soma dos graus 4 e 5, evidenciou que as empresas e respondentes apresentam um grau dessa importância alto, fazendo com que os riscos de sucesso aumentem, conforme analisado no artigo Risk Prediction in ERP Projects: Classification of Reengineered Business Processes. Na análise dos efeitos apresentados, observamos que apesar do sistema ERP buscar a integração entre as unidades organizacionais, ajudar na tomada de decisão, possibilitar a visão sistêmica, facilitar o controle e planejamento, minimizando os silos funcionais, ainda percebemos que itens precisam ser mais explorados nos aspectos da comunicação e nas respostas rápidas para situações não previstas tão comuns no dia-a-dia das empresas. Esses efeitos apresentaram índice de “Muito Positivo”, abaixo do esperado, levando-se em consideração a referência bibliográfica estudada neste trabalho. A realidade/prática apresenta um índice médio de 32%, ou seja, somente o ERP não está promovendo a comunicação eficaz em todos os níveis e áreas da organização. Nas colocações dos respondentes, observamos que ainda existe muito a ser aprimorado na implantação de um ERP e em sua relação com os processos organizacionais e nos depoimentos expostos, fica claro a relação entre a Gestão de Processos e a interoperabilidade sob um ponto de vista prático e real. Alguns depoimentos são entendidos como regras conceituais que refletem a maneira como os dados devem trafegar em um ERP e serem para a 22

sua manipulação. Portanto, é vital o conhecimento destas regras conceituais para realizar, de forma plena, uma Gestão focada em resultados baseados em indicadores de processos. Como sugestões para futuros desenvolvimentos, sugere-se a aplicação da abordagem proposta em outros casos, objetivando a construção de um referencial mais amplo sobre os pontos positivos e os negativos da aplicação da Gestão de Processos. REFERÊNCIAS ALENCAR, Eunice M. L. Soriano. - Promovendo um Ambiente Favorável à Criatividade nas Organizações. ERA – Revista de istração de Empresas. São Paulo, v. 38, N.2, p. 18-25, Abr/Jun. 1998. AL-MASHARI, Majed; ZAIRI, Mohamed. - Revisiting BPR: a holistic review of practice and development. Business Process Management, v.6,n.1,p.10-42,2000. ALVAREZ, R. - Examing na ERP implementation trough myths: a case study of a large public organization. Proceedings of the 6th American Conference on Information Systems. Long Beach, California, 2000, p. 1655-1661. BEUREN, Ilse Maria. - Gerenciamento da Informação: Um Recurso Estratégico no Processo de Gestão Empresarial. São Paulo: Atlas, 1998. BOFT, Henrique Luiz; Antunes Jr.; VALE, José Antônio. - A Reengenharia num Contexto de Mudanças: Formulação de Arranjos entre Inovações Organizacionais e Tecnologias. Produto & Produção, v.2, n.3, p. 22-38, 1998. COLANGELO, F.L. - Implantação de Sistemas ERP: Um enfoque de longo prazo. São Paulo: Atlas, 1ª Ed., 2001. COULSON-THOMAS, Coulin. - Reengenharia de Processos Empresariais: Mito e Realidade. Rio de Janeiro: Record, 1995. CRUZ, Tadeu. Workflow: - A tecnologia que vai revolucionar os processos. São Paulo: Atlas, 2007. CURY, Antônio – Organização e Métodos: uma visão holística / Antônio Cury – 7 ed. rev. e ampl. – São Paulo: Atlas, 2000. DAVENPORT, Thomas H. - Reengenharia de Processos: Como inovar na Empresa através da Tecnologia da Informação. Rio de Janeiro: Ed. Campus, 1994. DEMARCO, Tom. - Análise Estruturada e Especificação de Sistemas. Rio de Janeiro: Campus, 1989. DRUCKER, Peter F. - O surgimento das Novas Organizações. Avanço Rápido, As Melhores Ideias Sobre o Gerenciamento de Mudanças nos Negócios, Coletânea da Harvard Business Review Book. Rio de Janeiro: Campus, 1997. HAMMER, Michael & CHAMPY, James. - Reengenharia: Revolucionando a empresa em função dos clientes, da concorrência e das grandes mudanças de gerência; tradução de Ivo Korytowki. 29 ed. Rio de Janeiro: Campus, 1994. NETO, Feliciano; FURLAN, José D. - Engenharia da Informação: Metodologias, Técnicas e Ferramentas. São Paulo: Mc GrawHill, 1998. SOUZA, C.A. de e SACCOL, A. Z. (Orgs). - Sistemas ERP no Brasil: Teoria e Casos. São Paulo: Atlas, 1ª Ed., 2003. D’ASCENSÃO, Luiz Carlos M. - Organização, Sistemas e Métodos: análise, redesenho e informatização de processos istrativos. São Paulo: editora Atlas, 2001. GRABSKU, Severin V. and LEECH, Stewart A. - Complementary controls and ERP implementation success - International Journal of ing Information Systems, Elsevier, 2007. HAMMER, M. - Além da Reengenharia: Como Organizações Orientadas para Processos Estão Mudando Nosso Trabalho e Nossas Vidas. Rio de Janeiro: Campus, 1997. 23

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

COMPARAÇÃO DOS INDICADORES FINANCEIROS TRADICIONAIS COM EVA® NUMA EMPRESA DE PEQUENO PORTE, VISANDO AVALIAR AS VANTAGENS E DESVANTAGENS DO EVA® LEONARDO SOARES FRANCISCO DE ALMEIDA1, CLAUDIO LUIZ DE OLIVEIRA COSTA2, JÚLIO CÉSAR BORGES DA SILVA3 1

Graduação em Ciências Contábeis, Universidade Federal Fluminense, 7749-5384, [email protected] 2 Graduação

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: As empresas a fim de se adequarem à competitividade atual, estão realizando mudanças para acompanhar o cenário econômico atual. Neste sentido é necessário buscar indicadores mais confiáveis que possibilitem uma maior compreensão do quanto foi agregado ao negócio. Esta artigo se propõe a efetuar o cálculo do seu EVA® e compará-lo com os indicadores econômicos tradicionais na apuração do lucro contábil, verificando as vantagens e desvantagens da aplicação do (EVA®) como ferramenta de controle financeiro. A relevância deste estudo está em reconhecer a melhor proposta para implantação de metodologia que mensure adequadamente o valor do capital e seu custo de oportunidade. A metodologia aplicada baseou-se na aplicação de uma métrica para mensurar adequadamente o valor do capital e o custo de sua remuneração através de um estudo de caso em que foi implantada a metodologia EVA®. O resultado deste estudo aponta que o lucro contábil não representa o valor real de ganho ou perda para as partes interessadas, stakeholders, em que a própria perda não significa prejuízo, pois a métrica tradicional não contempla o custo de oportunidades ou remuneração do capital. PALAVRAS-CHAVE: EVA®, WACC, Custo de capital.

COMPARISON WITH TRADITIONAL INDICATORS FINANANCEIROS EVA ® IN SMALL BUSINESS WITH REGARD TO EVALUATE THE ADVANTAGES AND DISADVANTAGES OF EVA ® ABSTRACT: Companies in order to adapt to the current competitiveness, are making changes to keep up with the current economic scenario. In this sense it is necessary to find the most reliable indicators that enable a greater understanding of how much was added to the business. This paper intends to perform the calculation of its EVA ® and compare it with the traditional economic indicators in the determination of net income, ing the advantages and disadvantages of applying (EVA ®) as a tool for financial control. The relevance of this study is to recognize the best proposal for deployment methodology that measures adequately the value of capital and its opportunity cost. The methodology was based on the application of a metric to measure adequately the value of capital and the cost of their pay through a case study on the methodology that was implemented EVA ®. The result of this study shows that ing income does not represent the real value of gain or loss for stakeholders, stakeholder, in which case the loss does not mean prejudice because the traditional metrics do not include the opportunity cost or return on capital. KEYWORDS: EVA ®, WACC, cost of capital.

INTRODUÇÃO As empresas a fim de se adequarem à competitividade atual, estão realizando inúmeras mudanças estruturais, neste sentido a reestruturação constante é incorporada ao cotidiano da grande maioria delas, promovendo com isto a busca de metodologias e posturas gerenciais para sua adequação que o mercado financeiro exigi para mantê-la em evidência e competitividade. Os investidores apresentam níveis de avaliação cada vez mais criteriosos, fruto da constante oscilação do mercado de capitais. Uma maior preocupação com a identificação dos métodos de operação dos negócios e da análise do processo de criação de valor em longo prazo, resulta em um conjunto de decisões atuais que serão tomadas pelos gerentes das organizações. Eles não estão preocupados somente com o quanto investir, mas o tempo, taxa de retorno e o risco que esta decisão pode gerar, tanto para os investidores quanto para a empresa. Com isto, há um interesse do mercado por indicadores que meçam corretamente, segundo critérios seletivos, o desempenho econômico-financeiro da empresa para a tomada de decisão. Partindo da premissa de que o é capaz de planejar e controlar o destino de uma organização em longo prazo, podemos concluir que o planejamento e o controle no aspecto financeiro, tornam-se ferramentas indispensáveis para os executivos tomarem suas decisões. O orçamento e o controle financeiro permitirão à organização ter parâmetros das necessidades dos recursos materiais, humanos e financeiros adequados. Ao mesmo tempo, podem viabilizar uma melhor utilização de caixa, uma vez que permitem dimensionar quando e quanto será necessário em determinados períodos. Com isto os métodos de avaliação de desempenho empresarial, apoiados apenas nos indicadores contábeis e financeiros não oferecem a real segurança que o mercado necessita e vem exigindo, e nem contemplam todos os itens que se fazem necessários para realizar esta avaliação. Este questionamento levou ao aparecimento de novas estratégias competitivas que auxiliam no direcionamento das organizações envoltas nesse ambiente cada vez mais competitivo. Aparece neste cenário uma nova proposta, um indicador denominado economic value added (EVA®)1 propondo mudanças na metodologia gerencial financeira. O conceito de EVA® se encaixa como um importante instrumento de controle no contexto de planejamento e controle financeiro. Ele mede o valor agregado durante um período de tempo definido pelo aumento das margens e do reemprego rentável dos ativos, além de ser uma ferramenta que ajuda a formular estratégias. Esta metodologia tem como base e ponto vital o uso de instrumento gerencial e estratégico de avaliação econômico-financeira, para a mensuração e análise das decisões tomadas pelos gestores da Empresa, bem como a projeção de cenários futuros. Manter a sobrevivência se tornou a palavra chave no mundo globalizado. O destino das empresas depende das decisões que serão tomadas por seus gestores. Seu maior desafio nos últimos anos vem sendo buscar incessantemente a melhora de desempenho. Este objetivo necessita de estratégias adequadamente traçadas. Entretanto, na maioria das vezes, não logram êxito. As técnicas utilizadas para mensurar o desempenho econômico das empresas não fornecem o que é desejado pelos acionistas, sócios e es, pois se baseiam unicamente em demonstrações contábeis elaboradas de acordo com as normas vigentes, as quais visam atender uma necessidade legal e financeira. Elas pecam ao não incluir o custo do capital próprio na apuração do resultado do exercício. Necessário se faz apresentar um 1

Marca registrada pela Stern Stewart & Co

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modelo que considere o custo de todos os capitais empregados sejam próprios ou de terceiros na obtenção dos resultados apurados. Isto não só preenche esta lacuna, como também permite aos acionistas visualizar se a empresa está criando ou destruindo riquezas para eles. A metodologia do EVA® atende a necessidade por informação dos acionistas e es traduzindo se há ou não geração de riqueza neste investimento. Quase antagônicos ao EVA® os indicadores tradicionais, mostram apenas o desempenho financeiro obtido pela empresa e não os detalhes requeridos para que esta decisão seja, ao mesmo tempo, eficiente, eficaz e em tempo hábil, tão requerido para o desempenho ideal. O lucro é visto na maioria das vezes como livre fonte de recursos, quando medido através das figuras tradicionais o que limita sua funcionalidade. Os resultados decorrentes da aplicação da metodologia EVA® evidenciam o lucro das empresas, informando se as mesmas, através de suas atividades, estão ou não agregando valor e, consequentemente, aumentando ou diminuindo a riquezas dos sócios. Isto dá transparência e segurança para o investidor que é o mais interessado neste jogo. Desta forma, esta ferramenta ajuda a criar uma nova perspectiva para a organização, encorajando es e empregados a pensar como proprietários. Por outro lado, por mais vantajoso que seja o EVA® as suas desvantagens existem. E não são poucas, diga-se de agem. Procuramos apenas nos ater as mais relevantes que foram devidamente alencadas de acordo com o que os autores pesquisados pensam. MATERIAL E MÉTODOS A presente pesquisa é descritiva pois descreve a evolução, analise e compreensão da ferramenta EVA® e Explicativa pela explicação dada aos comentários e citações dos autores pesquisados e comentados. A criação de valor para o acionista Empresas que criam valor têm maior ibilidade aos fundos para crescimento e investimento; em geral elas abrangem negócios que entregam valor para o cliente e desfrutam desta vantagem competitiva. A globalização proporcionou um ambiente cada vez mais desafiador e, por vezes, mais hostil. Por isso, as empresas precisam criar estratégias que lhes permitam sobreviver e competir com sucesso. Adaptar-se com rapidez e agilidade às transformações que estão ocorrendo no mundo é uma exigência primaz. Os dirigentes de empresas precisam tomar uma postura adequada para gerar resultados duradouros. Com isto as empresas terão sua garantia de se perpetuar no mercado, com mais solidez e mais valorizadas. Isto é criação de valor. A busca do lucro pelo lucro não significa vida longa. A empresa pode estar se aproveitando de uma oportunidade momentânea, mas que é rapidamente copiada pelas demais e até certo ponto melhorada, deixando-a em dificuldades. A longevidade de uma empresa está atrelada a inovar a cada dia, no aprendizado constante, adaptando-se às mudanças que ocorrem no mundo que as cerca. Dentro deste raciocínio, que método de avaliação de desempenho deve ser utilizado pela empresa para se fazer esta constatação? Ocorre que a metodologia com base nos indicadores tradicionais de avaliação de desempenho econômico não consegue responder se está havendo criação ou destruição de riquezas e, conseqüentemente, aumento ou diminuição do valor de mercado das empresas. Por isso, para responder a essa necessidade, um novo sistema de avaliação tem sido apresentado. Trata-se do EVA®, que, através de sua metodologia, possibilitam analisar, com maior profundidade, o resultado econômico das empresas, inclusive mostrando se a empresa está criando ou destruindo riquezas.

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®

Conceito EVA economic value added O EVA® é um sistema de gestão financeira que mede o retorno que capitais próprios e de terceiros proporcionam aos seus proprietários. Ele mede a diferença entre o retorno sobre o capital de uma empresa e o custo desse capital. Abaixo, encontram-se alguns conceitos emitidos por estudiosos do assunto. Ehrbar (1999, p.1) diz: “Em seu nível mais básico, o EVA®, uma sigla para valor econômico agregado, é uma medida de desempenho empresarial que difere da maioria dos demais ao incluir uma cobrança sobre o lucro pelo custo de todo o capital que uma empresa utiliza." Figura 01 – NOPAT EVA ® NOPAT

Encargo de Capital

Fonte: Stern, Stewart & Co (2001)

NOPAT = significa “Net Operating Profit After Taxes”, ou lucro operacional líquido após impostos. Seu semelhante na contabilidade tradicional é o Lucro operacional líquido. De uma maneira simples o NOPAT é igual à Receita líquida menos os Custos e Despesas operacionais (incluindo Depreciação) menos alguns ajustes específicos para determinada empresa e os impostos. Encargo de Capital = Capital Empregado × Custo de Capital. Capital Empregado: Na metodologia EVA®, o Capital é o equivalente ao Balanço Patrimonial da Contabilidade. Assim como o Balanço, ele também pode ser analisado em duas perspectivas: a de origem dos recursos, chamado de Capital Financeiro; e a de aplicações dos recursos, chamado de Capital Operacional. Custo de Capital: A metodologia EVA®, utiliza-se o Custo médio ponderado de capital, ou “Weighted Average Cost of Capital” (WACC), que representa o retorno mínimo requerido pelos fornecedores de capital à companhia. Ele é a média ponderada entre o custo de capital dos acionistas e o custo de capital de terceiros. Diferentemente dos indicadores tradicionais utilizados, que considera apenas o custo dos capitais de terceiros, alegando que o lucro é a remuneração do capital próprio, ele leva em consideração também o custo deste capital. Cálculo do Economic Value Added - EVA® Seu cálculo é determinado na seguinte fórmula: (NOPAT = Lucro Operacional Líquido após os impostos), Adaptado de The Quest for Value (1990:137), Onde: NOPAT: Lucro Operacional Líquido depois do imposto, em que as despesas financeiras não estão incluídas WACC: Custo Médio Ponderado de Capital: é o capital investido, tanto o capital próprio como o capital de terceiros Nessa fórmula, pode-se ver que o EVA® é o lucro residual, isto é, Lucro Operacional Líquido após o imposto menos o custo de capital empregado no investimento. Para se apurar o NOPAT e o Capital é necessário realizar alguns ajustes. Partindo do resultado contábil para se chegar ao resultado econômico, Frezatti (2001: 51- 60) classifica os ajustes necessários da seguinte forma: EVA® = NOPAT – WACC x Capital. A determinação do custo de capital de terceiros é obtida de forma mais direta para Stewart (1990: 435). 28

A determinação do custo de capital de terceiros é obtida de forma mais direta. Para Stewart (1990: 435): O custo de capital de terceiros é a taxa que uma companhia deveria pagar no mercado corrente para obter novos financiamentos de longo prazo. Sua melhor indicação é a taxa predominante nas negociações dos débitos da empresa no mercado público e a aberto. Na inexistência de uma cotação para seus débitos, o custo de capital de terceiros de uma companhia pode ser apurado de forma aproximada pela taxa corrente que está sendo paga na aquisição de débitos de empresas com a mesma avaliação.

A média ponderada do custo de capital WACC (weighted average cost of capital) é a média ponderada do custo marginal pós-impostos do capital de terceiros e do capital próprio baseada na estrutura de capital empregada pela companhia. Exemplo do cálculo do custo médio ponderado de capital (WACC): O custo do ivo financeiro e do exigível à longo prazo deve ser pós-impostos, porque esses tipos de fundos produzem um benefício fiscal de redução dos impostos; logo, seu custo deve ser reduzido proporcionalmente a esta economia (efeito denominado alavancagem financeira). Neste exemplo, a alíquota do IR é 30%. A estrutura de capital da empresa do exemplo e respectivamente seus custos: ivo financeiro (curto prazo) 15% do total com custo de 25%. Exigível à longo prazo 30% do total com custo de 20%. Capital próprio (patrimônio líquido) 55% do total com custo de 30%. Quadro 02: Exemplo do cálculo do custo médio ponderado de capital

Fonte de capital ivo financeiro Exigível a longo prazo Capital próprio

Peso A

Custo pós-imp. B Custo ponderado C=A*B

0,15 0,30 0,55

25% x (1 - 0,3) 20% x (1 - 0,3) 30%

2,63 4,20 16,5

Fonte: (autor) ®

Vantagens e Desvantagens do EVA De acordo com Cordioli; Mussi e Saurin (2000), todo índice ou medida de desempenho econômico apresenta vantagens e desvantagens. Para esses autores, o EVA® não é diferente, e dentre as suas vantagens como medida econômica está a sua capacidade de utilização, uma vez que pode ser implementado em todos os tipos de empresas, com exceção das instituições financeiras, que por regulamento devem fazer reservas de capital. Para esses autores, dentre as desvantagens destaca-se a dificuldade em determinar o capital investido, ou seja, todo o dinheiro, aplicado em ativos, estoques, contas a receber e caixa, e, que sem isso, as empresas não conseguem alcançar todos os benefícios do EVA®. Esses autores ressaltam também que o EVA® tem como base a apuração do valor agregado de riqueza para o acionista em um determinado período, portanto constitui-se em essência em um indicador de curto prazo, omitindo-se de considerar as perspectivas futuras do negócio e da empresa. Ou seja, a simples verificação de que a empresa agregou riqueza em determinado período não significa que a empresa agregará riqueza em futuros períodos. O EVA® também se demonstra limitado como indicador para empresas concentradas em capital intelectual. Segundo esses autores, é notório que os negócios possuem, atualmente, um perfil bastante diferenciado do ado, com indústrias cada vez mais intensivas em capital intelectual. Para eles, essa incompatibilidade entre a prática e os relatórios contábeis produzidos, provoca distorções que são observados nos resultados patrimoniais pela 29

Contabilidade. Ocorre que o EVA® baseado nos tradicionais relatórios contábeis acaba negligenciando essa mudança, ignorando a relevância do capital intelectual (CORDILOI;MUSSI; SAURIN, 2000). A Figura 05 a seguir ilustra as vantagens da conversão para uma medida econômica de gestão baseada em valor, através do EVA®, apresentadas pela Stern Stewart & Co: Figura 05 – Vantagens de Conversão para Medida Econômica através do EVA®

®

Calculando seu EVA

O Anexo das Planilhas de cálculo do EVA® da Cia “y” (páginas 22 a 25), demonstram seu cálculo, consolidando o Lucro Operacional (NOPAT) e o Capital Investido, a partir dos valores abaixo descritos, para os anos 2009, 2010 e 2011: QUADRO 03: Cálculo do EVA® resumido: ANO

NOPAT2

WACC (%)

EVA

2.009

30.190,28

7,73%

10.859,60

2.010

53.797,32

7,69%

34.569,07

2.011

(159.274,89)

10,84%

(181.842,69)

Fonte: (Autor)

CONCLUSÕES Ao elaborarmos esta pesquisa chegamos as seguintes conclusões: Na teoria, a apuração do EVA® consiste simplesmente em apurar o Lucro Operacional antes do imposto de Renda e da Contribuição Social sobre o Lucro Líquido (NOPAT) e o Capital Investido da empresa, a partir dos Demonstrativos Financeiros da empresa, e aplicar a este um custo de capital, para encontrar o que a empresa “adicionou de valor” ao seu acionista. Podemos dizer que para a Cia “y”, seu EVA® apresenta valores positivos para os anos de 2009 e 2010 e negativo para o ano de 2011 conforme apêndice no final deste trabalho às fls. 22 a 25 na planilha comparativa EVA® e no QUADRO 03: Cálculo do EVA® resumido às fls. 18. Considerando um custo de oportunidades anual (previsto pelo indicador IGPM DI 7,42 % aa). 2

NOPAT – Lucro Líquido antes do imposto de renda e da contribuição social sobre o lucro líquido.

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Outras dificuldades encontradas na apuração do EVA® da Cia”y” estão relacionadas à diferença entre o ambiente econômico-financeiro dos EUA e o do Brasil. A metodologia de cálculo do EVA® foi desenvolvida em um ambiente com baixas taxas de inflação, regime tributário simplificado e mercado de capitais de grande liquidez, o que facilita a sua apuração. A realidade do Brasil e bem diferente dificultando a correta apuração do EVA®. A inflação, por exemplo, impacta diretamente no valor histórico do ativo permanente e na depreciação da empresa. Ambos os itens fazem parte da base de cálculo do EVA® e, se não forem corrigidos por algum índice, como o dólar, por exemplo, irão distorcer os resultados, aumentando o EVA® do negócio, desta forma demonstra muita das vezes um valor que mesmo sendo positivo, não gerou riqueza alguma. O regime tributário do Brasil, principalmente a questão dos incentivos fiscais, impacta diretamente na maneira de calcular os impostos operacionais que compõem a base de cálculo do NOPAT da empresa. Como a empresa “y” é consolidadora de vários negócios localizados em várias regiões com regimes diferenciados de tributações, o cálculo dos impostos operacionais ficou inviabilizado pela maneira sugerida na metodologia. A determinação do custo de capital pelo método do WACC também exigiu outra série de ajustes. Por falta de dados não foi possível dimensionar seu valor real pela prática, assim sob o ponto de vista de mercado e metodológico sugerimos um valor de custo aproximado a realidade vivida em nosso país, como por exemplo, o IGPM-DI. Cabe salientar que apenas mudamos os custos de capital, sem alterar, no entanto, seu método de cálculo. Depreendemos dessa pesquisa alguns outros fatores, como tais: Analisando a planilha comparativa do EVA® para os anos de 2009, 2010 e 2011 podemos constatar que os gestores não possuíam uma visão clara de como gerir os seus respectivos capitais, até porque não tinham uma real noção de quanto deveria agregar de valor. O processo decisório nas empresas, para lograr êxito, deve ar necessariamente pela construção de um “capital intelectual” da própria empresa, isto é, ser construído a partir do profundo conhecimento dos negócios desenvolvidos pela empresa. Não é possível tomar decisões a partir de conjecturas ou “achismos”. Deste modo, após a realização do cálculo do EVA® espera-se que uma empresa que adote o modelo EVA® e a tomar melhores decisões do ponto de vista de criação de valor para seus acionistas. O objetivo final de um projeto de implementação de EVA® numa Companhia é fazer com que seus colaboradores em a pensar, agir e serem remunerados como se fossem acionistas, e a pensar verdadeiramente como donos do negócio. REFERÊNCIAS ASSAF NETO, Alexandre. A Finanças corporativas e valor. 2. Ed. São Paulo: Atlas 2005. BASTOS, Norton Torres. Avaliação de desempenho de bancos brasileiros baseada em criação de valor econômico. Revista de istração, São Paulo, v.34, n.3. São Paulo: FEA/USP, jul/set. 1999. Disponível em:< http://www.risktech.com.br/PDFs/evausp.pdf >. o em: 30 nov. 2010. EHRBAR, Al. Eva valor econômico agregado a verdadeira chave para a criação de riqueza. Rio de Janeiro, 1999. FREZATTI, Fábio. A decomposição do MVA (market value added) na análise de valor da empresa. Revista de istração, São Paulo, vol. 34, n.3, FEA/USP, jul./set. 1999. MALVESSI, Oscar. Criação ou destruição de valor ao acionista. Revista conjuntura Econômica. Rio de Janeiro: jan. 2000. SILVA, José Pereira da. Análise financeira das empresas. 3.ed. São Paulo: Atlas, 1995. WERNKE, Rodney; LEMBECK, Marluce. Valor econômico adicionado. Revista Brasileira de Contabilidade , n.121. São Paulo: jan./fev. 2000. 31

CARVALHO, Juracy Vieira de. Análise econômica de investimentos: EVA: valor econômico agregado. Rio de Janeiro: Qualitymark, 2002 GITMAN, Lawrence J. Princípios de istração financeira. 7.ed. São Paulo: Harbra, 1997. IUDÍCIBUS, Sérgio de; MARTINS, Eliseu; GELBCKE, Ernesto Rubens. Manual de contabilidade das sociedades por ações. 7.ed. São Paulo: Atlas, 2007. Neves, Silvério das; Viceconti, Paulo E. V. Contabilidade Avançada e Análise das Demonstrações Financeiras. 13. ed. São Paulo: Atlas, Outubro 2004. PINHEIRO, Paulo Natal. A implantação do eva® na petrobras distribuidora e sua contribuição para a disciplina de capital da companhia. Rio de Janeiro:2005. Disponível em: < http://www.ccontabeis.com.br/18cbc/401.pdf>. o em 30 de Nov. de 2010. Rocha, Joseílton Silveira da; Selig, Paulo Mauricio. Utilizando o indicador econômico EVA – Economic Value Added, para auxiliar na gestão organizacional. Florianópolis, 2001. RODRIGUES, Maxwell veras. Métodos para Determinação da Escala de Prioridades de Ações Estratégicas Fundamentado no Grau de Inter-Relacionamento Entre os Indicadores das Perspectivas do Balanced Scorecard (BSC) e o Valor Econômico Adicionado (EVA). Disponível em:< www.fa7.edu.br/rea7/artigos/volume1/artigos/read1.doc >. o em: 30 nov. 2010. Stern Stewart & Co., Introdução ao EVA e Ajustes.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

ANÁLISE QUANTITATIVA DE FASES EM ZONA TERMICAMENTE AFETADA DE AÇO DUPLEX SOLDADO POR PROCESSO ARAME TUBULAR DAVI FERNANDES DINIZ 1, ANDRÉ ARAÚJO OLIVEIRA 2 ANDRÉ ROCHA PIMENTA 3, MARILIA GARCIA DINIZ 4 1

Graduando em Engenharia Mecânica, UERJ, 21-23324736, [email protected] 2

RESUMO: Devido às suas boas propriedades mediante ambientes considerados agressivos, o aço duplex ainda vem sendo utilizado, principalmente nas indústrias químicas, petroquímicas, nuclear e de óleo & gás. A soldagem desses materiais causa alterações microestruturais e da composição química, dependendo do processo de soldagem e seus parâmetros. O presente trabalho teve como objetivo a caracterização microestrutural da zona termicamente afetada (ZTA) da junta soldada de um aço inoxidável duplex UNS 31803 por processo Arame Tubular. A quantificação da fração volumétrica das fases presentes na ZTA foi realizada segundo a norma ASTM E562 – 11. A junta foi dividida em cinco regiões de análise (raiz, reforço da raiz, intermediárias 1, 2 e 3) para realizar a quantificação e foram utilizadas cinco imagens com aumentos de 1000X para cada uma das regiões. Uma análise qualitativa da ZTA mostrou que todas as regiões estudadas apresentaram maiores quantidades de ferrita. A análise quantitativa da ZTA de acordo com a norma ASTM E562-11 mostrou que as quantidades de austenita permaneceram, para todas as regiões da junta soldada, em torno de 41%. O resultado quantitativo obtido está de acordo com a observação qualitativa, entretanto, os erros relativos (dispersão) dos resultados em torno da média foram considerados elevados. PALAVRAS– CHAVE: Duplex, Soldagem Arame Tubular, Norma ASTM E562-11.

QUANTITATIVE ANALYSIS OF PHASES IN HEAT AFFECTED ZONE OF WELDED DUPLEX STEEL BY TUBULAR WIRE PROCESS ABSTRACT: The proper balancing of the phases present in the microstructure and chemical composition of the duplex stainless steels are responsible for the good mechanical properties and corrosion resistance of the material. Due to its good properties through environments considered aggressive, the duplex steel is being increasingly used, especially in the chemical, petrochemical, nuclear and oil & gas. The welding of these materials cause microstructural and chemical composition changes, depending on the welding process and its parameters. The present study aimed to characterize the microstructure of the heat affected zone (HAZ) of the welded t of a duplex stainless steel UNS 31803 by the Arc Welding process. Quantifying the volume fraction of the phases present in the HAZ was performed according to ASTM E562 - 11. The welded t was divided into five regions (root, enhanced root, intermediate 1, 2 and 3) to perform the measurement and five images were obtained for each of the regions. A qualitative analysis of the HAZ demonstrate that all regions studied showed higher amounts of ferrite. Quantitative analysis of the HAZ in accordance with ASTM E562-11, showed that the amounts of austenite remained, for all regions of the welded t, were around 41%. The quantitative result obtained is consistent with the qualitative observation, however, the relative errors (dispersion) of the results around the average were considered high. KEYWORDS: Duplex, Tubular Wire welding, ASTM E562-11.

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INTRODUÇÃO Atualmente, os aços inoxidáveis duplex, são amplamente utilizados nas indústrias químicas, petroquímicas, nuclear e de óleo & gás. Essa ampla utilização ocorre devido à combinação de alta resistência a corrosão, alta resistência mecânica e a uma boa tenacidade do aço duplex [Loureiro, 2010]. Os aços inoxidáveis duplex (AIDs) são assim denominados devido ao fato de possuírem uma microestrutura formada por duas fases distintas e em quantidades balanceadas no entorno de 50% cada uma: ferrita e austenita. As boas propriedades do AID dependem do balanceamento das frações volumétricas dessas duas fases [Loureiro,2010; Vasconcellos, 2010]. Entretanto, a maioria das aplicações destes aços envolvem algum tipo de soldagem. Por esse motivo, eles tem sido desenvolvidos para permitir uma boa soldabilidade, e os processos de soldagem para se tornarem mais produtivos, ambos sendo objeto de ampla pesquisa [Giraldo, 2001,Vasconcellos, 2010; Fonseca, 2012]. O processo TIG é muito utilizado para a soldagem dos aços inoxidáveis duplex, pois proporciona resultados satisfatórios e juntas soldadas de alta qualidade. Porém, é um processo de baixa produtividade, se tornando necessário utilizar outros processos de soldagem para atender a demanda do mercado. Devido a essa necessidade, o processo de soldagem por Arame Tubular vem sendo usado e estudado para a soldagem de aços duplex [Fonseca, 2012]. O presente trabalho teve como objetivo a caracterização microestrutural da zona termicamente afetada (ZTA) da junta soldada de um aço inoxidável duplex UNS S31803 por processo Arame Tubular. A quantificação da fração volumétrica das fases presentes na ZTA foi realizada segundo a norma ASTM E562 – 11 [ASTM International, Designação E562-11, 2010]. ZTA’s de juntas soldadas são consideradas regiões críticas onde podem ocorrer modificações significativas nas propriedades mecânicas e metalúrgicas do material e que podem gerar o início de falhas nas juntas soldadas [Barry et al., 2007]. A caracterização de juntas soldadas tem como objetivo contribuir efetivamente no aprimoramento dos processos e técnicas de soldagem e, neste contexto, espera-se que este trabalho contribua no aperfeiçoamento do processo de soldagem por Arame Tubular para os aços inoxidáveis duplex. MATERIAL E MÉTODOS O material estudado neste trabalho foi o aço inoxidável duplex de classificação UNS S31803, fabricado conforme a norma ASTM A928/A928M-11 [ASTM International, Designação A928M-11, 2011], na forma de tubo com costura com 254 mm de diâmetro e 21,41 mm de espessura. Foram utilizados dois tipos de arames e varetas durante a soldagem. No e da raiz e no reforço da raiz, realizados por processo de soldagem TIG (Tungsten Inert Gas) com eletrodo de tungstênio, de classificação da AWS (Sociedade Americana de Soldagem) EWTh-2, foram utilizados os de classificação AWS ER2209, fabricados pela SANDVIK, com diâmetros de 3,2 e 2,4mm. No preenchimento das zonas intermediárias realizado por processo de soldagem arame tubular (AT), foram utilizados as varetas e arames de classificação AWS E 2209T1 fabricados pela KOBELCO, com diâmetro de 1,2mm. A soldagem foi executada por meio de dois processos, TIG e Arame Tubular (AT). Como citado anteriormente, a raiz e o reforço da raiz (regiões ou es 1 e 2 dentro da junta soldada da Figura 1, respectivamente) foram realizados por processo TIG e o enchimento e acabamento (regiões de 3 a 13 e de 14 a 19 da Figura 1, respectivamente) por arame tubular (AT).

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Figura 1 – Esquema da seção transversal da junta soldada e as regiões soldadas através de “es” de solda. O aporte térmico utilizado para a etapa TIG variou entre 11,71-13,33 KJ/cm e entre 6,14 – 13,59 KJ/cm para a etapa AT. Foram utilizadas quatro amostras da junta soldada do tubo, resultando em 8 superfícies (seções transversais) a serem analisadas. Foram realizadas 3 etapas seqüenciais na preparação das amostras metalográficas, a saber, lixamento, polimento e ataque químico. Neste trabalhado foram realizados 2 tipos de ataques químicos: Murakami (ferricianeto de potássio, hidróxido de sódio e água) e Beraha (metabissulfito de potássio e ácido clorídrico). As imagens das juntas soldadas em escala macroscópica foram obtidas nas superfícies reveladas pelo ataque Murakami utilizando um estereoscópio Olympus, modelo SZ 61. As imagens da microestrutura foram obtidas num microscópio óptico Axiolmager M1m da Zeiss, com captura das imagens através de uma câmera digital acoplada. A junta soldada foi dividida em 5 regiões para obtenção de imagens microestruturais: Raiz, reforço da raiz, intermediárias 1, 2 e 3. Foi obtida uma (01) imagem da zona termicamente afetada (ZTA) com aumento 1000x para cada uma das regiões acima descritas, para as 8 superfícies das juntas soldadas (dois lados de cada uma das 04 amostras). Também foram obtidas imagens com aumentos de 100X. Assim, foram obtidas 08 imagens de ZTA com aumento de 1000X para cada uma das regiões. A Figura 2 mostra as regiões objeto de análise nas juntas soldadas. A quantificação volumétrica das fases ferrita e austenita reveladas foi realizada de acordo com a norma ASTM E562-11.

Figura 2 – Regiões da junta soldada analisada para obtenção de imagens microestruturais da ZTA. Raiz e reforço da raiz foram soldadas por TIG, as demais regiões por AT. RESULTADOS E DISCUSSÃO A Figura 3 exemplifica os aspectos micrográficos obtidos para cada uma das regiões determinadas (conforme a Figura 2) para análise da situação da ZTA (zona termicamente 35

afetada) da junta soldada. A distinção entre as fases ferrita e austenita foi obtida por meio das diferenças de tonalidades entre estas duas fases e contornos de grãos bem definidos (ferrita em tons escuros e austenita em tons mais claros).

Figura 3 – ZTA da região intermediária 03, amostra 12-B. Aumento de 100x – Ataque químico Beraha. Uma análise apenas qualitativa das imagens mostrou que a ZTA, de todas as regiões submetidas à análise, isto é, desde a raiz até a região intermediária 3, continha frações volumétricas significativas de ferrita, onde a austenita se apresenta visivelmente em proporção menor que a ferrita, e também menor do que a indicada para este material (em torno de 50% para cada uma das fases). Frações volumétricas elevadas de ferrita não são desejadas para aços duplex, ao contrário, quando ocorre um desbalanceamento entre as fases, costuma-se dar preferência para uma maior quantidade de austenita [Barry et al., 2007]. A Figura 4 exemplifica imagens utilizadas para a contagem de pontos realizada segundo a norma ASTM E562-11, para a quantificação das fases ferrita e austenita presentes das regiões de raiz, reforço, intermediárias 1, 2 e 3, respectivamente. As Tabelas 1 e 2 apresentam os resultados da fração volumétrica (Vv) encontradas para austenita e o erro relativo Ra, para cada uma das regiões da Figura 2.

Figura 4 – Imagem da região intermediária 03 com grid (malha) para contagem de pontos, amostra 12 B – Aumento de 1000x – Ataque químico Beraha. 36

Tabela 1 – Resultados obtidos para a fração volumétrica de austenita para as 5 regiões analisadas. Vmax e Vmin referem-se ao maior valor obtido e ao menor, respectivamente.

Regiões Raiz Reforço Intermediária 1 Intermediária 2 Intermediária 3

Vv 42,8 ± 17,58 45,9 ± 21,49 43,8 ± 16,11 28,9 ± 9,51 44,7 ± 21,74

Vmax 60,38 67,39 59,91 38,41 66,44

Vmin 25,22 24,41 27,69 19,39 22,96

Tabela 2 – Resultados da % Ra para as 5 regiões analisadas.

Regiões Raiz Reforço Intermediária 1 Intermediária 2 Intermediária 3

% Ra 41,06 46,81 36,78 32,89 48,63

Para um número de imagens n=5, Vv>20% e um grid adotado de 100 pontos, foi obtido uma porcentagem relativa de precisão de pelo menos 20%. Os resultados mostram que as porcentagens de Ra obtidas para todas as regiões foram acima dos 20% indicados pela norma, o que mostrou uma maior imprecisão nos valores obtidos das quantidades de austenita (e respectivamente nas quantidades de ferrita) na ZTA, devido à sua microestrutura não homogênea. Além disso, os aumentos elevados das imagens usadas para a aplicação das malhas (1000x) resultaram em valores de frações volumétricas de austenita de menor confiabilidade. Pode-se observar na imagem da Figura 3 da ZTA, que a microestrutura sofre variações, onde são observadas (de um modo qualitativo) regiões com maiores porções de ferrita. Fazendo-se uma avaliação qualitativa, observa-se que os percentuais de fração de volumétrica de austenita na ZTA, em quaisquer regiões da junta soldada, parecem estar abaixo dos indicados pela Norma API 938C [API Technical Report 938-C, 2005], onde a faixa indicada para resultados ótimos nas aplicações do material é de 40%-65% de austenita. Essas regiões de grandes porções e variações significativas da ferrita, na microestrutura, podem tornar a ZTA a zona mais frágil do material, pois provocam alterações não desejáveis nas propriedades mecânicas e químicas. A norma indica que valores de proporção volumétrica de austenita abaixo de 40% resultarão em um decrescimento notável da ductibilidade e da resistência a corrosão por pites do material [Barry et al., 2007]. Assim, imagens com aumentos menores do que 1000X seriam mais indicados para análise da ZTA. CONCLUSÕES Os resultados obtidos para o % Ra (erro relativo) para todas as regiões da ZTA analisadas não foram aceitáveis, comparando com o % Ra indicado pela norma ASTM E562 – 11, para número de imagens igual a 5 e grid com 100 pontos úteis. As %Ra não foram 37

aceitáveis devido a quantificação ter sido realizada com imagens possuindo aumentos elevados (1000x) e pela microestrutura da ZTA ser irregular (menos homogênea). Uma observação qualitativa da ZTA mostrou regiões com grandes porcentagens volumétricas de ferrita, aparentemente maiores do que as calculadas segundo a norma ASTM E562-11. Não foram evidenciados defeitos nas amostras testadas, tais como falta de fusão e ou falta de penetração. REFERÊNCIAS Loureiro, Jessica Pisano. Caracterização do aço inoxidável duplex UNS S31803 pela técnica não destrutiva de correntes parasitas pulsadas – Projeto de Graduação -Escola Politécnica, Universidade Federal do Rio de Janeiro – Rio de Janeiro, 2010. Vasconcellos, Pedro Ivo Guimarães de; Rosenthal, Ruben; Paranhos, Ronaldo Pinheiro da Rocha. Estudo da Soldagem de Tubos de Aço Inoxidável Duplex e Superduplex na Posição 5G - Soldag. insp. São Paulo, Vol. 15, No. 3, p.191-199, Jul/Set 2010. Fonseca, Camilla Fernandes França. Caracterização microestrutural de juntas de aço inoxidável duplex UNS S31803 soldadas pelo processo Arame Tubular – Projeto de Graduação – UERJ – Rio de Janeiro, 2012. Giraldo, Claudia Patricia Serna. Precipitação de fases intermetálicas na zona afetada pelo calor de temperatura baixa (ZACTB) na soldagem multie de aços inoxidáveis duplex – Dissertação de mestrado – Escola Politécnica da Universidade de São Paulo – São Paulo, 2001. ASTM International, Designação E562-11, Standard Test Method for Determining Volume Fraction by Systematic Manual Point Count, 2010. Barry Messer, Vasile Oprea, Andrew Wright.- Duplex stainless steel welding: best practices – Stainless Steel World, December 2007. ASTM International, Designação A928M-11, Standard Specification for Ferritic/Austenitic (Duplex) Stainless Steel Pipe Electric Fusion Welded with Addition of Filler Metal, 2011. API Technical Report 938-C, Use of Duplex Stainless Steels in the Oil Refining Industry: American Petroleum Institute: First Edition. Washington, D.C., Maio de 2005.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

PERCEPÇÕES A RESPEITO DA IMPLANTAÇÃO DA GESTÃO POR PROCESSOS EM UMA ÁREA DE UMA EMPRESA INTEGRADA DE ENERGIA AZIZ KHAZZAH EL WARRAK1, JOSÉ RODRIGUES DE FARIAS FILHO2 1 2

MsC, UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE, (21) 8871-5074, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: O presente estudo tem por objetivo identificar as percepções de profissionais envolvidos na implementação da gestão por processos acerca de aspectos envolvidos em sua aplicação. Esse propósito explora um problema relevante presente em diversas organizações que é a dificuldade de identificar as vantagens, desvantagens, facilitadores e dificultadores do modelo de gestão por processos. Para tanto, foi necessário estudar os conceitos relacionados à gestão por processos. A metodologia utilizada considera uma pesquisa aplicada, de abordagem qualitativa, caráter exploratório, adotando, como método de pesquisa, um estudo de caso. Os dados foram coletados através de entrevistas e analisados através do método de análise de conteúdo qualitativa. Os resultados obtidos neste artigo foram as percepções dos entrevistados a respeito das vantagens, pontos positivos, desvantagens, pontos negativos, facilitadores, dificultadores e fatores críticos de sucesso na implantação da gestão por processos. Este estudo permite concluir que a implantação de uma gestão por processos em uma organização é difícil, na maioria dos casos, é demorada, mas é possível e os benefícios que esse modelo propicia compensam os custos e esforços despendidos. PALAVRAS–CHAVE: processos, gestão por processos, qualidade total.

PERCEPTIONS ABOUT THE IMPLEMENTATION OF BUSINESS MANAGEMENT PROCESSES IN AN AREA OF AN INTEGRATED ENERGY COMPANY ABSTRACT: This study aims to identify the perceptions of professionals involved in implementation of business process management. This purpose explores a relevant problem present in many organizations: the difficulty of identifying the advantages, disadvantages, enablers and difficulties. For that, it was necessary to study the concepts related to business process management. The methodology considers an applied research, a qualitative approach, exploratory character, taking, as research method, a case study. Data were collected through interviews and analyzed by the method of qualitative content analysis. The results obtained in this work were the perceptions of the interviews about advantages, positive points, disadvantages, negative points, enablers, difficulties and critical success factors in implementation of business process management. This study concludes that the implementation of a business process management in an organization is difficult, in most cases, is time consuming, but it is possible and the benefits that this model provides pays the costs and efforts. KEYWORDS: process, business process management, total quality.

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INTRODUÇÃO As organizações são istradas segundo a visão das funções empresariais, sendo rotuladas como “baseada em funções”. Essa forma de funcionamento é muito danosa para os processos que, tendo necessidade de fluir transversalmente entre as diversas unidades da organização que executam partes da atividade, am a ter barreiras insuperáveis de trocas de informações, produtos, energia e comunicação, em face das restrições impostas pelo efeito silo da abordagem funcional (MARANHÃO; MACIEIRA, 2004). Pesquisa realizada por Rummler e Brache (1994) confirma que a maioria dos executivos descreve suas organizações pelos departamentos que a compõem. Essa visão permanece até os dias de hoje, conforme colocado por Harmon (2007), que caracteriza as organizações deste tipo, como “organizações de estrutura tradicional”. A presente pesquisa identifica as percepções a respeito da Gestão por Processos, sob o ponto de vista de profissionais de uma área de uma empresa de energia em que esse modelo foi aplicado. A tabela 1 descreve de forma clara a contextualização e o problema atacado na pesquisa. Tabela 1 - Contextualização e Problema da Pesquisa. Contextualização Problema As empresas são voltadas para as funções e não para processos. Dificuldade de identificar junto a Cada vez mais as organizações estão profissionais que contribuíram na buscando uma gestão com foco nos implementação da gestão por processos, as processos. vantagens, desvantagens, facilitadores e Os profissionais descrevem suas dificultadores desse modelo de Gestão por organizações pelos departamentos que a Processos compõem. A partir do problema mencionado acima, definiu-se o objetivo da pesquisa como identificar as percepções de profissionais envolvidos na implementação da gestão por processos acerca de aspectos envolvidos em sua aplicação. Para tanto, é importante desenvolver o conceito-chave Gestão por Processos que fundamenta a pesquisa. MATERIAL E MÉTODOS Esta seção aborda duas questões distintas. Primeiramente, discute-se o referencial teórico, no caso da presente pesquisa, o conceito de Gestão por Processos e posteriormente é apresentada a metodologia utilizada. A gestão por processos começou a ganhar força quando se percebeu as limitações das empresas que atuam de maneira exclusivamente funcional. Os modelos de gestão funcionais possuem algumas lacunas. Uma organização funcional cria um efeito de silo dentro da organização (JESTON; NELIS, 2008), enquanto que uma organização voltada para processos gira em torno principalmente dos processos de negócio e da visão focada no cliente. Esses mesmos autores colocam que processos são o link entre a organização e seus clientes, parceiros, canais de distribuição, produtos e serviços, pessoas e outros stakeholders. Vários autores trazem uma definição para o conceito de Business Process Management (BPM). Goldkuhl e Lind (2008) resumem de forma apropriada a origem do BPM. Para os autores, BPM é uma visão da organização onde há uma ênfase no trabalho horizontal em 40

detrimento da divisão vertical de trabalho e sua origem remonta nas técnicas de gestão pela qualidade total (GQT) e na reengenharia de processos. Ainda nessa linha, para Hung (2006), BPM é uma filosofia de gerenciamento integrado e um conjunto de práticas que incluem mudanças radicais nos processos, melhoria contínua, ênfase na satisfação do cliente e no envolvimento dos empregados Segundo Barbará (2006), a gestão por processos pode ser entendida como um modelo de gestão organizacional, orientado para gerir a organização com foco nos processos. Assim, a organização, ao adotar um sistema deste tipo, deverá, inicialmente, pensar em sua melhor forma de fazer negócios. Segundo Zairi (1997), BPM é uma abordagem estruturada que é dependente de elementos estratégicos, elementos operacionais, ferramentas e técnicas modernas, envolvimento das pessoas e, principalmente o foco horizontal que cumprirá as exigências dos consumidores de uma forma otimizada e satisfatória. UNICAMP (2003 apud BARBARÁ, 2006) trata a Gestão por Processos como o “enfoque istrativo aplicado por uma organização que busca a otimização e melhoria da cadeia de processos, desenvolvida para atender necessidades e expectativas das partes interessadas, assegurando o melhor desempenho possível do sistema integrado a partir da mínima utilização de recursos e do máximo índice de acerto”. Alguns autores associam diretamente a um modelo para melhorar o desempenho e atingir os objetivos da organização como um todo. Jeston e Nelis (2008) definem BPM como o atingimento dos objetivos de uma organização através da melhoria, gerenciamento e controle dos processos de negócio essenciais. Para Harmon (2010), BPM é a coordenação de um número diferente de esforços organizacionais para melhorar o desempenho global e o sucesso das organizações. Já Burlton (2001) define Gestão por Processos de Negócios, como um processo que assegura a melhoria contínua no desempenho da organização. Após tratar o referencial teórico, conforme exposto acima, os próximos parágrafos desta seção abordam a metodologia utilizada nesta pesquisa. A respeito do método, com relação à natureza, este estudo pode ser classificado como pesquisa aplicada, pois pretende contribuir de maneira prática para solucionar um problema concreto – a dificuldade de identificar as percepções de profissionais envolvidos na implementação da gestão por processos acerca de aspectos envolvidos em sua aplicação. Com relação à abordagem, esta pesquisa pode ser classificada como qualitativa, pois a interpretação dos fenômenos é imprescindível para o alcance dos objetivos propostos. Além disso, não há como traduzir em aspectos numéricos as principais questões que este estudo pretender responder. Quanto aos objetivos, este estudo pode ser classificado como pesquisa exploratória, uma vez que busca conhecer melhor o tema abordado. Por fim, de acordo com os procedimentos técnicos, o método utilizado no presente trabalho é o estudo de caso, forma geralmente assumida na pesquisa exploratória. As etapas do estudo de caso foram: 1) Identificação das percepções a serem obtidas; 2) Escolha do caso; 3) Coleta dos dados através de entrevistas; 4) Análise dos dados através de análise de conteúdo qualitativa e 5) Resultados do estudo de caso. Utilizou-se o estudo de caso único. Essa opção se deu por ele representar um estudo de caso típico, em que a situação analisada representa uma forma comum de implantação da gestão por processos em uma organização. O modelo concebido foi aplicado em uma área de negócio de uma empresa do ramo de energia. O fator que contribuiu para escolha do caso foi que a área em questão a por uma transformação em seu modelo de gestão, migrando de uma visão estritamente funcional para uma visão balanceada entre resultados e processos. Este estudo se utiliza de dados primários, gerados nas entrevistas. A coleta de dados, ou evidências como denominado por Yin (2005), se deu por meio de entrevistas de forma 41

espontânea, em que tanto se indaga os respondentes-chave sobre fatos, como se pede a opinião ou interpretação deles sobre determinados assunto (YIN, 2005). O pesquisador optou por esse tipo de entrevista, pois muitos dos envolvidos contribuíram com seus pontos de vista de maneira informal. A entrevista foi realizada com oito envolvidos na implantação da gestão por processos na área do estudo de caso. O roteiro completo da entrevista segue abaixo: 1) Quais são as vantagens e pontos positivos da gestão por processos? 2) Quais são as desvantagens e pontos negativos da gestão por processos? 3) O que facilitou a implantação da gestão por processos? 4) O que dificultou a implantação da gestão por processos? 5) Quais são os fatores críticos de sucesso para implantação da gestão por processos? Para tratamento dos dados, utilizou-se o método de análise de conteúdo qualitativa. Esse método visa identificar o que está sendo dito a respeito de determinado tema. Essa técnica apresentada por Mayring (2000) possibilita a sistematização e interpretação dos dados a partir da construção de categorias principais que orientam a compreensão do objeto pesquisado. Mayring (2000) propõe três formas de análise de conteúdo qualitativa: sumarização, explicação e estruturação. Neste estudo, foi aplicada a sumarização, cujo objetivo da análise é reduzir o material de tal forma que sobrem apenas os conteúdos essenciais. Na análise dos dados, buscou-se identificar as percepções mais comuns para cada pergunta feita. Categorizou-se, então, da maneira apresentada na tabela 2. Tabela 2 - Categorização das Respostas das Entrevistas. Número de entrevistados que citou a observação 4 ou mais entrevistados 2 ou 3 entrevistados Apenas 1 entrevistado

Categoria Percepção muito relevante Percepção relevante Percepção isolada

Além disso, foram mencionadas também as opiniões complementares (ou até conflitantes) que um ou outro entrevistado apontou, mas que não foram levantadas pela grande maioria dos envolvidos. ESTUDO DE CASO Esta seção tem por objetivo apresentar o caso em que o modelo conceitual foi testado. Por questões de confidencialidade, o nome da empresa não pôde ser revelado. Desta maneira, neste capítulo são abordadas algumas informações genéricas da organização de forma a caracterizá-la. As entrevistas foram realizadas em uma área de uma empresa integrada de energia. A empresa está presente em todos os continentes e é considerada uma das dez maiores do mundo no seu ramo. Ela atua em praticamente todos os elos da cadeia, desde a descoberta do petróleo e gás natural até a comercialização dos produtos finais, trabalhando também com diversas fontes alternativas de energia como biocombustíveis, eólica, entre outras. Assim como a maioria das grandes corporações do setor, a empresa possui atividades tanto em terra como no mar. Alguns números da empresa ao final do exercício de 2010 seguem abaixo: • Valor de mercado acima de US$ 100 bilhões; • Receita operacional e lucro operacional superiores a US$ 120 bilhões e a US$ 20 bilhões respectivamente; • Investimentos acima de US$ 15 bilhões; • Produção de petróleo e gás maior do que 2 milhões de barris de óleo equivalente por dia; 42

• Venda de Derivados acima de 3 milhões de barris por dia; • Reservas Provadas superando a marca de 8 bilhões de barris de óleo equivalente; • Número de funcionários superior a 50 mil. O modelo foi aplicado em uma das maiores áreas de negócio da empresa, responsável por boa parte dos resultados econômicos e operacionais e dos investimentos da organização para os próximos anos, de acordo com seu plano de negócios divulgado recentemente. RESULTADOS E DISCUSSÃO Esta seção traz as percepções dos entrevistados acerca dos pontos sinalizados no tópico Material e Métodos. Entre setembro de 2011 e janeiro de 2012 foram realizadas oito entrevistas com integrantes da força de trabalho que participaram da implantação da gestão por processos na área. Os subtópicos abaixo apresentam os resultados de cada pergunta da entrevista. VANTAGENS E PONTOS POSITIVOS DA GESTÃO POR PROCESSOS Esta pergunta apresentou maior número de respostas convergentes. Isso demonstra que os envolvidos no trabalho internalizaram os conceitos da gestão por processos. A tabela 3 resume as percepções dos entrevistados a respeito das vantagens e pontos positivos da gestão por processos. Tabela 3 - Resumo das Percepções a Respeito das Vantagens e dos Pontos Positivos da Gestão por Processos. Categoria Muito Relevante Muito Relevante Muito Relevante Muito Relevante Muito Relevante Muito Relevante Muito Relevante Relevante Relevante Relevante Relevante Relevante Relevante Isolada Isolada Isolada

Percepção Identifica claramente papéis e responsabilidades no processo Explicita as interfaces e a integração entre os processos. Promove a cultura de melhoria contínua Promove a gestão pró-ativa Proporciona a visão sistêmica Facilita a identificação da causa raiz do problema Explicita os processos Traz resultados sustentados no longo prazo Identifica a relação de causa e efeito Proporciona tomada de decisão mais eficaz Facilita o gestor da organização na simplificação do trabalho Permite que as pessoas enxerguem a contribuição de suas atividades no resultado da organização Permite um importante conflito dos diferentes pontos de vista (processos x estrutura organizacional), em prol da organização, Traz objetividade e foco Identifica problemas com a estrutura organizacional Identifica atividades que não estão agregando valor

DESVANTAGENS E PONTOS NEGATIVOS DA GESTÃO POR PROCESSOS Essa questão apresentou poucas respostas. Alguns dos entrevistados simplesmente não enumeraram pontos negativos da gestão por processos. Outros citaram pontos que foram enquadradas como dificuldades para implementação do modelo e não como desvantagens.

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Por conta das poucas observações, neste tópico também não houve percepções que pudessem ser classificadas como muito relevantes. Apenas uma foi considerada como relevante. A visão dos entrevistados sobre as desvantagens e pontos negativos do modelo de gestão segue na tabela 4. Tabela 4 - Resumo das Percepções a Respeito das Desvantagens e dos Pontos Negativos da Gestão por Processos. Categoria Relevante Isolada Isolada

Percepção Implementação de maneira top-down Altamente dependente de patrocínio da alta istração Necessidade de certo grau de abstração das pessoas que trabalham mais com atividades operacionais ou técnicas

FACILITADORES PARA IMPLANTAÇÃO DA GESTÃO POR PROCESSOS No questionamento sobre os fatores que facilitaram a aplicação do modelo na área estudada, houve grande convergência nas respostas e apenas uma percepção isolada, como pode ser visto na tabela 5. Tabela 5 - Resumo das Percepções com Relação aos Facilitadores para Implantação da Gestão por Processos. Categoria Muito Relevante Muito Relevante Muito Relevante Relevante Relevante Relevante Isolada

Percepção Forte patrocínio Equipe com conhecimento e experiência avançada no tema processos para conduzir os trabalhos Equipe com dedicação exclusiva para conduzir os trabalhos A existência de pessoas na organização que já tenha trabalhado com GQT Pessoas formadoras de opinião que comprem a ideia Estrutura organizacional que possua uma área corporativa atuando como gestora de processo Perfil da força de trabalho

DIFICULTADORES PARA IMPLANTAÇÃO DA GESTÃO POR PROCESSOS O maior dificultador para implantação da gestão por processos, levantado por cinco entrevistados, foi a resistência das pessoas, algumas por não entenderem os ganhos da gestão por processos e outras pela própria natureza de restrição a tudo que é novo. Todas as percepções aparecem destacadas na tabela 6. Tabela 6 - Resumo das Percepções com Relação aos Dificultadores para Implantação da Gestão por Processos. Categoria Muito Relevante Muito Relevante Muito Relevante Relevante

Percepção A resistência das pessoas da organização, especialmente dos gestores de processo O forte patrocínio, se não for bem aproveitado, faz com que se avance muito rapidamente em determinados momentos Os membros da alta gestão da área não possuírem o conhecimento mais atual do assunto Falta de visão de processos

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Relevante Relevante Relevante Isolada Isolada Isolada Isolada Isolada

A implantação do modelo mexe com a estrutura de poder da organização Falta de visão sistêmica A cultura de padronização voltada para a visão funcional Todos querem se enxergar de forma explícita e nem sempre isso é possível A etapa de planejamento não envolver os diversos participantes A validação com todos os envolvidos durante a fase de implantação torna o trabalho cansativo e mais demorado A área de gestão das empresas não evoluída Dificuldade de conciliar as visões de estrutura, de função técnica e de processos

FATORES CRÍTICOS DE SUCESSO NA IMPLANTAÇÃO DA GESTÃO POR PROCESSOS Esta foi a pergunta que apresentou maior número de respostas, mas poucas foram repetidas muitas vezes pelos entrevistados, conforme apresentado na tabela 7. Tabela 7 - Resumo das Percepções com Relação aos Fatores Críticos de Sucessos para Implantação da Gestão por Processos. Categoria Muito Relevante Relevante Relevante Relevante Relevante Relevante Relevante Relevante Relevante Relevante Relevante Relevante Relevante Isolada Isolada Isolada Isolada Isolada Isolada Isolada

Percepção Comprometimento das pessoas Patrocínio e envolvimento de todos os gestores do nível hierárquico mais alto Equipe com experiência e capacitação no tema dedicada exclusivamente à implantação da gestão por processos Comunicação Perseverança Cadeia de valor bem definida e compartilhada por todos Alinhamento entre a estratégia e os processos, principalmente os de mais alto nível Papéis e responsabilidades bem definidos e entendidos por todos os envolvidos Identificação de pessoas chave para participar das discussões nos grupos Disciplina para fazer com que as etapas sejam cumpridas Incorporação das práticas de gestão de processo na rotina de trabalho de todos A estrutura da organização (pessoas, sistemas, capacitação) tem que ser preparada para implementação do modelo Tempo dedicado para o assunto, principalmente por parte dos gestores de processos Definição dos gestores e o empenho individual de cada um para cumprir seu papel Articulação com as áreas envolvidas no trabalho O trabalho deve permear toda a organização Apresentação de casos de sucesso para demonstrar a utilidade do modelo Adaptação do modelo à realidade Uniformização de conceitos / glossário relacionado a processos Conciliação das visões da estrutura organizacional, de processo e da função técnica, mediando os conflitos entre elas

Muitos dos fatores críticos indicados pelos entrevistados já haviam sido apontados como dificultadores ou facilitadores da implantação do modelo. 45

CONCLUSÕES Esta seção finaliza o estudo a respeito da percepção da implantação da gestão por processos em uma organização. Ele se divide em duas partes. Inicialmente, são apresentadas as conclusões relativas ao objetivo do trabalho. Em seguida, como considerações finais, são trazidas as principais conclusões obtidas neste estudo. Seguindo a lógica da seção Introdução, primeiramente foi feita a contextualização e em seguida levantada a situação problema, que deu origem ao objetivo geral para esta pesquisa. O objetivo definido foi identificar as percepções de profissionais envolvidos na implementação da gestão por processos acerca de aspectos envolvidos em sua aplicação. Pode-se considerar que o objetivo do estudo foi atingido, uma vez que as entrevistas conseguiram captar todos os aspectos que se desejava para fazer análise de questões referentes a implantação da gestão por processos em uma organização. Os entrevistados listaram uma série de vantagens da gestão por processos, sendo que algumas delas foram citadas muitas vezes. No âmbito geral, essa foi a questão que mais apresentou respostas categorizadas como muito relevantes. Pode-se concluir, portanto, que os conceitos relacionados ao tema foram absorvidos pelas pessoas que trabalharam na implantação do modelo. A percepção dos envolvidos sobre esse ponto direcionou para o conhecimento dos processos como um todo, com sua explicitação, definição de papéis e responsabilidades, integração, interfaces, visão sistêmica. Também foram destacadas a atuação direta no problema e a gestão pró-ativa por conta disso, além da cultura de melhoria contínua. Poucas observações foram feitas a respeito dos pontos negativos do modelo. Apenas uma desvantagem foi levantada por mais de um entrevistado e mesmo assim, por somente duas pessoas: o fato de o modelo ter sido implantando de maneira top-down fez com que houvesse certa resistência nessas unidades. Os facilitadores mais citados estão relacionados à equipe que deve conduzir os trabalhos: tanto a capacitação no assunto, quanto a dedicação exclusiva para coordenar a aplicação do modelo foram lembradas por quatro entrevistados. Além disso, o forte patrocínio foi quase unanimidade entre os respondentes. Com relação aos dificultadores, a alta istração foi mencionada tanto na carência de conhecimento sobre o tema, como na forte pressão exercida. A resistência das pessoas da organização, principalmente dos gestores, também foi ressaltada diversas vezes como um dificultador. Apenas o comprometimento das pessoas foi lembrado por quatro entrevistados como fator crítico de sucesso na implantação do modelo. Essa pergunta trouxe novamente alguns pontos já mencionados anteriormente como facilitadores ou dificultadores, ou seja, algumas questões que deram certo ou que atrapalharam a aplicação foram consideradas críticas, como o patrocínio, uma equipe capacitada e exclusiva para coordenar os trabalhos, o convencimento das pessoas da organização, entre outros. As percepções dos entrevistados categorizadas como muito relevantes aparecem de forma consolidada na tabela 8.

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Tabela 8 – Resumo das Percepções Muito Relevantes dos Entrevistados acerca das Questões Levantadas. Questão

Vantagens e pontos positivos da gestão por processos

Desvantagens e pontos negativos do modelo Facilitadores para implantação do modelo

Dificultadores para implantação do modelo

Fatores críticos de sucesso na implantação do modelo

Percepções muito relevantes Identifica claramente papéis e responsabilidades no processo Explicita as interfaces e a integração entre os processos Promove a cultura de melhoria contínua Promove a gestão pró-ativa Proporciona a visão sistêmica Facilita a identificação da causa raiz do problema Explicita os processos Não houve percepções categorizadas como muito relevantes Forte patrocínio Equipe com conhecimento e experiência avançada no tema processos para conduzir os trabalhos Equipe com dedicação exclusiva para conduzir os trabalhos A resistência das pessoas da organização, especialmente dos gestores de processo O forte patrocínio, se não for bem aproveitado, faz com que se avance muito rapidamente em determinados momentos Os membros da alta gestão da área não possuírem o conhecimento mais atual do assunto Comprometimento das pessoas

Como considerações finais, as organizações têm percebido recentemente que, para alcançar resultados sustentados, é fundamental conhecer e trabalhar nos seus processos. Por isso, cada vez mais buscam evoluir para um novo modelo de gestão, que promove um equilíbrio entre a visão de processos e a visão de resultados. Desta forma, têm crescido o número de organizações que vêm implementando a gestão por processos no seu cotidiano. Durante a fase de implantação da gestão por processos na empresa do estudo de caso, constou-se que a aplicação desse modelo não é simples. Há muita resistência por parte dos diversos atores e é preciso, a todo momento, costurar procurando atender os principais interesses. Percebeu-se também que é mais oportuno avançar lentamente, mas com todos juntos, do que seguir mais rapidamente com alguns, deixando os demais para trás. A grande conclusão que se chegou é que a implantação de uma gestão por processos em uma organização é difícil, na maioria dos casos, é demorada, mas é possível e os benefícios que esse modelo propicia, compensa os custos e esforços despendidos. REFERÊNCIAS BARBARÁ, S. Gestão por processos: fundamentos, técnicas e modelos de implementação. São Paulo: Qualitymark, 2006. BURLTON, R. Business process management: profiting from process. Indianapolis: SAMS, 2001. GOLDKUHL, G.; LIND, Mikael. Coordination and transformation in business processes: towards an integrated view. Business Process Management Journal, v. 14, no. 6, p. 761-777, 2008. HARMON, P. Business process change: a guide for business managers and BPM and six sigma professionals. 2nd. ed. [S.l.]: Elsevier, 2007. ______. Process, strategy maps and Balanced Scorecard. BPTrends, [S.l.], v. 8, no. 5, Mar. 2010. HUNG, R. Y. Y. Business Process Management as competitive advantage: a review and empirical study. Total Quality Management e Business Excellence, [S.l.], v. 17, no.1, p. 21-40, 2006. JESTON, J.; NELIS, J. Management by process: a roap to sustainable business process management. [S.l.]: Elsevier, 2008. MARANHÃO, M.; MACIEIRA, M. E. B. O processo nosso de cada dia: modelagem de processos de trabalho. [S.l.: s.n.], 2004. MAYRING, P. Qualitative content analysis. Forum: Qualitative Social Research, [S.l.], v. 1, no. 2, June 2000.

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RUMMLER, G. A.; BRACHE, A. P. Melhores desempenhos das empresas: ferramentas para a melhoria da qualidade e da competitividade. São Paulo: Makron Books,1994. YIN, R. K. Estudo de caso: planejamento e métodos. 3. ed. São Paulo: Bookman Companhia, 2005. ZAIRI, M. Business process management: a boundaryless approach to modern competitiveness. Business Process Management Journal, [S.l.], v. 3, no. 1, p. 64-80, 1997.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

OBTENÇÃO DE VIDRO A PARTIR DE RESÍDUO DE POLÍMERO REFORÇADO COM FIBRA DE VIDRO PARA PRODUÇÃO DE VITROCERÂMICO DO SISTEMA SiO2 – Al2O3 - CaO HONÓRIO DELATORRE JR1, OSIRIS CALLEGARI FERRARI 2, CLAUDIA T. KNIESS 3, VIVIANA P. D. SAGRILLO4 1

Engenheiro Mecânico, Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial, (27) 9946-0127, [email protected] 4 Química Industrial, Instituto Federal do Espírito Santo, (27) 3331-2178, viviana.ifes.edu.br 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Considerando que o desenvolvimento tecnológico provoca agressões ao meio ambiente através do descarte de resíduos, buscou-se, neste estudo, investigar a possibilidade de reaproveitamento do resíduo de compósito polimérico reforçado com fibra de vidro, descartado do setor industrial, como matéria-prima alternativa na obtenção de materiais vitrocerâmicos. Para tanto foi efetuada a caracterização do resíduo através de análises de fluorescência de raios X, difração de raios X, análise térmica diferencial e termogravimétrica e percentual de resina e filamento. A fluorescência de raios X revelou que o resíduo é composto por SiO2, Al2O3 e CaO nas proporções de 51,52%, 19,69% e 20,42%, respectivamente, e que se encontram no estado amorfo como mostrou a difração de raios X; estudou-se qual a melhor forma de trabalhar com o resíduo para obtenção do vidro base, se na forma de pastilhas, pó ou filamento de vidro após retirada da matriz polimérica. Pode-se com este estudo concluir que o resíduo em questão apresenta características propícias para a utilização na obtenção de materiais vitrocerâmicos do sistema SiO2-Al2O3-CaO. PALAVRAS–CHAVE: Vitrocerâmico, Reaproveitamento, Fibra de Vidro.

OBTAIN OF GLASS FROM WASTE OF POLYMER REINFORCED WITH FIBERGLASS TO PRODUCTION OF GLASS-CERÂMIC OF SYSTEM SiO2 – Al2O3 – CaO ABSTRACT: Considering that technological development causes damage to the environment through waste disposal, we sought in this study to investigate the feasibility of reusing waste polymer composite reinforced with fiberglass, discarded industrial sector as an alternative raw material in obtaining glass-ceramic materials. For this characterization was performed through analysis of the residue from X-ray fluorescence, x-ray diffraction, differential thermal analysis and thermogravimetric and percentages of resin and filament. The X-ray fluorescence showed that the residue consists of SiO2, Al2O3 and CaO in proportions of 51.52%, 19.69% and 20.42%, respectively, and are in an amorphous state as shown by X-ray diffraction X, we studied how best to work with the residue to obtain a glass base in the form of tablets, powder or glass filament after removing the polymeric matrix. It can be concluded from this study that the waste in question has characteristics favorable for use in obtaining glass-ceramic materials of the system SiO2 - Al2O3 - CaO. KEYWORDS: Glass ceramics, Reuse, Fiber Glass.

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INTRODUÇÃO Hoje em dia as indústrias não conseguem sobreviver sem um manejo adequado dos resíduos industriais, o que levou a este quadro foram a criação das leis ambientais, a grande geração de resíduos industriais e o esgotamento das reservas naturais. Existe uma diferença conceitual entre Reutilizar, Reciclar e Reaproveitar. A reutilização esta relacionada com a utilização do resíduo mais de uma vez, independentemente do produto ser utilizado novamente na mesma função ou não. Reciclar significa voltar ao ciclo produtivo, e reaproveitar significa utilizar o material como fonte de matéria prima para produção de outro produto totalmente diferente daquele que o originou. Desta forma estamos agregando valor a materiais que seriam descartados, ou seja, materiais que não teriam valor nenhum e que com a prática do reaproveitamento ressurgem para serem utilizados em outra forma. Uma questão importante refere-se à complexidade da reciclagem do resíduo de Polímero Reforçado com Fibra de Vidro (PRFV), outra esta relacionada com a infusibilidade da resina utilizada como matriz, ou seja, o PRFV não pode ser derretido novamente como a maioria dos plásticos. O PRFV e alta temperatura, porém sofre carbonização, sem entrar em fusão, quando aquecidos exageradamente (CANTO, 1997 apud ORTH, BALDIN e ZANOTELLI, 2012). A indústria de compósitos no Brasil gera cerca de 13 mil toneladas de resíduos por ano, onde a maioria desses resíduos tem como destino os aterros industriais ( LIMA, 2012 apud ORTH, BALDIN e ZANOTELLI, 2012). Em nossa região a geração de resíduo de Polímero Reforçado com Fibra de Vidro é muito grande, podemos dar como exemplo os relatórios anuais fornecidos pela empresa Vale do Rio Doce que mostram uma totalização de 62.210 kg de resíduos gerados. Em função dos números apresentados, este material (Resíduo de Fibra de Vidro) merece receber uma atenção especial com relação à sua destinação, para isso devemos desenvolver pesquisas para que os resíduos gerados deste sejam reaproveitados a nosso favor. Vários estudos estão sendo feitos para reciclagem, reuso e reaproveitamento dos resíduos de materiais compósitos, podemos dar como exemplo a inserção deste, na forma de pó, no processo de fabricação de telhas, lajotas e blocos de concreto. A indústria vidreira faz um esforço grande para conhecer quais as condições mais favoráveis para a estabilidade dos vidros com respeito à sua cristalização, os conhecimentos adquiridos neste processo foram utilizados na cristalização controlada dos materiais vítreos, surgindo assim uma nova gama de materiais denominados vitrocerâmicos (NEVES, 1997). O presente trabalho tem como intuito fazer o reaproveitamento do resíduo de PRFV oriundos das práticas de manutenção dos perfis fabricados pelo processo de pultrusão na produção de materiais vitrocerâmicos. Existem vários sistemas vitrocerâmicos, cada um com suas respectivas características e propriedades, neste trabalho buscamos produzir um material vitrocerâmico baseado no sistema SiO2 – Al2O3 – CaO (SAC) tendo em vista que as fases derivadas do sistema SAC, em geral, apresentam como propriedades uma boa resistência mecânica, resistência ao ataque químico e uma excelente resistência à abrasão ( NEVES, 2002). MATERIAL E MÉTODOS O resíduo estudado é oriundo dos descartes dos processos de manutenção das usinas da Companhia Vale do Rio Doce-Vitoria/ES. O mesmo fez parte de estruturas pré - moldadas para fabricação de para-corpos, pisos e andaimes, conforme mostrado na Figura 1.

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Figura 1 – Resíduo de polímero reforçado com fibra de vidro oriundo da Companhia Vale do Rio Doce. A determinação da relação entre a quantidade de resina e filamento de fibra de vidro foi realizada utilizando a metodologia descrita pela norma ASTM D 3171 de 2009. A temperatura utilizada foi a máxima estipulada pela norma que é de 565±30º C e o tempo foi de 4 horas tendo em vista que a norma prevê um tempo máximo de 6 horas. Para determinar a percentagem de fibra foram feitos quatro ensaios segundo a norma ASTM D3171 de 2009, visando a eliminação total da resina e outros elementos que não a fibra de vidro, as amostras consistiam de pedaços do PRFV, totalizando uma massa de aproximadamente 18g em cada ensaio. Os filamentos de vidro utilizados como reforços são na maioria do tipo “E”, os quais apresentam como composição química básica SiO2, Al2O3 e CaO com percentuais entre 52 a 56%, 12 a 16% e 15 a 25%, respectivamente (STARR, 1997). Com intuito de descobrir qual o tipo de resina utilizada no resíduo foi necessário a realização do teste por chama. O teste de chama baseia-se no fato de que quando fornecemos energia a um material (estaremos fornecendo calor), elétrons da última camada absorvem esta energia mudando o seu estado energético e assim ando para um nível de energia mais elevado. Com o retorno desses elétrons para suas camadas fundamentais os mesmos liberam a energia absorvida no aquecimento em forma de radiação. A liberação de radiação está dentro de um comprimento de onda característico de cada elemento químico e este comprimento pode ser captado pelo olho humano e é identificado na forma de cores. No experimento colocamos uma amostra de resina poliéster padrão em uma colher que foi aquecida até chegar ao ponto de combustão e neste ponto foi observado a cor, formato e odor característico. Posteriormente realizamos o mesmo procedimento com o resíduo. Para determinarmos a composição química do filamento a amostra foi submetida a uma análise de espectrometria de fluorescência de raios-X (FRX). A técnica de difração de raios-X (DRX) foi realizada somente no filamento tendo como objetivo a determinação da composição mineralógica do mesmo. Para tanto utilizou-se um difratômetro Bruker, modelo D2 Phaser, com radiação cobre kα, potência de 300 W e corrente de 10mA. As análises foram realizadas em amostras na forma de pó no intervalo de medida em 2θ entre 10 e 100º. Para determinação das temperaturas de transição vítreas, e fusão do resíduo, utilizou-se a técnica de Calorimetria Diferencial de Varredura (CDV) em um aparelho da marca NETZSCH STA modelo 449F3. A morfologia do resíduo “in natura” bem como do Filamento foi analisada pela técnica de microscopia eletrônica de varredura (MEV), para tanto utilizou-se um microscópio JEOL, modelo JSM 6610 LV. Para fusão do resíduo utilizou-se um forno de resistência elétrica da marca MAITEC modelo FE-1700. Para determinarmos qual a melhor forma de se trabalhar com o resíduo o mesmo foi cortado na forma de pastilhas, moído e calcinado para obtenção do filamento de vidro, após 51

esta etapa cada forma foi levada ao forno para fusão, o material obtido foi analisado quanto à sua aparência no que tange à formação de bolhas, contaminação por resina e facilidade de vazamento, a partir deste ponto aplicaram-se, no processo, ajustes para obtenção do vidro base final. RESULTADOS E DISCUSSÃO A Tabela 1 apresenta os valores dos teores de fibra/resina obtidos das amostras de resíduo oriundo de estruturas fabricadas em Polímero Reforçado com Fibra de Vidro (PRFV). Tabela 1 - Percentual de filamento e resina no resíduo de polímero reforçado com fibra de vidro. Ensaio Amostra (g) Filamento (g) Filamento (%) Resina (%) 1 18.07 11.10 61.43 38,57 2 18.16 11.24 61.89 38,11 3 18.01 11.03 61.24 38,76 4 18.09 11.12 61.47 38,53 A Figura 2 mostra o resultado do ensaio por chama. Nela podemos verificar que as chamas da queima do resíduo possuem a mesma coloração, formato, e odor característico da resina poliéster, sendo assim, podemos concluir que estamos trabalhando com a resina poliéster.

(a) (b) (c) Figura 2 – Ensaio por chama: (a) resina poliéster Padrão; (b) chama produzida da resina poliéster padrão; (c) chama produzida do resíduo. A Tabela 2 apresenta o resultado obtido por FRX para o filamento do compósito. Esta análise foi realizada somente no filamento, pois a resina se comportava como contaminante mascarando o resultado.

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Tabela 2 - Composição química do filamento do resíduo de polímero reforçado com fibra de vidro. Elementos Teor (%) Elementos Teor (%) Al2O3

19,69

B2O3

---------

CaO

20,42

Li2O

---------

Fe2O3

0,43

BaO

0,22

K2O

0,31

Co2O3

0,08

MgO

0,36

Cr2O3

< 0,1

MnO

< 0,05

PbO

< 0,1

Na2O

0,53

SrO

0,10

P2O5

0,13

ZnO

<0,1

SiO2

51,52

ZrO2+HfO2

<0,1

TiO2

0,44

Perda ao Fogo

0,57

Analisando os resultados fornecidos pela tabela 2 conclui-se que o filamento em questão pertence à categoria “E”. A importância deste resultado esta basicamente na determinação dos teores de Al2O3, CaO e SiO2 que somados apresentam 91,63% da massa total do resíduo. De acordo com a literatura o sistema SiO2 - Al2O3 - X são os mais indicados para formulação de vitrocerâmicos. Para definirmos o sistema vitrocerâmico utilizaremos os elementos majoritário encontrados na análise química, que em nosso caso são, SiO2, Al2O3, CaO (SAC). Fica definido assim que o sistema vitrocerâmico será o SAC, com isto e com auxílio do diagrama ternário do sistema SAC, concluímos que a fase cristalina que irá se formar majoritariamente será a Anortita (CaO . Al2O3 . 2SiO2). O sistema SiO2 – Al2O3 – CaO (SAC) é o mais utilizado como base para obtenção de vitrocerâmicos ( FERREIRA, 2006 ), a tabela 3 nos mostra quais as possíveis fases que poderão se cristalizar e os respectivos tratamentos térmicos para tal. Tabela 3 - Exemplos de materiais vitrocerâmicos baseados no sistema CaO – Al2O3 – SiO2 Composição 1 2 3 4 (% em massa) 27,56 46,85 54,3 71,1 SiO2 35,1 13,27 17,7 12,5 Al2O3 19,28 21,85 17,8 5,3 CaO 18,0 18,0 11,1 11,1 TiO2 750(5h) 950(1) 750(5h) 1200 (1) 1600(16) TT,°C(h) 950(1) Anortita, Anortita, Anortita,Sfeno, Anortita, Fases Sfeno, Sfeno Cristobalita Rutilo, Cristalinas Wolastonita Cristobalita TT = Temperatura de tratamento térmico Fonte: Adaptado de STRNAD (1986)

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Intensidade Relativa (u.a)

A Figura 3 é um DRX do filamento com objetivo de identificar as fases cristalinas. Observa-se que o difratograma é formado por linhas sem picos que possam ser associados à alguma fase cristalina, sendo assim o resíduo tem caráter amorfo.

2 θ (º)

Figura 3 – Difratograma de raios X do filamento de fibra de vidro As Figuras 4(a) e 4(b), obtidas por MEV, mostram morfologicamente a disposição dos filamentos no interior do resíduo de PRFV, respectivamente.

(a) (b) Figura 4 – Microscopia eletrônica de Varredura do Resíduo de PRFV: (a) aumento de 1000X e (b) aumento de 2500X. Com esta análise podemos verificar o alto percentual de filamentos no compósito confirmando assim o valor encontrado no cálculo da relação entre Fibra/resina. Conseguimos também determinar, com boa exatidão, lançando mão da escala existente na imagem, que o diâmetro do filamento é de aproximadamente 15 µm. As Figuras 5(a) e 5(b) mostram os filamentos obtidos após o processo de calcinação do resíduo a 565ºC durante 4 horas no forno mufla utilizando toda a metodologia da norma ASTM D 3171- 2009.

(a) (b) Figura 5 – Microscopia eletrônica de varredura do Filamento: (a) aumento de 500X e (b) aumento de 1100X. 54

As microscopias referentes às Figuras 5(a) e 5(b) mostram nitidamente que ainda existem fragmentos de material orgânico, ou seja o procedimento adotado para remoção da resina não é 100% apropriado sendo necessário trabalharmos na temperatura um pouca acima do recomendado pela norma ou mantermos o resíduo em um tempo mais prolongado no interior do forno. Através dos gráficos de TG e de DSC apresentados na Figura 6 , pode-se conhecer o comportamento térmico do resíduo de PRFV sem resina, identificando as temperaturas Tg, Tc e Tf, na figura se confirma o que foi visualizado na Microscopia Eletrônica de Varredura, ou seja, analisando a curva da TG verificamos que ocorre perda de massa muito acentuada no filamento indicando que ainda existia material orgânico após a calcinação do resíduo de PRFV, podemos verificar um pico em torno de 650°C que é correspondente com a temperatura da Tg, podemos visualizar uma variação da linha de base em torno de 1100ºC indicando a temperatura de cristalização e um pico em torno de 1250ºC que corresponde com a temperatura de fusão.

Tf

Tc Tg

(a)

Figura 6 – Análise Calorimétrica Diferencial por varredura e termogravimétrica do resíduo calcinado. Em função da forma como se apresentam: Guarda-corpo, leitos para cabos, Eletrocalhas e Eletrodutos, houve a necessidade de reduzir o tamanho dos mesmos para garantir a homogeneidade das fusões. A Figura 7 mostra as maneiras como o resíduo poderá ser utilizado para a realização das fusões: cortado na forma de pastilhas, Figura 7(a); moído, Figura 7 (b) e depois de calcinado para a retirada da resina Figura 7 (c). A forma ideal para o resíduo será determinado de acordo com a qualidade do vidro base obtido. Caso haja a necessidade de correção da composição com a adição de reagentes puros a forma ideal será aquela mostrada através da Figura 7 (c). Caso a resina não interfira na qualidade do vidro pela formação de bolhas e ar, a forma Ideal será a da Figura 7 (b).

(a) (b) (c) Figura 7 – Resíduo de polímero reforçado com fibra de vidro: (a) na forma de pastilhas, (b) após moagem e (c) depois da retirada da resina.

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A Figura 8 nos mostra como o vidro se apresentou após o processo de fusão do resíduo em função da forma trabalhada. Forma Trabalhada

Pastilhas

Aparência

Tratamento Resultado Térmico 800°C por 2 Apresentou-se com horas; 1400°C coloração escura, indicativo por 2 horas. de alto grau de contaminação por resina; não vazou.

800°C por 2 Apresentou-se na coloração horas; 1400°C esverdeada; com bolhas e Moído (Resina e por 2 horas. com algumas manchas Filamento) escuras, indicativo de contaminação por resina; apresentou dificuldade de vazamento. Figura 8 – Aparência do vidro obtido em função da forma trabalhada. Com os resultados do processo de fusão optou-se por trabalhar com o resíduo no forma de pó, para eliminação das bolhas resolveu-se aumentar o tempo de permanência do fundido dentro do forno para 3 horas, e para eliminação das manchas escuras características de contaminação por resina optou-se por calcinar o resíduo antes do processo de fusão, isto foi feito em um forno mufla a uma temperatura de 700°C por duas horas, teve-se o cuidado de não acumular o pó para que se permitisse dar saída dos gases proveniente do processo de calcinação. Para que o fundido apresentasse facilidade de vazamento adicionou-se 5% de CaO em peso, tendo em vista que este é um bom fundente em temperaturas acima de 1200°C, optou-se por este valor para que se pudesse trabalhar com o máximo possível de resíduo, adicionou-se 10% em peso de TiO2, este irá servir como material nucleante para produção dos cristais no processo de produção do vitrocerâmico. A Figura 9 mostra a aparência do vidro obtido após os ajustes feitos.

Figura 9 – Vidro obtido com 95% Resíduo em pó (Calcinado) com adição de 5% de CaO e 10% TiO2. O Vidro obtido se apresentou na coloração amarelo palha com ausência total de contaminação por resina, não foram observados bolhas no interior do mesmo e observou-se grande facilidade de vazamento. 56

Intensidade (u.a)

A Figura 10 é o DRX do vidro obtido após os ajustes, nele podemos notar que não houve nenhum pico característico de cristalização, apresentando-se assim no estado amorfo.

2 θ (°)

Figura 10 – Difratograma do vidro após ajustes. CONCLUSÕES

Tomando como base os resultados obtidos, conclui-se que o reaproveitamento do resíduo de polímero reforçado com fibra de vidro apresenta características constitucionais favoráveis para obtenção de vidro com objetivo de produção de materiais vitrocerâmicos do sistema SiO2-Al2O3-CaO, com formação da fase cristalina Anortita, uma vez que estes são os óxidos majoritários. Além disso, o resíduo apresenta-se no estado amorfo como era esperado. As análises térmicas identificaram as temperaturas de transição vítrea, cristalização e fusão em aproximadamente 650°C, 1100°C e 1250°C. O trabalho do resíduo na forma de pastilhas mostrou-se não adequado devido ao alto grau de contaminação e dificuldade de mistura dos aditivos (CaO e TiO2) tendo em vista que não se pode garantir a homogeneidade da mistura para obtenção do vidro base. O trabalho na forma de pó apresentou-se mais adequado uma vez que houve baixo grau de contaminação por resina, problema este que foi facilmente resolvido calcinando o pó antes da fusão, e também a homogeneidade da mistura dos aditivos é garantida. A dificuldade de vazamento do vidro foi sanada com adição de CaO e para garantirmos a nucleação e posterior cristalização, durante os tratamentos térmicos para produção do vitrocerâmico, adicionou-se TiO2. O vidro base obtido após ajustes apresentou-se com ótima aparência, ou seja, sem bolhas e sem contaminação por resina e no estado amorfo como era desejado. .

REFERÊNCIAS CANTO, E. L. do. Plástico: bem supérfluo ou mal necessário. 4. ed. São Paulo: Moderna, 1997. FERREIRA, M. C. Obtenção de Fritas Vitrocerâmicas a partir de Resíduos Sólidos Industriais. Dissertação apresentada como parte dos requisitos necessários para obtenção do grau de Mestre em Ciências na área de Tecnologia Nuclear – Materiais. IPEN – São Paulo – 2006. LIMA, G. Compósitos vislumbram oportunidades nas áreas de transporte e infraestrutura. Revista Plástico Moderno, ed. 423, jan. 2010. Disponível em: . o em: 11 mar. 2010.

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NEVES, E. Obtenção de materiais vitrocerâmicos a partir de cinzas volantes de carvão mineral, Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica), Curso de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis - Brasil, 1997. NEVES, E. Obtenção de materiais vitrocerâmicos a partir de cinza pesada de carvão mineral. Tese submetida à Universidade Federal de Santa Catarina para a obtenção do grau de doutor em ciência e engenharia de materiais, Florianópolis - Brasil, 2002. ORTH C. M.; BALDIN N.; ZANOTELLI C. T. Implicações do processo de fabricação do compósito plástico reforçado com fibra de vidro sobre o meio ambiente e a saúde do trabalhador: O caso da Industria Automobilística. Revista Produção Online, Florianópolis, SC, v.12, n. 2, p. 537-556, abr./jun. 2012. 539 STARR, T. F. Glass-fiber directory and databook. London; New York: Chapman & Hall, 2 ed. 1997. STRNAD, Z. Glass-Ceramic Materials: Liquid phase separation, nucleation and crystallization. Czechoslovakia, Ed. Elsevier, 1986.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

INFLUÊNCIA DA CORRENTE DE SOLDAGEM AUTOMÁTICA TIG AUTÓGENONA MICROESTRUTURA DA JUNTA SOLDADA DO AÇO HIPERDUPLEX SAF2707 HD ATRAVÉS DE ANÁLISE E PROCESSAMENTO DIGITAL DE IMAGENS ANDRÉ DE ARAÚJO OLIVEIRA1, MARÍLIA GARCIA DINIZ2, SIDNEI PACIORNIK3 1

Graduando em Engenharia Mecânica, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, 21-79127828, [email protected] 2 Doutor em Metalurgia e Materiais, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, 21-23324736, [email protected] 3 Doutor em Engenharia de Materiais, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, 21-32571234, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: O aço inoxidável hiperduplex, SAF 2707 HD (designação UNS S32707), foi desenvolvido com o intuito de se obter novas ligas com maior resistência à corrosão do que a disponível nos aços inoxidáveis duplex / superduplex. Quando expostos e mantidos a temperaturas elevadas, na faixa entre 600°C e 1000°C, podem ocorrer alterações microestruturais. Assim, fazem-se necessários estudos da junta soldada para delinear as limitações desses aços e aperfeiçoar a aplicação. Essa pesquisa teve como objetivo caracterizar as juntas soldadas por TIG autógeno automático com arco pulsado e gás de proteção contendo argônio e 2,5% de nitrogênio do aço inoxidável hiperduplex SAF 2707 HD, soldadas com correntes de soldagem de 40A e 30A. As técnicas empregadas foram a metalografia colorida e quantificação de fases, tanto na zona de fusão (ZF) quanto na zona termicamente afetada (ZTA), por Análise e Processamento Digital de Imagem (PDI). Os resultados foram analisados estatisticamente através do teste ANOVA (Analysis of Variance). A análise considerou a variação de dois parâmetros separadamente (corrente de soldagem e região da junta soldada) e a interação entre eles. Os resultados mostraram que a quantidade de austenita foi a mesma tanto na ZF quanto na ZTA e que mostrou-se afetada somente pela variação da corrente de soldagem. PALAVRAS–CHAVE: soldagem TIG, análise e processamento digital de imagens, aço hiperduplex.

INFLUENCE OF CURRENT IN AUTOMATIC AUTOGENOUS TIG WELDING IN THE MICROSTRUCTURE OF THE WELDED T HIPERDUPLEX SAF 2707 HD STEEL THROUGH ANALYSIS AND IMAGE PROCESSING ABSTRACT: The hyper duplex stainless steel, SAF 2707 HD (UNS designation S32707), was developed in order to get new alloys with improved corrosion resistance than available in duplex / super duplex stainless steels. When these steels are exposed and maintained at high temperatures, in the range between 600 ° C and 1000 ° C, microstructural changes can occur. Thus it became necessary to study the welded t to access the limitations of these steels and improve its application. This work aimed to characterize the autogenous TIG welds by automatic pulsed arc and shielding gas containing argon and 2.5% nitrogen of the stainless steel SAF 2707 HD hyper duplex welded with currents of 40A and 30A. Color metallography techniques coupled with the phase quantification were used in both the weld metal (WM) and in the heat affected zone (HAZ) by Analysis and Digital Image Processing (DIP). The obtained results were statistically analyzed by ANOVA (Analysis of Variance). This analysis considered the variation of two parameters separately (welding current and the region of the weld) and the interaction between them. Results showed that the amount of austenite was the same in both the WM and in the HAZ, and that proved to be affected by variation of the welding current. KEYWORDS: TIG welding, analysis and digital image processing, hyper duplex steel.

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INTRODUÇÃO Os aços inoxidáveis da família duplex são assim chamados por possuírem uma microestrutura com aproximadamente 50% de ferrita e 50% de austenita. Esse balanceamento entre as fases é responsável pela alta resistência mecânica e alta resistência à corrosão do material. O surgimento desses aços teve como objetivo substituir ligas com baixa resistência à corrosão, apesar de apresentarem alta resistência mecânica (FRANSON, 1985). O interesse pelo melhor desempenho dos aços duplex é grande, muito embora o mercado busque alternativas para substituí-lo por materiais ainda mais resistentes à corrosão, principalmente na indústria de petróleo e gás natural. Os aços do tipo duplex ainda são a opção quando existe a necessidade de altíssima resistência a vários tipos de corrosão em ambientes severos que contêm uma grande concentração de íons cloreto (Cl-) (ALVES NETO, 2011). Atualmente podem ser encontrados em três tipos: duplex, superduplex e hiperduplex. A diferença entre eles está na composição química e na resistência à corrosão por pite, um tipo de corrosão muito comum em ambientes industriais (OKAMOTO, 1992). O aço inoxidável hiperduplex possui uma microestrutura composta por uma quantidade aproximada de 40-45% de ferrita e 55-60% de austenita (MAGNABOSCO, 2009). Diferentemente da composição equalizada do metal de base, a junta soldada dos aços inoxidáveis do tipo duplex sofrem várias transformações térmicas e tendem a perder esse balanceamento inicial. Devido ao pouco tempo dos aços hiperduplex no mercado, não há na literatura muitas informações sobre o seu comportamento quando submetidos aos processos de soldagem (LIMA, 2013). O objetivo deste trabalho foi analisar a junta soldada por TIG autógeno automático com arco pulsado do aço inoxidável hiperduplex SAF 32707 HD através da quantificação de fases por Processamento Digital de Imagens e verificar quais parâmetros entre região e corrente de soldagem que afetam a quantidade de austenita/ferrita da junta soldada. MATERIAL E MÉTODOS O material utilizado no projeto foi o aço inoxidável hiperduplex, identificado pela Unifed Numbering System por UNS S32707, fabricado e comercializado pela Sandvik sob o nome comercial de SAF 2707 HD (SANDVIK MATERIALS TECHNOLOGY). A matéria prima foi fornecida na forma de tubos sem costura, no estado recozido, com diâmetro externo de 19,05 mm (3/4 polegada) e espessura de 2,24 mm. O projeto utilizou o processo de soldagem TIG autógeno (sem metal de adição), de forma automática. Para preparação das juntas a serem soldadas, duas amostras foram retiradas do tubo, através do seccionamento em cortadeira metalográfica. Posteriormente, as amostras foram cortadas no sentido transversal e limpas com o solvente TMC - 10 e ar comprimido. A solda foi realizada no sentido transversal do tubo. Uma das amostras foi soldada com 30 A e a outra com 40 A, ambas com arco pulsado. Os valores de aporte térmico utilizados foram de 10,2 KJ/mm para a amostra soldada com 30 A e 13,6 KJ/mm para a amostra soldada com 40 A. De cada uma das duas juntas soldadas (30 e 40A) foram retiradas três amostras longitudinais (FIGURA 1).

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Figura 1 – Corte longitudinal dos tubos soldados com 30 e 40 A. Posteriormente estas amostras foram embutidas em resina acrílica de cura à frio, própria para embutimento metalográfico (FIGURA 2).

Figura 2 – Embutimento das amostras. Cada uma das amostras foi submetida seis vezes às etapas de lixamento, polimento e ataque químico (chamadas 6 “baterias” de operações metalográficas), para permitir a obtenção de análises de diferentes profundidades ou seções transversais das amostras geradas. Após cada “bateria”, foram feitas análises por microscopia óptica e obtenção de imagens. Desta forma, foram geradas imagens oriundas de seis regiões diferentes da junta soldada para cada uma das amostras analisadas. A etapa de lixamento sucedeu-se por meio de lixas metalográficas com granulometrias de 220, 400 e 600 mesh. A etapa de polimento foi feita com solução de diamante de 6 e 1µ, nessa ordem. O ataque químico utilizado para revelar a macroestrutura foi realizado com a solução denominada Murakami, constituída de uma mistura de 100 mL de água destilada, 10 g de ferricianeto de potássio [K3Fe(CN)6] e 10 g de hidróxido de sódio (NaOH). Essa mistura foi aquecida até 95°C e a imersão das amostras foi efetuada durante 5 segundos (ASM INTERNATIONAL, 2004). Já o ataque químico utilizado para revelar a microestrutura foi realizado com a solução denominada Behara, constituída de uma mistura de 100 mL de água destilada, 20 mL de ácido clorídrico (HCl) e 0,8 g de metabissulfito de potássio (K2S2O5). Este ataque foi realizado com a amostra mergulhada na solução por, aproximadamente, 100 segundos, sem agitação, à temperatura ambiente (25°C) e com a superfície que se desejava atacar voltada pra cima. As etapas de lixamento e polimento foram realizadas pouco antes dos ataques. Interrompeu-se o ataque lavando-se a superfície da amostra com água corrente, sendo esta logo em seguida banhada em álcool pureza analítica e seca em jato de ar quente. Ambos os ataques foram realizados em capela com sistema de proteção e de exaustão de gases.

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Para análise microestrutural e captura das imagens foi utilizado um microscópio óptico pertencente ao laboratório de Caracterização de Materiais da UERJ (LaCaM), da marca Zeiss, modelo Imager M1m, equipado para aumentos de 50, 100, 500 e 1000 vezes, e câmera digital integrada ao computador para captura de imagens. O processamento digital das imagens foi realizado através do software FIJI. O objetivo da utilização desta ferramenta e técnica foi determinar a fração volumétrica de austenita da zona de fusão (ZF) e da zona termicamente afetada (ZTA) das juntas soldadas das amostras. No processamento digital de imagem foram realizadas etapas sequenciais de préprocessamento, segmentação, pós-processamento e extração de atributos. Todas as etapas do tratamento digital de imagens foram realizadas utilizando conectividade 4 entre “os objetos”. As imagens para o processamento digital foram escolhidas de acordo com o contraste entre as fases ferrita e austenita e com a coloração obtida pelo ataque químico. Foram processadas 10 imagens para o grupo de amostras soldado com 30 A; entre as 10, 5 imagens da ZF e 5 imagens da ZTA. O mesmo foi feito para o grupo soldado com 40 A. As demais imagens obtidas por microscopia óptica não foram processadas devido à baixa qualidade da imagem perante às exigências mínimas do PDI. As imagens processadas tinham aumento de 500x e se encontravam na extensão .TIF. A análise estatística dos resultados foi feita através do software GraphPad Prism. O teste realizado pelo software foi o ANOVA (Analysis of Variance) para duas variáveis (Twoway ANOVA): corrente de soldagem e região da junta soldada. Esse teste é usado para comparar médias quando se tem duas variáveis. Foram consideradas as influências dos dois fatores separados e, depois, a interação entre os mesmos. Os cálculos foram feitos para 95% de confiabilidade (α = 0,05). RESULTADOS E DISCUSSÃO O processo de soldagem que utilizou corrente de 40A apresentou uma junta soldada com uma maior penetração e largura do que aquele soldado com 30A, o que já era esperado. Quanto maior a corrente de soldagem e, consequentemente, maior aporte térmico (Heat Input), maior será a poça de fusão da junta soldada. Foram medidos os valores de largura e penetração a partir da macrografia para cada condição de soldagem (TABELA 1). Tabela 1 – Valores medidos de L (largura) e P (penetração) das juntas soldadas. Corrente de Soldagem Largura (mm) Penetração (mm) 30A 1,970 0,686 40A 2,176 0,716 As fases ferrita e austenita, após a preparação metalográfica e o ataque químico, apresentaram uma coloração variada; a ferrita sempre com tonalidades escuras e a austenita com tonalidades claras (FIGURA 3). Essas tonalidades são uma característica típica dos ataques coloridos realizados com reagentes que depositam filmes de sulfetos na superfície das amostras. O crescimento dos filmes de sulfeto é sensível à orientação cristalográfica dos grãos e ao tempo de ataque (BEHARA, 1970; ASM INTERNATIONAL, 2004).

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Figura 3 – Zona termicamente afetada. Amostra 3UD – 4ª bateria. Aumento 500x. Ataque Behara. Em virtude dessas variações, cada imagem necessitou de uma sequência de os ou etapas de processamento com algumas diferenças. A primeira etapa do PDI consistiu no pré-processamento, isto é, na melhora do brilho e do contraste da imagem e eventual correção de defeitos de iluminação e de artefatos, oriundos da captura da imagem por microscopia óptica. Esta correção pode ser feita através da aplicação de filtros ou máscaras. As imagens escolhidas para serem processadas (tanto da ZF quanto da ZTA) não apresentaram erros de iluminação. Após a etapa de pré-processamento ou-se para a etapa de segmentação. Devido à grande variedade de imagens desta pesquisa e à grande variação nas cores das mesmas, oriundas do ataque químico, optou-se pela segmentação manual, com a escolha do tom de corte realizada individualmente para cada imagem processada. A partir dessa etapa o computador a a entender as regiões claras (austenita) como objetos de interesse (objetos brancos) e as regiões escuras (ferrita) como fundo ou Background (preto). Nessa etapa foram utilizados dois métodos: segmentação por limiarização e segmentação por cor. A primeira foi utilizada para imagens binárias (2 cores), em que o ataque químico não deixou grandes variações de tonalidade durante a coloração das amostras (FIGURA 4).

(a) (b) Figura 4 – Imagem original (a) e a mesma após a segmentação por limiarização (b) Já a segmentação por cor foi utilizada quando não foi possível a segmentação por limiarização. Em algumas situações, regiões fisicamente distintas podem ter tonalidades de cinza muito próximas, impossibilitando sua segmentação por limiarização comum. Caso estas 63

regiões possuam cores distintas, pode-se usar um dos modelos de cor para realizar uma segmentação baseada em três histogramas simultâneos (FIGURA 5). A escolha de limiares no histograma de cada componente primária selecionará uma faixa de cores que poderá segmentar a região de interesse (PACIORNIK, 2013).

(a) (b) Figura 5 – Imagem original (a) e a mesma após a segmentação por cor. Muitas vezes o resultado da segmentação não é considerado adequado e torna-se necessário corrigir alguns defeitos gerados por esta etapa. Essa correção encontra-se dentro da etapa de pós-processamento. Para algumas imagens processadas (já segmentadas) foi necessário eliminar alguns objetos muito pequenos e não desejáveis de se quantificar após a etapa de segmentação. Finalmente, a última etapa do PDI foi a extração de atributos. Esta etapa consistiu na realização de medições sobre as imagens processadas (FIGURA 6). Neste trabalho foi feita a medição da fração de área dos objetos brancos (austenita) em cada imagem.

(a) (b) Figura 6 – Imagem segmentada (a) e a medição da fração de área de austenita (b) A Tabela 2 apresentam os resultados de fração de área de austenita para todas as imagens processadas.

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Tabela 2 – Resultados das frações de área de austenita nas juntas soldadas com 40 e 30 A, respectivamente. AMOSTRAS - GRUPO 1 - 40 A

%ÁREA

AMOSTRAS - GRUPO 3 - 30 A

%ÁREA

Amostra 1UD - 1ª Bat. - ZF

32.37

Amostra 3UD - 2ª Bat. - ZF

34.98

Amostra 1A - 3ª Bat. - ZF

26.25

Amostra 3UD - 3ª Bat. - ZF

23.95

Amostra 1UE - 4ª Bat. - ZF

30.05

Amostra 3UD -3ª Bat. - ZTA

39.32

Amostra 1UE - 4ª Bat. - ZTA

33.00

Amostra 3A - 4ª Bat. - ZF

31.79

Amostra 1UD - 4ª Bat. - ZF

40.53

Amostra 3A - 4ª Bat. - ZTA

33.33

Amostra 1A - 3ª Bat. - ZTA

33.64

Amostra 3UD - 4ª Bat. - ZF

24.14

Amostra 1UE - 5ª Bat. - ZTA

62.41

Amostra 3UD - 4ª Bat. - ZTA

28.62

Amostra 1A - 6ª Bat. - ZF

22.08

Amostra 3UE - 4ª Bat. - ZF

23.39

Amostra 1UD - 4ª Bat. - ZTA

36.79

Amostra 3UE - 4ª Bat. - ZTA

34.53

Amostra 1B - 1ª Bat. - ZTA

55.68

Amostra 3UE - 5ª Bat. - ZTA

43.07

Média Total

37.28

Média Total

31.71

Média ZF

30,26

Média ZF

27,65

Média ZTA

44,3

Média ZTA

35.77

Os resultados obtidos para as amostras soldadas com 40 A (FIGURA 7) e 30 A (FIGURA 8) foram plotados através do software GraphPad Prism, para facilitar a visualização.

Figura 7 – Porcentagem de área de austenita x Amostras do Grupo 1 (40 A)

65

Figura 8 – Porcentagem de área de austenita x Amostras do Grupo 3 (30 A) As barras com contorno azul são referentes à zona de fusão e as de contorno vermelho, à zona termicamente afetada. A análise dos gráficos parece mostrar uma maior quantidade de austenita na junta soldada com corrente de 40A (Grupo 1) em relação à soldada com 30A (Grupo 3). Além disso, dentro dos grupos, parece haver uma maior quantidade de austenina na zona termicamente afetada em relação à zona de fusão e uma maior dispersão de resultados. Os resultados obtidos foram submetidos ao teste estatístico ANOVA (Analisys of Variance) para duas varíaveis (Two-way Anova): verificação da influência da variação da região da junta soldada no resultado e da corrente de soldagem. O valor de P encontrado para a interação entre os parâmetros Região e Corrente de soldagem foi de 0,4532; logo a interação entre eles não foi considerada significativa. Já o valor de P encontrado para o parâmetro Região foi de 0,1677; não considerado significativo (>0,05). O único parâmetro considerado significativo foi a Corrente de soldagem. O valor de P encontrado para esse parâmetro foi de 0,0109 (< 0,05). Assim, pode-se concluir que a variação da corrente de soldagem provocou, de um modo considerado significativo, a variação da quantidade de austenita na junta soldada.

CONCLUSÕES Os resultados obtidos nesse trabalho estão são s ao grupo de amostras utilizadas e testadas. Os softwares utilizados no projeto apresentaram desempenhos e recursos bastante satisfatórios, com destaque para o FIJI, que é um software livre. O PDI foi à utilização de poucas imagens (20) devido à dificuldade de obtenção de imagens de qualidade suficientemente boa para o processamento digital. Sabe-se que um maior número de dados (em torno de 30) fornece um resultado estatístico mais preciso. A preparação metalográfica e o ataque químico Behara são etapas extremamente susceptíveis (sensíveis) e que geram obtenção de cores variadas e artefatos (cascas de óxidos, regiões superatacadas ou pouco atacadas) sobre as fases a serem identificadas e quantificadas. Conforme já esperado, o processo de soldagem utilizado no projeto alterou o balanceamento equalizado de ferrita e austenita na junta soldada. A Tabela 3 mostra os valores médios obtidos as regiões de cada junta soldada (30 e 40 A). Tabela 3 – Quantificação da fase austenita na junta soldada 66

ZF (%)

ZTA (%)

30A

27,65 ± 5,36

35,77 ± 5,58

40A

30,26 ± 6,95

44,30 ± 13,74

Sendo assim, quanto maior a corrente de soldagem, maior a quantidade de austenita na junta soldada; o que já era esperado, já que quanto maior o heat input (aporte térmico) usado, maior a temperatura, que favorece a transformação ferrítica. Com base nos resultados obtidos, considera-se que não houve variação na quantidade de austenita entre a zona de fusão e a zona termicamente afetada para uma mesma corrente de soldagem. Essa quantidade só variou com a alteração da corrente de soldagem de 30A para 40A.

REFERÊNCIAS ALVES NETO, S. A. Caracterização metalúrgica de juntas de aço inoxidável superduplex soldadas por processo TIG autógeno. 2011, 108f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica). Faculdade de Engenharia, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2011. ASM INTERNATIONAL. Metallography and Microstructures. In: ASM HANDBOOK, Metals Park, Ohio, USA, 2004. v. 9. 2733 p. BEHARA, E. Metallographic reagents based on sulfide films. In: Practical Metallography. [s. l.; s. n.], 1970. v. 7, p. 242 - 248. FRANSON, I. A. Selection of stainless steel for steam surface condenser applications. In: ASME/IEEE Power Generation Conferencie, 1985. Milwaukee, WI: [s. n.], 1985. LIMA, E. B. Análise quantitativa de fases em junta soldada por processo TIG manual do aço hiperduplex UNS S32707 através de diferentes metodologias. 2013. 144f. Projeto de graduação (Graduação em Engenharia Mecânica) - Faculdade de Engenharia, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2013. MAGNABOSCO, R. Kinetics of Sigma Phase Formation in a Duplex Stainless Steel. São Carlos: Material Research, jul./set. 2009. v. 12, n. 3, p. 321-327. OKAMOTO, H. Applications of stainless steel ’92. Stockholm, Sweden: Avesta Research Foundation, jun./ 1992. v. 1, p. 360-368. PACIORNIK, S. Processamento digital de imagens. 2013. Disponível em: . o em: 13 mai. 2013. SANDVIK MATERIALS TECHNOLOGY. FAQ about Sandvik SAF 2707 HD hyper-duplex stainless steel. 2013. Disponível em: . ado em: 15 fev. 2013.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

CRISTALIZAÇÃO POR REFRIGERAÇÃO: UM EFICIENTE PROCESSO DE TRATAMENTO DE RESÍDUO CONTENDO DICROMATO DE POTÁSSIO THALLIS MARTINS SOUZA1, ADELIR APARECIDA SACZK2, ZUY MARIA MAGRIOTIS3, ADRIELLY FONSECA FIALHO FERREIRA4, ROBSON AUGUSTO PEREIRA5, FELIPE MOREIRA PINTO6, THAIS COSTA ANDRADE7 1

Mestrando em Agroquímica, Universidade Federal de Lavras, (35) 3829-1124, [email protected] Professora Adjunta, Universidade Federal de Lavras, (35) 3829-1876, [email protected] 3 Professora Adjunta, Universidade Federal de Lavras, (35) 3829-1889, [email protected] 4 Graduanda em Engenharia Ambiental e Sanitária, Universidade Federal de Lavras, (35) 3829-1124, [email protected] 5 Doutorando em Agroquímica, Universidade Federal de Lavras, (35) 3829-1124, [email protected] 6 Doutorando em Química, Universidade Estadual de Campinas, (35) 3829-1124, [email protected] 7 Graduanda em Engenharia Ambiental e Sanitária, Universidade Federal de Lavras, (35) 3829-1124, [email protected] 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Neste trabalho foi proposta uma metodologia de tratamento do resíduo de sulfocrômica a partir do processo de cristalização por refrigeração. O resíduo gerado em atividades de pesquisa na Universidade Federal de Lavras (UFLA) apresentava elevada concentração de dicromato de potássio (K2Cr2O7) e pH próximo de 1. A cristalização foi realizada em três etapas, submetendo o resíduo em cada uma destas à temperatura de -16°C por 24 horas, até que não houvesse a formação de precipitado. A diminuição da temperatura favoreceu a cristalização do K2Cr2O7 devido à diminuição da solubilidade. Em cada etapa foram determinadas as concentrações de cromo total por espectrometria de absorção atômica e Cr(VI) pelo método colorimétrico com 1,5-difenilcarbazida. O processo permitiu recuperar, em três etapas, 628,4 g de K2Cr2O7 em 5,0 L de resíduo, além de remover mais de 91% de cromo total e de Cr(VI). A cristalização por refrigeração do resíduo de sulfocrômica apresentou-se como uma metodologia simples e eficiente na diminuição de custos na aquisição de novos reagentes, com a recuperação do K2Cr2O7, e também dos impactos ambientais causados pelo descarte inadequado do resíduo. PALAVRAS–CHAVE: sulfocrômica, resíduo químico, recuperação.

COOLING CRYSTALLIZATION: AN EFFICIENT PROCESS FOR TREATMENT OF WASTE CONTENTING POTASSIUM DICHROMATE ABSTRACT: In this was proposed a methodology for treatment of waste contenting sulphochromic from a process of cooling crystallization. The waste generated in research activities at Federal University of Lavras, Brazil (UFLA) presented high concentration of potassium dichromate (K2Cr2O7) and pH next . The crystallization was carried out in three steps submitting the waste, in each step, to temperature -16°C for 24 hours until crystals were not formed anymore. The decrease of temperature favored to crystallization of K2Cr2O7 due to decrease of solubility. In each step were determined the concentration of total chromium by atomic absorption spectrometry and Cr(VI) from colorimetric method with 1,5-diphenylcarbazide. The process allowed to remove more than 91% of total chromium and of Cr(VI). Cooling crystallization of waste of sulphochromic presented a simple and efficient methodology reducing costs with the acquisition of new reagents and environmental impacts caused by the inadequate discard of waste. KEYWORDS: sulphochromic, chemical waste, recovery.

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INTRODUÇÃO O cromo e seus compostos são amplamente utilizados em processos agrícolas e industriais como fertilizantes, pigmentação, curtimento de couro, conservação de madeira, controle de corrosão em ligas metálicas, produção de aço inoxidável, entre outros (YOON et al., 2011; LUSHCHAK et al., 2009; DU et al., 2006). Devido a sua larga aplicação torna-se necessário o monitoramento dos resíduos gerados nos mais diversos processos. Os estados de oxidação do cromo variam de -2 a +6, sendo Cr(III) e Cr(VI) os mais importantes encontrados na natureza. O Cr(III) é o mais estável, de menor mobilidade e é considerado um micronutriente em virtude de sua participação nas rotas metabólicas de glicose lipídeos e proteínas no organismo humano (KARAK & BRAGHAT, 2010). Entretanto, no meio intracelular o Cr(III) pode ser oxidado a Cr(VI) por moléculas orgânicas e por esse motivo a exposição a esta forma deve ser controlada (LI et al., 2008). O Cr(VI) apresenta maior mobilidade e maior toxicidade aos seres vivos devido à fácil difusão na membrana celular, oxidando-a e produzindo radicais livres que ao modificar a transcrição da molécula de DNA ocasionam efeitos carcinogênicos e mutagênicos (KUBRAK et al., 2010; STANIEK & KREJPCIO, 2009; PETERSON et al., 2008). O cromato (CrO42-) e o dicromato (Cr2O72-) são as formas aniônicas mais comuns de Cr(VI) e variam em função da concentração de cromo e do pH da solução (BAYRAMOGLU & ARICA, 2005). Dentre os sais destes ânions destaca-se o dicromato de potássio (K2Cr2O7), por ser um sólido cristalino de coloração vermelho-alaranjada, cuja temperatura de fusão é de 398°C e é empregado em processos industriais e laboratoriais, por ser um forte agente oxidante (LIDE, 2008). Uma aplicação do K2Cr2O7 consiste na sua dissolução em ácido sulfúrico concentrado, originando o ácido crômico, principal constituinte da solução de sulfocrômica. Esta solução teve seu uso abolido nas rotinas de limpeza de vidrarias em laboratórios, devido à elevada toxicidade aliada ao seu descarte inadequado. No entanto, a principal aplicação da solução de sulfocrômica é na oxidação de amostras na determinação da demanda química de oxigênio em águas (RAMON et al., 2003) e de matéria orgânica em solos (VAN RAIJ et al., 2001). Nesse último caso, a matéria orgânica é quantificada por meio de sua oxidação a CO2 com a solução de sulfocrômica, resultando na redução do Cr(VI) a Cr(III), sendo o Cr(III) determinado pelo método fotocolorimétrico e a sua concentração relacionada com a de matéria orgânica nas amostras (MATOS et al., 2008). A determinação de íons cromo em solução aquosa tem sido amplamente estudada e diversas técnicas são empregadas para sua quantificação, como: métodos colorimétricos (RAJESH et al., 2008; PARMAR et al., 2010), espectrometria de emissão atômica por plasma acoplado indutivamente (I-AES) (OWLAD et al., 2010; GONZALEZ et al., 2008), espectrometria de absorção atômica (AAS) (AKSU & GONEN, 2006), além de outros métodos. A reação fotocolorimétrica do Cr(VI) com difenilcarbazida (DFC), em meio ácido, produz um complexo de coloração violeta, que pode ser determinado na região do UV-visível, em 540 nm (MATOS et al., 2008). Diante da potencialidade de contaminação das principais espécies de cromo, há a necessidade de se estabelecer os limites máximos em diversas matrizes, sobretudo para lançamento de efluentes. Nessa perspectiva, a legislação brasileira, estabelecida pelo Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA) na resolução nº. 430 de 13 de maio de 2011 estabelece as concentrações máxima de Cr(III) e Cr(VI) em 1,0 e 0,10 mg L-1, respectivamente (BRASIL, 2011). Para atender às normativas legais, diversos processos têm sido desenvolvidos na remoção de metais pesados em efluentes que contêm Cr(VI), tais como: adsorção em carvão ativado e em outros tipos de adsorventes (OWLAD et al., 2010; AKSU & GONEN, 2006; ROJAS et al., 2005) membranas seletivas (SARDOHAN et al., 69

2004), métodos eletroquímicos e reações químicas de oxi-redução e de precipitação (MOHAMMADI et al., 2005). O processo de cristalização consiste na formação de núcleos de cristais por meio do isolamento e purificação de uma substância de interesse por diversos métodos, seja por evaporação, refrigeração, reação química ou adição de sal (CHO et al., 2009). Dentre esses, a cristalização por refrigeração permite que um composto seja isolado devido à diminuição da solubilidade em baixa temperatura, o que aumenta a supersaturação da solução (WU et al., 2009). O K2Cr2O7 apresenta uma elevada variação da solubilidade em função da temperatura, sendo por esse motivo utilizado em estudos de cristalização tornando viável sua separação por este processo (AAMIR et al., 2010). Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi recuperar o K2Cr2O7 proveniente do resíduo de sulfocrômica por meio da cristalização por refrigeração e permitir o descarte do resíduo dentro dos limites estabelecidos pela legislação vigente. MATERIAL E MÉTODOS Foi utilizada uma amostra homogeneizada de 5,0 L do resíduo de sulfocrômica, pH próximo a 1 e coloração vermelho-alaranjada característica da presença majoritária de K2Cr2O7. O resíduo de sulfocrômica foi gerado em atividades de pesquisa na Universidade Federal de Lavras (UFLA) e recolhido pelo Laboratório de Gestão de Resíduos Químicos (LGRQ). Durante o período de janeiro de 2010 a maio de 2012 foram recolhidos 250 L deste resíduo, proveniente de análises de matéria orgânica em solo e de limpeza de vidrarias. A amostra foi mantida sob refrigeração em freezer a -18°C por 24h. Após esse período, a solução foi parcialmente descongelada e filtrada a temperatura próxima de 5°C. O sobrenadante foi armazenado e conduzido novamente a sucessivos procedimentos de refrigeração até que não houvesse mais a formação do precipitado. Em cada etapa do processo de cristalização foram reservadas alíquotas de 10,0 mL para análises de determinação das concentrações de Cr(VI) e Crtotal. O sobrenadante final foi reservado para o procedimento de redução do Cr(VI) e posterior precipitação. O K2Cr2O7 recuperado foi colocado em um frasco âmbar e armazenado por 24h em dessecador. Foram recolhidas alíquotas de 40,0 µL do resíduo inicial e de cada etapa de cristalização, diluídas em 250,0 mL de água deionizada para determinação da concentração de Crtotal e Cr(VI). Para a determinação de Crtotal foi preparada uma curva analítica no intervalo de concentrações de 0,50 a 4,0 mg L-1 e submetidas a análises de AAS (Spectra AA 110 Varian) em comprimento de onda 358 nm. A determinação de Cr(VI) foi realizada pela reação de 5,0 mL da solução contendo Cr(VI) e 3,0 mL da solução de DFC (0,30 g de DFC em 49,0 mL de acetona e 1,0 mL de H2SO4 10,0% em água (v/v)). O produto formado foi o complexo Cr(II)-difenilcarbazona de coloração violeta analisado em espectrofotômetro na região do UV-visível (FEMTO 800 XI) em 540 nm. O Cr(VI) remanescente na solução do resíduo foi reduzido com a adição de bissulfito de sódio (NaHSO3) sólido até alteração da coloração de vermelho-alaranjado para verde. Em seguida, o pH foi ajustado para 8 com adição de solução de hidróxido de sódio (NaOH) 50,0% (m/v) até a formação de precipitado de hidróxido de cromo(III) (Cr(OH)3). A solução foi filtrada a vácuo, e o Cr(OH)3 foi secado e armazenado. Alíquotas de 10,0 mL do sobrenadante final foram recolhidas para que fosse determinada a concentração de Crtotal por AAS.

70

RESULTADOS E DISCUSSÃO A cristalização do K2Cr2O7 de resíduo de sulfocrômica foi realizada até que não houvesse mais a formação de precipitado. A Tabela 1 mostra a variação da solubilidade do K2Cr2O7 em diferentes temperaturas (LIDE, 2008). Assim como muitos sais inorgânicos, o K2Cr2O7 apresenta diminuição da solubilidade com a diminuição da temperatura, tornando o processo de cristalização por refrigeração promissor na recuperação deste sal, além disso, o procedimento realizado neste trabalho recuperou 628,4 g de K2Cr2O7 presentes em 5,0 L de resíduo. Tabela 1 – Variação da solubilidade do K2Cr2O7 em solução aquosa em diferentes temperaturas. Temperatura Solubilidade (°C) (g 100 g-1 de água) 0 4,30 10

7,12

20

10,9

25

13,1

50

26,3

100 Fonte: adaptado de LIDE (2008)

48,9

Para comprovar a eficácia de remoção de cromo pelo método de cristalização nas três etapas, as amostras dos sobrenadantes foram submetidas à quantificação de Crtotal por AAS e de Cr(VI) pelo método fotocolorimétrico. Para a determinação de Crtotal e Cr(VI), foram preparadas curvas analíticas nos intervalos de 0,10 a 6,0 mg L-1 e 0,10 a 10,0 mg L-1, respectivamente. Os coeficientes de correlação linear de Crtotal foi de 0,9994 e Cr(VI) 0,9992. A Tabela 2 apresenta as concentrações (g L-1) de Crtotal e Cr(VI) no início e em cada etapa de cristalização, além da porcentagem de remoção em relação ao resíduo inicial. Tabela 2 – Concentração de cromo total nas etapas de cristalização e sua respectiva porcentagem de remoção em relação à concentração do resíduo inicial. Etapas de Crtotal Cr(VI) (%) (%) -1 cristalização (g L ) (g L-1) Resíduo 58,88 48,08 inicial 1ª etapa

36,23

39

25,13

48

2ª etapa

15,49

74

8,088

83

3ª etapa

5,145

91

3,648

92

Os resultados apresentados na Tabela 2 mostraram que após a terceira etapa de cristalização a remoção de Crtotal e Cr(VI) foram semelhantes e acima de 90%, e que a metodologia aplicada foi eficiente para remoção das duas espécies de cromo no resíduo.

71

Foi realizada uma quarta etapa de cristalização, porém não foi observado formação de cristais de K2Cr2O7 sendo, portanto, necessária a remoção de Cr(VI) residual via redução a Cr(III), seguida de precipitação do Cr(OH)3. Devido à elevada toxicidade do Cr(VI), a concentração máxima estabelecida para o descarte adequado pela legislação brasileira é de 0,10 mg L-1, o que torna imprescindível um tratamento posterior à última etapa de cristalização, uma vez que a concentração final é cerca de 35000 vezes superior ao permitido. Após a última etapa de cristalização, o Cr(VI) remanescente na solução foi reduzido a Cr(III), a fim de minimizar a toxicidade do resíduo. Para esse procedimento, adicionou-se NaHSO3, como agente redutor (reação 1). Cr2O72- (aq) + 3HSO3- (aq) + 5H+ (aq)

2Cr3+ (aq) + 3SO42- (aq) + 4H2O(l)

(1)

O pH da solução foi ajustado para 8 com NaOH 50,0% (m/v), formando o precipitado de Cr(OH)3 (reação 2), pois, acima desta condição, há formação do complexo solúvel de [Cr(OH)4]-, inviabilizando a separação via filtração (reação 3). Cr(OH)3 (s)

Cr3+ (aq) + 3OH- (aq)

Cr(OH)3 (s) + OH- (aq)

Kps = 2,9x10-29

[Cr(OH)4]- (aq)

(2) (3)

A solução contendo o precipitado foi mantida em repouso por 24h antes da filtração. Com esse procedimento foi possível recuperar 36,13 g de Cr(OH)3 em 5,0 L de resíduo. Após esse tratamento, foi determinada a concentração de Crtotal por AAS no sobrenadante, e esta apresentou-se abaixo do limite de quantificação, ou seja, menor que 0,10 mg L-1. O resultado foi satisfatório, pois a concentração de cromo foi inferior ao limite máximo regulamentado pela legislação brasileira vigente (BRASIL, 2011). CONCLUSÕES O processo de cristalização por refrigeração recuperou 628,4 g de K2Cr2O7 em 5,0 L do resíduo de sulfocrômica e possibilitou a remoção de 92% e 91% de Cr(VI) e Crtotal, respectivamente. Com a redução do Cr(VI) remanescente no processo foi possível a recuperação de 36,13 g de Cr(OH)3 e a solução final pode ser descartada pois apresentava concentrações de Cr(III) e Cr(VI) inferiores ao estabelecido pela legislação brasileira. Com isso, foi possível estabelecer um protocolo de recuperação desse sal, minimizando os impactos ambientais gerados pelo descarte inadequado do resíduo de sulfocrômica e uma redução de custos com a aquisição de reagentes. AGRADECIMENTOS CNPq, CAPES, FAPEMIG, FINEP, PROPLAG/UFLA, LGRQ/UFLA. REFERÊNCIAS Aamir, E.; Nagy, Z.K.; Rielly, C.D. Evaluation of the effect of seed preparation method on the product crystal size distribution for batch cooling crystallization processes. Crystal Growth and Design. v. 10, n. 11, p. 4728-4740, 2010.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

PREVISÃO DE CARGA ELÉTRICA NO CURTO PRAZO COM REDES NEURAIS ANGEL SANTIAGO FERNANDEZ BOU1, FERREIRA, VÍTOR HUGO2 1 2

Eng. Agrônomo, Universidade Federal Fluminense, [email protected] D.Sc. em Eng. Elétrica, Universidade Federal Fluminense, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: A previsão da carga elétrica que vai ser consumida em um determinado horizonte temporal tem-se tornado um dos alvos das pesquisas das empresas concessionárias de energia elétrica. Ao longo das últimas décadas, diversos métodos de cálculo estatístico têm sido usados para realizar estas previsões; no entanto, com a evolução da computação, novas técnicas baseadas na inteligência artificial conseguiram desenvolver-se com bons resultados. Uma das técnicas que oferecem melhores resultados é a de Redes Neurais Artificiais, já que apresenta alta capacidade de lidar com comportamentos não lineares, como os que acontecem na demanda de potência elétrica. Neste artigo estudou-se uma série de dados de carga elétrica horária e de temperatura horária durante dois meses para realizar a previsão da potência elétrica horária demandada durante os sete dias posteriores à série, utilizando a técnica de Redes Neurais Artificiais. A hipótese de partida usada foi que a carga elétrica depende da temperatura. Para alimentar a Rede Neural utilizaram-se como entradas a evolução do consumo, a temperatura horária e um coeficiente dependente da temperatura. Este coeficiente tentou destacar o efeito da não linearidade da série. O menor erro percentual médio obtido com o modelo após aplicar diversas parametrizações foi de 3,41%. Este resultado pode ser considerado bom, ficando provado que a técnica de Redes Neurais Artificiais entrega boas previsões para o cálculo da potência elétrica demandada no curto prazo. PALAVRAS–CHAVE: Previsão de Carga para Curto Prazo; Redes Neurais.

SHORT-TERM LOAD FORECASTING USING NEURAL NETWORKS ABSTRACT: Short-term load forecasting has become one of the main research targets of the electric sector. During the last decades, several calculation methods have been used to make these forecasts. However, with the computation development, techniques based on artificial intelligence reached a better level of development with good results. One of the techniques which return the best results is Artificial Neural Networks, because it can work with non-linear behaviors like the ones at electric load demand. In this paper, time-series of hourly load and hourly temperature during two months were studied to make the hourly load forecast for the next seven days, using the Artificial Neural Networks technique. The beginning hypothesis was the load depends on the temperature. The inputs used to feed the Neural Network were the electricity consumption evolution, the hourly temperature and a temperature dependent coefficient. This coefficient intended to emphasize the non-linear effect of the series. The minimum mean absolute percentage error got with this model after using several parameter settings was 3,41%. This result can be considered good, proving the potential of Artificial Neural Networks technique when applied for short term load forecasting. KEYWORDS: short-term load forecast, neural networks

75

INTRODUÇÃO Em muitos países, a eletricidade é uma mercadoria que é comprada por empresas concessionárias e revendida para os usuários finais, com o objetivo de obter lucro. Um dos maiores desafios deste tipo de empresas é ter boas previsões de consumo num determinado horizonte temporal, desde minutos ou horas até décadas, para poder saber antecipadamente quanta potencia elétrica contratar e conseguir um lucro maior. Especialmente as previsões no curto prazo têm-se tornado alvo de pesquisa com o intuito de melhorar a competitividade deste tipo de empresa (Steinherz Hippert, Pedreira e Castro Souza, 2001). Para realizar essas previsões, era habitual o uso de métodos de análise das séries de dados baseados na estatística, como o método ARIMA (Autoregressive Integrated Moving Average) de Box e Jenkins. Este modelo pretende determinar o padrão dos dados para ser capaz de realizar extrapolações que permitam fazer predições dos dados (Collantes Duarte et al., 2004). No entanto, nos últimos tempos, graças à evolução da tecnologia da computação, novas técnicas apareceram e se desenvolveram, sendo uma das mais usadas para previsão de potencia elétrica a das Redes Neurais Artificiais, RNA, por apresentar bons resultados (Chang-Il Kim and in-Keun Yu And, 2002). As Redes Neurais Artificiais As Redes Neurais Artificiais tem seu funcionamento inspirado nos neurônios do cérebro humano, descritos como elementos funcionais do sistema nervoso por primeira vez na História no final do século XIX pelo cientista espanhol Santiago Ramón y Cajal (LópezMuñoz , Boya e Alamo, 2006). Esta descoberta levou a Ramón y Cajal a ganhar o prêmio Nobel de Medicina em 1906, junto com o cientista italiano Camilo Golgi, também um dos precursores dos estúdios do sistema nervoso (Muscatello, 2007). Por sua parte, as Redes Neurais Artificiais tiveram seu início com um artigo de Mcculloch e Pitts, em 1943, onde se defende que a dinâmica dos neurônios é de “tudo ou nada” e pode ser, portanto, considerada um comportamento lógico (Mcculloch e Pitts, 1943). São sistemas de tratamento de dados de maneira a entender como esses dados evoluem; assim, elas aprendem entendendo as relações que podem existir entre os dados com que trabalham tratando-os como estatística multivariada não linear e não paramétrica (CervantesOsornio et al., 2011). Deste modo, baseando-se nos dados que as alimentam, as RNA são capazes de fazer previsões de como esses dados evoluirão. Para aplicar um modelo de RNA, deve definir-se a saída desejada, que é o resultado, e as entradas que influenciam nessa saída. Ao treinar a rede, está fornecerá os pesos das entradas na determinação do resultado (Figura 1).

Figura 1 - Estrutura simplificada de uma rede neural 76

Para otimizar o treinamento, a rede utiliza uma função de desempenho que deve ser minimizada, como o MSE (erro mínimo quadrático). A RNA precisa de dados suficientes para entender o seu comportamento; separa uma parte dos dados para realizar o treinamento, que é uma parametrização dos pesos de cada entrada, outra parte para validá-lo e uma ultima parte para testá-lo. A atualização dos pesos se dá de acordo ao sentido decrescente da função de desempenho, que é o negativo do gradiente, como pode observar-se na Equação 1: Algoritmo de retropropagação do erro (Cervantes-Osornio et al., 2011 apud Demuth et al., 2008). ωk+1 =ωk -αk ·ηk

(1)

Onde: ω é o peso sináptico; α é o gradiente da função de desempenho; η é a taxa de aprendizagem; k é um instante de tempo. Objetivo do estudo Neste artigo se propõe o estudo da técnica de redes neurais para realizar a previsão de carga (potência) horária de uma determinada semana, baseada nos dados de temperatura e de carga elétrica de algumas semanas anteriores. Partiu-se da hipótese de que a carga elétrica consumida depende da evolução da carga consumida até o momento e da temperatura local. Os dados correspondem a uma região fria dos Estados Unidos, entre 31/08/2001 e 30/10/2001, e a previsão realizada foi para as 168 horas entre o dia 31/10/2001 e 06/11/2001. MATERIAL E MÉTODOS A rede neural é um instrumento puramente matemático, ou seja, não tem capacidade de interpretar outra coisa que não seja dados e parâmetros. Por isso a qualidade da previsão depende sempre da qualidade dos dados e da capacidade do usuário de fazer os melhores ajustes nos parâmetros. No caso estudado, não existe uma serie muito longa de dados disponíveis. Assim, a rede funcionará bem se todos os dados indicam o mesmo (existe pouca variabilidade); se os parâmetros são ajustados corretamente o resultado também pode ser adequado. No entanto, se os dados e os parâmetros se apresentam de maneira errada ou desajustada, a previsão poderá não representar corretamente a realidade. Análise dos dados O primeiro o no processo de elaboração da previsão da carga horária foi a análise dos dados. Para uma mais fácil interpretação se usou o programa Excel para representar graficamente a série. Criou-se inicialmente um gráfico (Figura 2) com a carga diária consumida e a temperatura média diária. Neste gráfico se observou um padrão de consumo claro, que constata que aos fins de semana (sábados e domingos) o consumo é menor que os outros dias da semana. Observa-se um outlier o dia 03/09/2001, que apresenta um consumo similar ao do fim de semana; isso se justifica com o calendário dos EUA, no qual se celebra na primeira segunda-feira de cada mês de setembro o Labors’s Day (Dia do Trabalho), que é feriado nacional. 77

55

Segunda-feira 03/09/2001 com valor abaixo do normal (outlier, Labor's day, Dia do Trabalho nos EUA) Dado corrigido através de regressão

50

150 130 110

45 90 40 35

comportamento mais linear

Comportamento mais não linear quando a Temperatura T média diária é inferior à Temperatura média da série

70 50

25

30 sex sab dom seg ter qua qui sex sab dom seg ter qua qui sex sab dom seg ter qua qui sex sab dom seg ter qua qui sex sab dom seg ter qua qui sex sab dom seg ter qua qui sex sab dom seg ter qua qui sex sab dom seg ter qua qui sex sab dom seg ter

30

Temperatura média diária

Energia Diária (GWh)

60

temperatu média diária Figura 2.. Dados de energia diária consumida (eixo principal) e de temperatura (eixo secundário). Observa-se se a presença de um outlier (segunda-feira feira 03/09/2001).

3,5

250

3

200

2,5 2

150

1,5

100

Temperatura

Carga Horária (GWh/h)

Outro detalhe importante que se observa no gráfico é que, quando a temperatura é superior à média da série, o consumo de energia acontece de maneira não linear, linear, com um padrão claramente mais influenciado pela variabilidade da temperatura. É importante destacar que este acontecimento se dá nesta serie de dados, mas pode não acontecer o mesmo em outras séries de dados de outros lugares ou outras épocas do ano. Por último, outra observação relevante que aparece no gráfico é que, quanto menor a temperatura, maior o consumo. De novo, isto não pode ser extrapolado para qualquer série de dados; se entende que, quando faz frio, menor temperatura aumenta o consumo de energia para calefação, mas, quando faz calor, uma maior temperatura aumentará o consumo de energia para atender a demanda de ar condicionado. Existe um intervalo de temperaturas que pode ser considerado “confortável” para o ser humano, onde pequenas variações vari de temperatura não influem significativamente no consumo de energia. Criou-se se um segundo gráfico com todos os dados horários de carga e de temperatura (Figura ( 3); ); este gráfico apresenta a evolução hora a hora hora da carga e da temperatura. Pode observar-se observar a tendência da temperatura e da energia a oscilar entre o dia e a noite. No caso da temperatura, a oscilação horária em um dia é, na maioria das datas, maior que a oscilação da temperatura média entre o início e o fim da série. No caso da carga horária pode observar-se observar que, mesmo sendo maior o consumo total quando a temperatura média é inferior (Figura (Figura 2), o consumo horário depende do período do dia, sendo à noite o menor meno consumo.

1 50

0,5

0 0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 288 312 336 360 384 408 432 456 480 504 528 552 576 600 624 648 672 696 720 744 768 792 816 840 864 888 912 936 960 984 1008 1032 1056 1080 1104 1128 1152 1176 1200 1224 1248 1272 1296 1320 1344 1368 1392 1416 1440 1464

0

Hora

Figura 3.. Apresentação dos dados horários de carga e de temperatura de toda a série 78

3

60

2,75

55

2,5

50

2,25

45

2

40

1,75

35

1,5

30

Temperatura

Carga horária (GWh/h)

Para ver esse efeito mais claramente, criou-se um gráfico que apresenta a evolução da carga e da temperatura ao longo de 24 horas (Figura 4). Assim se observa que no horário noturno a temperatura é menor, mas o consumo diminui, provavelmente, pela falta de atividade humana. No início da manhã o consumo aumenta expressivamente entre as 5h e as 8h, quando atinge um pico, e diminui levemente durante o dia, que a temperatura é maior, até o início da noite, que há um novo pico antes de o consumo baixar até o mínimo diário durante a madrugada.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

Figura 4. Apresentação dos dados horários de carga e de temperatura durante as 24 horas de um dia qualquer (11/10/2001). Interpretação dos dados Para um melhor funcionamento da rede neural, devem decidir-se as entradas que serão usadas e os lags (atrasos) das entradas e da saída desejada (para ela funcionar como uma entrada mais). O fator limitante são os dados e o conhecimento que o usuário tem deles. Como o objetivo deste estudo é prever a carga horária de uma semana futura, logo após a série de dados fornecida, serão supostos os fatores a seguir para poder definir de que depende o consumo horário: - O consumo de uma determinada hora depende do consumo de uma semana atrás ou 168 horas (este fato faz com que o outlier possa influenciar negativamente). Depende também do consumo das últimas horas e da sequência dia/noite. Isso significa que o consumo segue um determinado hábito. - O consumo depende da temperatura nas últimas horas ou dias. Isso significa que o consumo está influenciado pela variabilidade meteorológica e climática. - A variação do consumo é diferente se a temperatura está acima ou abaixo da média da série. Isso significa que o consumo depende da sensação de conforto pretendida pelo consumidor. Software para criação da rede neural Para realizar a previsão foi usado o software MATLAB 7.10.0 (2010a). O MATLAB possui diversas bibliotecas orientadas ao desenvolvimento de redes neurais, que facilitam sua utilização, fazendo deste software uma ferramenta recomendável para trabalhar com redes neurais. Programas necessários para a previsão Foram criados quatro programas, sendo dois deles principais para poder achar uma melhor previsão: o primeiro foi para avaliação da estrutura da rede, parâmetros, modelos, etc., e o segundo foi para realizar a previsão, baseado nos melhores resultados obtidos no primeiro. 79

Todos os resultados das diferentes provas do primeiro programa foram anotados em uma planilha de Excel com o objetivo de poder calcular o menor MAPE (mean absolute percentage error) como critério de seleção da melhor combinação de parâmetros e o modelo para realizar a previsão. Ainda se criou um programa ório para corrigir o outlier mediante regressão. Com o outlier corrigido, a tendência da previsão é a melhorar. Criou-se um quarto programa a modo de teste, com uma estrutura diferente de entradas. Este programa não considerou o efeito da sensação de conforto desejada pelo consumidor, e as previsões mostraram-se piores, sendo, portanto, descartado em favor do primeiro dos programas principais. Padronização dos dados Antes de começar o desenvolvimento do programa, se avaliou a apresentação dos dados. Para simplificar a programação e poder usar as mesmas funções no processamento dos diferentes arquivos de dados do Excel, estes foram padronizados. Todos os arquivos usados para as entradas e saída desejada foram construídos com duas colunas de texto à esquerda, correspondentes ao dia da semana e à data, e uma linha superior indicando a hora do dia. É relevante que o formato do dia da semana (segunda-feira, terça-feira, etc.) seja sempre o mesmo. Os dados numéricos para o treinamento do primeiro programa são, portanto, apresentados no Excel como uma matriz de 61 linhas (dias da série) por 24 horas (em um dia), dando 1464 valores horários. Para o processamento pelos programas foi preciso transformar essas matrizes em vetores coluna. Esse processo pode ser feito com o Excel, mediante uma macro em Visual Basic ou com uma função no MATLAB. Nos dois casos cada linha de 24 horas será transposta e colocada em uma única coluna, acumulando os dados em uma sequencia horária. Programa para validação de modelos O primeiro programa teve como missão testar diversas parametrizações e modelos para decidir qual seria usada na previsão. Inicialmente, declararam-se todas as variáveis necessárias para o treinamento, validação e teste. Como os dados estavam em planilhas em formato Excel, o processamento dos mesmos realizou-se com a ajuda da função do MATLAB xlsread, que extraiu os dados de cada planilha de modo que outra função pudesse concatená-los em um só vetor. Os dados dividiram-se em dois grupos; o primeiro, com todos os dados de carga e temperatura menos a última semana (168 horas), e o segundo com os dados da última semana. Com os dados do primeiro grupo realizou-se o treinamento e a validação, testando diferentes parametrizações; com cada uma dessas configurações se fez a previsão da última semana de dados disponíveis, tendo o programa como resultado um vetor com 168 dados de carga horária. Este vetor, para cada uma das combinações testadas, foi alimentando uma planilha de Excel, onde também estavam registrados os dados reais dessa última semana. Comparando os dados previstos com os dados reais se obteve o MAPE de cada combinação aplicando a Equação 2: MAPE (mean absolute percentage error). MAPE= ∑N i=1 1

N

Sendo N o número de horas (168).

Cargareal i-Cargaprevisão i Cargareal i

·100

(2)

80

A seleção dos testes a serem feitos foi escolhida pelo usuário, que se baseou na interpretação dos dados e em experiências prévias, já que não foi possível testar todas as possibilidades por limitações de tempo e porque algumas configurações são claramente piores que outras. Os parâmetros que podiam ser variados foram: - Semente: ponto de inicialização do programa que deve ser o mesmo para poder não depender da variabilidade devido a sua aleatoriedade. - Lag (atraso) da saída desejada. Este parâmetro representa como dados ados de carga horária representam os atuais. O consumo depende da época do ano, do dia da semana e da hora do dia, mas não há dados suficientes para que o lag seja interpretado anualmente. Assim, se decidiu testar lags da saída desejada de 168 horas (uma semana) ou menores. - Entradas: são os inputs do sistema que devem influenciar na saída. As entradas são os dados mais relevantes para conseguir uma boa previsão. Para este estudo, os únicos dados disponíveis eram temperatura e carga, e as entradas se adaptaram a essa restrição. - Entrada 1: Temperatura. Dados diretos de temperatura horária. Inicialmente criou-se um programa que tinha como entradas, além dos lags da carga horária, unicamente a temperatura; no entanto, com o intuito de melhorar a previsão, decidiu-se introduzir um novo grupo de entradas, baseadas também na temperatura (Entrada 2). - Entrada 2: coeficiente de temperatura. Baseado na análise inicial dos dados (Figura 2),quando a temperatura é inferior à temperatura média da série, a evolução do consumo da carga é diferente; isso foi apresentado na Entrada 2 de maneira que, quando a temperatura horária estivesse acima da média, o coeficiente seria 0, e quando estivesse abaixo da média, o coeficiente seria um valor exponencial relacionado à temperatura horária. Desenhou-se a Equação 3: Coeficiente de temperatura para atender este quesito de não linearidade. →Coef. Tª(k)=0 Se Tªk≥Tª →Coef. Tª(k)=αTªk-Tª Se Tªk

(3)

Onde: Tª(k) é a temperatura da hora k; é a temperatura média da série ; Tª Coef. Tª(k) é o valor do coeficiente que alimenta a matriz da Entrada 2 e que visa representar a não linearidade do sistema; α é a base do coeficiente. Testaram-se os valores e (constante de Euler), 2, 1, 0,9, 0,8 e 0,5. - Lags (atrasos) das entradas. Como a temperatura não tem um comportamento baseado no dia da semana testaram-se lags de até 96 horas. - Número de neurônios. Testados desde 1 neurônio até 12 (1:12). - Percentual de dados para validação. São os dados dedicados ao treinamento que são reservados para validar se o mesmo está correto. Testado 15% e 20%. - Modelo de treinamento. Os modelos de treinamentos testados foram três: - Gradiente Conjugado. - Levenberg-Marquardt. - Treinamento Bayesiano. - Número de épocas.

81

RESULTADOS E DISCUSÃO Resultados do primeiro programa

3

100

2,5

90

2

80

1,5

70

1

60

0,5

50

0

40 0

12

24

36

48

Dados reais

60

72

84

96

108

120

Previsão

132

144

156

Temperatura

Carga horária (milhares)

Foram modificados todos os parâmetros sem fixar inicialmente a semente para, uma vez definido o melhor treinamento, determinar uma semente que se equiparasse ao melhor resultado obtido com sementes aleatórias. Conforme iam sendo testadas as diferentes parametrizações, os resultados eram anotados detalhadamente em uma planilha de Excel, onde foram comparados com os valores reais. A previsão do programa se apresenta na Figura 5.

168

Temperatura

Figura 5. Previsão realizada pelo primeiro programa para os últimos 168 dados horários da série Inicialmente os três tipos de treinamento tiveram resultados similares; no entanto, à medida que o número de testes ia aumentando, podia observar-se uma supremacia leve do treinamento de Gradiente Conjugado. Uma vez escolhido o modelo, introduziu-se uma semente fixa, para evitar a aleatoriedade de uma previsão para outra e deixar o sistema determinista. Melhor semente: 100000 Entrada 1: Temperatura Entrada 2: Coeficiente de temperatura com α = 0,9, ficando a Equqção 3 definida como a Equação 4: Coeficiente de temperatura definido. →Coef. Tª(k)=0 Se Tªk≥Tª →Coef. Tª(k)=0,9Tªk-Tª Se Tªk
(4)

Onde: Tª(k) é a temperatura da hora k; é a temperatura média da série; Tª Coef. Tª(k) é o valor do coeficiente que alimenta a matriz da Entrada 2 e que visa representar a não linearidade do sistema. 82

Melhor lag da saída (Carga horária): 1:168. Isso significa que a carga horária em um momento k tem alguma dependência da carga horária durante a última semana. Assim pode ser explicado o consumo menor aos fins de semana e entre o dia e a noite. Melhor lag da Entrada 1: 0:72. Significa que a carga horária depende da temperatura atual e de das temperaturas horárias dos últimos três dias. Melhor lag da Entrada 2: 0:72. Melhor número de neurônios: 1. Percentual de dados para validação: 20% (sem diferença com 15%) Épocas: 10.000. Melhor modelo: Gradiente Conjugado. Função de desempenho: erro dos mínimos quadrados MAPE: 3,4156% (diferença entre valor real e o previsto). Programa de correção do outlier Com os parâmetros definidos pelo primeiro programa, criou-se um segundo baseado nele para correção do outlier correspondente ao dia 03/09/2001. Assim, se refez a base de dados de carga horária. Com os dados corrigidos testou-se de novo o primeiro programa, que melhorou levemente a precisão da previsão (3,4196% com o outlier para 3,4156%). A melhora foi tão pequena que poderia considerar-se desprezível. Programa de previsão de carga horária

3,5

100

3

90

2,5

80

2

70

1,5

60

1

50

0,5

40

0

30 0

12

24

36

48

60

72

Carga horária

84

96

108

120

132

144

156

Temperatura

Carga horária (milhres)

Uma vez selecionados os parâmetros com melhores resultados de previsão, o primeiro programa adaptou-se aos dados de previsão. Assim, o treinamento foi feito com todos os dados de cargas horárias, com o outlier corrigido, e todos os dados de temperatura, inclusive para o cálculo do coeficiente de temperatura. Para a previsão foi usada a temperatura prevista (série de 168 horas consecutivas à última data e hora da série de dados do primeiro programa). A previsão do segundo programa se apresenta na Figura 6.

168

Temperatura previsão

Figura 6. Previsão do segundo programa 83

CONCLUSÕES O primeiro programa entregou uma melhor previsão com um MAPE de 3,415% para o treinamento de Gradiente Conjugado; o treinamento de Levenberg-Marquardt teve um menor MAPE de 3,425% e o Bayesiano 3,455%. Isso comprova que a previsão de carga horária através da técnica de Redes Neurais Artificiais pode ser considerada de boa qualidade. Para melhorar as previsões poderiam estudar-se simultaneamente outras variáveis de entrada que tenham influência na demanda de potência elétrica, como a umidade relativa, que influencia na sensação de conforto, velocidade do vento, radiação solar, dias com e sem nuvens, etc. Com a evolução constante dos computadores, complexas RNA que precisem de muita capacidade de processamento computacional serão cada vez mais íveis. Por outro lado, a modelagem com RNA pode ser usada conjuntamente com outras técnicas para obter resultados mais precisos ou mais abrangentes.

AGRADECIMENTOS À CAPES pelo apoio financeiro. REFERÊNCIAS CERVANTES-OSORNIO, R. et al. Redes neuronales artificiales en la estimación de la evapotranspiración de referencia. Revista mexicana de ciencias agrícolas, v. 2, p. 433-447, 2011. ISSN 2007-0934. Disponível em: < http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S200709342011000300010&nrm=iso >. CHANG-IL KIM AND IN-KEUN YU AND, Y. H. S. Kohonen neural network and wavelet transform based approach to short-term load forecasting. Electric Power Systems Research, v. 63, p. 169--176, 2002. COLLANTES DUARTE, J. et al. A comparison of time series forecasting between artificial neural networks and box and jenkins methods. Revista Técnica de la Facultad de Ingeniería Universidad del Zulia, v. 27, p. 146-160, 2004. ISSN 0254-0770. Disponível em: < http://www.scielo.org.ve/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S025407702004000300002&nrm =iso >. LÓPEZ-MUÑOZ , F.; BOYA, J.; ALAMO, C. Neuron theory, the cornerstone of neuroscience, on the centenary of the Nobel Prize award to Santiago Ramón y Cajal. Brain Research Bulletin, v. 70, n. 4–6, p. 391 - 405, 2006. ISSN 0361-9230. Disponível em: < http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0361923006002334 >. MCCULLOCH, W. S.; PITTS, W. A logical calculus of the ideas immanent in nervous activity. Bulletin of Mathematical Biology, v. 52, n. 1–2, p. 99-115, // 1943. ISSN 00928240. Disponível em: < http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092824005800060 >. MUSCATELLO, U. Golgi’s contribution to medicine. Brain Research Reviews, v. 55, n. 1, p. 3 7, 2007. ISSN 0165-0173. Disponível em: < http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0165017307000598 >. STEINHERZ HIPPERT, H.; PEDREIRA, C. E.; CASTRO SOUZA, R. Neural Networks for Short-Term Load Forecasting: A Review and Evaluation IEEE TRANSACTIONS ON POWER SYSTEMS, v. 16, p. 12, 07 Agosto 2002 2001. ISSN 0885-8950. 84

I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

DETERMINAÇÃO DE MODELOS CINÉTICOS NA REMOÇÃO DE COBRE(II) RESIDUAL EM ADSORVENTES ALTERNATIVOS THALLIS MARTINS SOUZA1, ADELIR APARECIDA SACZK2, ZUY MARIA MAGRIOTIS3, PRISCILA FERREIRA DE SALES4, RICARDO FELIPE RESENDE5, BIANCA MESQUITA COELHO BOTREL6 1

Mestrando em Agroquímica, Universidade Federal de Lavras, (35) 3829-1124, [email protected] Professora Adjunta, Universidade Federal de Lavras, (35) 3829-1876, [email protected] 3 Professora Adjunta, Universidade Federal de Lavras, (35) 3829-1889, [email protected] 4 Doutoranda em Agroquímica, Universidade Federal de Lavras, (35) 3829-1124, [email protected] 5 Mestrando em Agroquímica, Universidade Federal de Lavras, (35) 3829-1124, [email protected] 6 Doutoranda em Agroquímica, Universidade Federal de Lavras, (35) 3829-1124, [email protected] 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: O objetivo desse trabalho consiste em ajustar os dados cinéticos da adsorção de cobre(II) residual aos modelos de pseudoprimeira ordem, pseudossegunda ordem, difusão intrapartícula e Elovich. O resíduo de cobre (II) foi gerado em análises de teor de proteínas do Departamento de Ciência dos Alimentos da Universidade Federal de Lavras (UFLA) com concentração de cobre(II) de 11,39 mg L-1, determinada por espectrometria de absorção atômica, e pH 13. A adsorção foi estudada empregando como adsorventes alternativos a caulinita, o lodo de processo oxidativo avançado (POA) e o línter de algodão. Os resultados da porcentagem de remoção de cobre(II) foram comparados com a adsorção em carvão ativado comercial. O processo de adsorção foi conduzido à temperatura ambiente (25 ± 1°C) utilizando 0,10 g de adsorvente e 10,0 mL de resíduo. Os valores de qexp obtidos para os adsorventes: carvão ativado, caulinita, lodo de POA e línter de algodão foram de 1,06; 1,03; 0,86 e 0,91 mg g-1, respectivamente, em que é possível inferir que, dentre os adsorventes alternativos estudados, a caulinita foi a mais adequada. Neste caso, a concentração final de cobre(II) esteve abaixo do permitido pela Resolução CONAMA n.° 430/2011, para descarte de efluente, que é de 1,0 mg L-1. Os resultados dos ajustes dos dados revelaram que o modelo proposto por Elovich foi o mais adequado para a remoção em carvão ativado e línter de algodão, enquanto que para a adsorção em caulinita e lodo de POA, o modelo mais ajustado foi de pseudossegunda ordem. PALAVRAS–CHAVE: adsorventes alternativos, cobre, resíduo químico.

DETERMINATION OF KINETIC MODELS FOR THE REMOVAL OF RESIDUAL COPPER(II) ONTO ALTERNATIVES ADSORBENTS ABSTRACT: The aim this work consists to adjust the kinetic data of the adsorption of residual copper(II) to models of pseudo-first-order model, pseudo-second-order model, intraparticle diffusion and Elovich. The waste contends copper(II) was generated in analysis from determination of protein in Food Science Department of Federal University of Lavras, Brazil (UFLA) with concentration of copper(II) was 11.39 mg L-1, determined by atomic absorption spectrometry and pH 13. Adsorption was studied employing as alternative adsorbents: kaolinite, sludge of advanced oxidation process (AOP) and cotton linter. Results of the percentage removal of copper(II) was compared with adsorption onto commercial activated carbon. Process adsorption was conducted at room temperature (25 ± 1°C) using 0,10 g of adsorbent and 10,0 mL of waste. Values of qexp obtained for adsorbents active carbon, kaolinite, sludge of AOP and cotton linter were 1.06, 1.03, 0.86 and 0.91 mg g-1, respectively, being possible to infer that, between alternatives adsorbents studied, kaolinite was more adequate. In this case, final concentration of copper(II) was below of permitted for CONAMA Resolution nº. 430/2011, for effluent discharge, than is 1.0 mg L-1. Results adjusted of data showed that proposed by Elovich´s model was more adequate for removal onto active carbon and cotton linter, while for adsorption onto kaolinite and sludge of AOP, the adequate model was pseudo-second-order. KEYWORDS: alternatives adsorbents, copper, chemical waste.

85

INTRODUÇÃO Desde a Antiguidade, o homem manipula os metais encontrados na natureza, o que gerou o desenvolvimento da indústria metalúrgica que, ao longo do tempo, possibilitou a produção de diversos materiais que se tornaram fundamentais à sociedade contemporânea. Entretanto, assim como qualquer outra atividade antropogênica é inerente aos impactos ambientais gerados em todo o processo produtivo, é fundamental que haja uma preocupação para que essas consequências sejam efetivamente minimizadas, uma vez que muitos desses metais são classificados como metais pesados, tais como: cromo, chumbo, cobre, mercúrio, níquel, etc. (BIRD et al., 2009; PEHLIVAN & ALTUN, 2007). Os compostos de metais pesados são considerados substâncias persistentes no meio ambiente, tornando-os um dos principais causadores de poluição, sobretudo por processos industriais que geram resíduos que não são descartados de forma adequada, ou não am por um processo de tratamento após a sua geração (BAYRAMOĞLU & ARICA, 2005; MOHAMMADI et al., 2005). Diferentemente de compostos orgânicos, essas substâncias não apresentam processos de degradação química ou biológica na natureza, mas devido às condições apresentadas no meio ambiente, podem reagir com outras substâncias formando outros compostos mais estáveis e que podem apresentar maior mobilidade no meio. Por esta razão, os metais pesados causam grande preocupação por desencadearem contaminação que peram por todos os níveis da cadeia alimentar, seja pela alta concentração existente no ambiente (bioacumulação) ou pela acumulação do contaminante à medida que sobe o nível trófico (biomagnificação) (TAPIA et al., 2010; YIN et al., 2008). Dentre os metais pesados existentes, o cobre destaca-se por ser um importante elemento traço nos ciclos biogeoquímicos. Está presente em solos e sedimentos e é encontrado principalmente sob as formas de óxido e sulfeto na natureza (ARAI, 2011). A especiação desse elemento revela pouca diferença da variedade das formas encontradas com a variação de pH em meio aquoso: em valores de 0-6 a forma livre de Cu(II) é predominante. Entre 6 e 9 as espécies mais encontradas são Cu(OH)2, [CuHCO3]+, CuCO3 e CuOH+, enquanto que em pH maior que 10, o complexo[Cu(OH)3]- é majoritário (HASAN & SRIVASTAVA, 2009). O cobre é um elemento de grande importância em diversas áreas, como em funções biológicas, por ser um micronutriente, sobretudo na composição de metaloproteínas e cofatores, da mesma forma que outros metais, como ferro, manganês, molibdênio e zinco, sendo a quantidade média necessária diariamente de 0,60 a 0,70 mg (DOS SANTOS et al., 2011). Além disso, é essencial na síntese de lignina e no metabolismo de carboidratos e compostos nitrogenados em vegetais (ARAI, 2011). Pode ainda auxiliar em processos catalíticos essenciais ao metabolismo, embora possam causar danos às células por apresentarem elevada capacidade em gerar radicais livres e dano oxidativo, caso a concentração interna esteja muito elevada. Além disso, é capaz de acarretar duas doenças por consequência de mutação genética. Uma delas chamada de Doença de Menkes é responsável por complicações neurológicas podendo levar a óbito, sobretudo na infância. Outra é a Doença de Wilson que resulta na acumulação tóxica de cobre no fígado e eventualmente no cérebro (TIFFANY-CASTIGLIONI et al., 2011; VAN DONGEN et al., 2004). As aplicações de cobre mais difundidas na indústria são: em processos de galvanização, tratamento e conservação de madeira, produção de corantes têxteis, tintas sintéticas e ligas metálicas (CHOUYYOK et al., 2010). Na agricultura o cobre tem sido aplicado principalmente na forma de fungicidas em culturas diversas, como hortaliças e uvas (FERNANDÉZ-CALVIÑO et al., 2011; NOGUEIROL et al., 2010; JI et al., 2011). Entretanto, a aplicação inadequada de defensivos agrícolas contendo metais pesados e 86

compostos orgânicos com alta capacidade de contaminação da biota tem acarretado a poluição do solo e de corpos aquáticos. Isso se deve ao fato de que alguns organismos são altamente sensíveis às concentrações elevadas de determinada substância. Dentre essas substâncias, o cobre mostra-se uma ameaça às microalgas, que são a base da cadeia alimentar aquática. Dessa forma, uma alta concentração desse elemento lançada no meio aquático pode ocasionar um processo de bioacumulação, afetando até mesmo o homem por estar em um nível trófico mais elevado (DEBELIUS et al. 2009; LUO et al., 2011). Além disso, combinado com compostos ricos em nitrogênio e fósforo, principalmente com o uso em atividades agrícolas podem gerar o processo de eutrofização e desequilibrar o ecossistema aquático (SERRA et al. 2010). Outra aplicação importante é o uso do CuSO4.5H2O como reagente em análises do teor de proteínas totais pelo método de biureto, que consiste na redução do íon Cu(II) pelo grupo amida presente nas proteínas em condições alcalinas. Como indicativo da reação, a coloração azul característica do sal de Cu(II) é substituída pela coloração violeta devido à formação do complexo quadrado planar de Cu(I)-peptídeo, que segundo ZAIA et al. (1998), apresenta duas bandas de absorção: 270 e 540 nm, sendo esta última a mais utilizada como método analítico pelo fato de alguns interferentes, como aminas primárias, lipídios, lactose, amido, hemoglobina e íon amônio absorverem em 270 nm (SÖZGEN et al. 2006; SEEVARATNAM et al. 2009). Como a água é uma das necessidades básicas para a sustentação e continuação da vida, é imprescindível que a qualidade da água oferecida esteja dentro de limites aceitáveis e regulamentados por diversas legislações. Segundo a Organização Mundial da Saúde (OMS) a concentração máxima de cobre para água potável considerando a propriedade de coloração é de 1,0 mg L-1, uma vez que pode haver a formação de compostos de diferentes colorações. Em concentrações maiores, o cobre torna a água indesejada ao consumo por conferir a esta sabor desagradável, além de efeitos ao organismo já citados anteriormente. Por isso, a concentração máxima na qual não haja prejuízos à saúde humana é de 5,0 mg L-1 (AJMAL et al., 2005). No Brasil, o Conselho Nacional de Meio Ambiente (CONAMA) em sua resolução nº. 430 de 13 de maio de 2011 estabelece que a concentração máxima para lançamento de efluentes para cobre dissolvido é de 1,0 mg L-1 . A fim de obedecer à legislação para que não haja prejuízo ao meio ambiente e a qualquer tipo de organismo vivo, diversos métodos têm sido estudados para remover os íons metálicos e assim minimizar a geração de contaminantes presentes em efluentes contendo essas substâncias. Dentre os processos mais difundidos estão: precipitação seletiva, osmose reversa, filtração em membranas, flotação, degradação fotocatalítica, biorremediação e adsorção. Embora a remoção de metais pesados de resíduos inorgânicos possa ser concluída por tratamento convencional de precipitação ou flotação, cada tratamento tem sua própria limitação (KURNIAWAN et al., 2006). A adsorção é um processo que tem se mostrado muito eficiente por remover baixas concentrações de metais pesados em resíduos aquosos, além de ser simples e rápido, sobretudo quando nesse processo o carvão ativado é utilizado como adsorvente, por apresentar elevada área superficial, estabilidade química e durabilidade (ZAINI et al., 2010). Segundo Imamoglu & Tekir (2008) o carvão ativado é um dos adsorventes mais empregados no tratamento, purificação e remoção de contaminantes orgânicos e inorgânicos. Entretanto, a utilização desse material como adsorvente pode ser mais oneroso devido aos custos de aquisição como reagente comercial. Com o objetivo de introduzir nos processos de tratamento e remediação de efluentes a mesma eficiência obtida pelo carvão ativado comercial, nos últimos anos tem crescido o estudo do uso de adsorventes alternativos nos processos que geram diversas substâncias com elevado potencial para contaminação, como corantes e metais pesados (CRINI, 2006). 87

Materiais naturais encontrados com abundância ou que sejam subprodutos ou ainda um tipo de material a ser descartado de processos industriais ou agrícolas são alternativas economicamente viáveis, embora dependa diretamente do grau de processamento a ser executado, quando necessário, e nem sempre as informações de custo são relatadas. Essas características tornam os materiais considerados de baixo custo e aperfeiçoar naturalmente a capacidade de adsorção pode compensar os custos de um processo adicional (BAILEY et al., 1999). Dentre o grupo de materiais naturais que podem ser utilizados como adsorventes alternativos estão as argilas, que apresentam sítios de cargas negativas na estrutura de silicato, que podem variar conforme as condições de pH, aumentando a adsorção de espécies positivas em valores elevados (LI et al., 2011). Em virtude disso, a troca de cargas negativas na superfície das argilas é neutralizada pela adsorção de espécies positivamente carregadas, conferindo àquelas, alta capacidade em atrair cátions, como os metais pesados. Além dessas características, BAILEY et al. (1999) mostra também que a elevada área superficial, que pode superar 800 m2 g-1 é um fator importante do uso das argilas minerais como adsorventes, destacando-se dentre elas a caulinita, mica e esmectita. De acordo com MAGRIOTIS et al. (2010) a caulinita é um dos minerais mais abundantes em solos e sedimentos, apresentando baixo custo e elevada estabilidades térmica e mecânica, o que permite a sua aplicação como adsorvente para o tratamento de efluentes de forma eficaz e economicamente viável. Agregar valor a um resíduo ou a um subproduto seja ele de origem agrícola ou industrial, é um dos fatores preponderantes para estabelecer a aplicação como adsorvente de baixo custo. Nessa perspectiva, diversos estudos têm sido desenvolvidos com o línter de algodão, que é um subproduto da produção de algodão hidrófilo e apresenta cerca de 75% de celulose em sua constituição pois são fibras curtas que ficam aderidas ao caroço do algodão, que a pelo processo de descaroçamento para a retirada do línter (NADA et al., 2009; NASCIMENTO et al., 2011). O uso do línter de algodão como adsorvente na remoção de corantes, como o azul de metileno, tem sido pesquisado por RESENDE et al. (2011) e a porcentagem de remoção em torno de 97%, quando submetido a um posterior tratamento químico, revela que o material tem potencial promissor no tratamento de efluentes. SUN et al. (2012) empregou fibras de línter de algodão também tratadas quimicamente para adsorver um tipo de antibiótico. Entretanto, poucos estudos mostram os resultados da remoção de metais pesados, seja utilizando o material in natura ou com qualquer outro tipo de tratamento prévio. Alguns processos de tratamento de efluentes também geram subprodutos com potencial aplicação como adsorvente, como é o caso dos processos oxidativos avançados (POA) que consistem em degradar compostos orgânicos. Esse processo é catalisado por uma ampla variedade de catalisadores, porém, a reação foto-Fenton, que consiste na combinação do reagente Fenton (H2O2 e Fe2+) com a incidência de radiação UV, tem sido muito empregada por necessitar de reagentes mais baratos e ser de fácil execução, além de apresentar ótimos resultados, tornando o tratamento viável em escala industrial (TOKUMURA et al., 2008; YAP et al., 2011). Contudo, uma das desvantagens desse processo é um sólido residual no final do processo, chamado de “lodo de POA” por PINTO et al. (2011), que em estudos preliminares utilizaram-no como adsorvente na remoção de azul de metileno. Segundo SALES et al. (2011) a remoção de um corante aniônico, como o alaranjado G, em condições de pH 7 pode chegar a 97%, mostrando a importante contribuição do uso do lodo de POA no tratamento de efluentes. Nessa perspectiva, o objetivo desse trabalho consiste em avaliar a viabilidade de remoção de cobre (II) residual comparando o tempo de equilíbrio, a porcentagem de remoção e a concentração final do íon em estudo a fim de estabelecer comparações entre o carvão ativado comercial e os adsorventes alternativos: caulinita, línter de algodão e lodo de POA, sem alterar qualquer tipo de condição do resíduo inicial. 88

MATERIAL E MÉTODOS Adsorvato Foi utilizado como adsorvato o resíduo gerado pelas análises de teor de proteínas realizadas pelo Departamento de Ciência dos Alimentos da Universidade Federal de Lavras (UFLA), sendo recolhido pelo Laboratório de Gestão de Resíduos Químicos (LGRQ). O resíduo que apresentava pH 13, era constituído por CuSO4, K2SO4, H2SO4 e NaOH. Adsorventes A caulinita natural utilizada nesse trabalho foi cedida pela Mineradora Química e Minérios (Ijaci, MG) e não ou por nenhum tipo de tratamento prévio, sendo peneirado na fração correspondente a 0,42 mm. O línter de algodão era um resíduo proveniente de atividades de pesquisas realizadas pelo Laboratório de Patologia de Sementes no Departamento de Engenharia Florestal da UFLA. Uma vez emulsionado em ácido sulfúrico, foi primeiramente lavado com água destilada a fim de diminuir a acidez do material de partida. Em seguida, o resíduo foi deixado em repouso e submetido à secagem. A amostra foi então filtrada a vácuo até que o pH da última lavagem se mantivesse em torno de 7, seguido da secagem em estufa a 70 o C por 24 horas. Para que fosse utilizado como material adsorvente, o línter de algodão foi previamente peneirado em fração correspondente a 0,42 mm. Após a degradação de resíduos orgânicos via reação foto-Fenton, como parte da rotina do LGRQ, o lodo de POA foi coletado, seco ao sol, peneirado em uma fração compreendida entre 35 e 60 Mesh, sendo posteriormente utilizado como adsorvente. A fim de comparação, o teste de adsorção foi realizado com carvão ativado em pó (Cromoline e granulometria de 0,053 mm). Cinética de adsorção Os experimentos de adsorção foram realizados em batelada à temperatura ambiente (25 ± 1°C), em mesa agitadora em 120 rpm. Alíquotas de 10 mL do resíduo foram colocadas em contato com 0,100 ± 0,005 g dos adsorventes, em uma cinética monitorada entre 0 e 360 minutos. As amostras retiradas em intervalos de tempo definidos foram filtradas, e as concentrações remanescentes foram determinadas por meio de espectroscopia de absorção atômica (AAS) em comprimento de onda de 325 nm no equipamento Spectra AA 110 Varian. RESULTADOS E DISCUSSÃO Um dos parâmetros mais importantes para a avaliação da eficiência da adsorção é a cinética, a qual descreve a velocidade com que as moléculas do adsorvato são adsorvidas pelo adsorvente (ARDEJANI et al., 2012; DURAL et al., 2011; NURCHI e VALLAESCUSA, 2008). Os estudos cinéticos são importantes para determinar o tempo necessário para alcançar o equilíbrio. Para entender a dinâmica envolvida na adsorção em relação ao tempo, modelos cinéticos são usados e comumente empregados, a fim de determinar alguns parâmetros, tais como, possíveis mudanças nas taxas de adsorção em função da concentração inicial do adsorvato e tempo de contato entre adsorvente e adsorvato.

89

O modelo cinético de pseudoprimeira ordem descrito por Lagergren (1898) é muito usado para entender o mecanismo de adsorção de adsorvatos em fase líquida e é representado pela Equação 1: qt=qe [1-exp(-k1t)]

(1)

Em que qt e qe são as quantidades de Cu(II) removidos no tempo t e no equilíbrio (mg g-1), respectivamente e k1 é a constante de velocidade de acordo com este modelo no processo de adsorção (min-1) e t é o tempo de contato. A cinética de pseudossegunda ordem é um modelo no qual se propõe uma relação matemática direta entre a taxa de adsorção e a quantidade adsorvida elevada ao quadrado (AL-ANBER et al., 2011). A lei de velocidade para sistemas que seguem esse modelo é descrita pela equação 2, proposta por Ho e McKay (1998):

k 2 qe2 t qt = 1 + qe tk 2 (2) Em que k2 é a constante de pseudossegunda ordem (g mg-1 min-1), qt e qe são as quantidades de poluentes removidos no tempo t e no equilíbrio (mg g-1), respectivamente. Embora os modelos de pseudoprimeira ordem e pseudossegunda ordem considerarem as etapas de adsorção, os mesmos não fornecem um mecanismo definitivo (DURAL et al.,2011). De maneira a contornar tal problema, Weber e Morris (1963), propam o modelo de difusão intrapartícula, cuja representação é dada pela equação 3:

qt = kd t + C

(3)

Em que kd representa a constante de velocidade (mg g-1 min-1/2), qt a quantidade de adsorvato (mg g-1) removida no tempo t e C como uma constante relacionada com a espessura das camadas de difusão (mg g-1). (MA et al., 2012; ERRAIS et al.,2011). O modelo proposto por Elovich descreve a adsorção governada pela quimissorção, cuja aplicação se encontra associada a processos cinéticos lentos. A equação que frequentemente é avalidada para sistemas em que a superfície adsorvente é heterogênea é representada pela seguinte forma: dq t = α exp( − β q t ) dt

(4)

Em que α é a taxa de adsorção inicial (mg g-1 min-1) e β é a relação entre o grau de cobertura da superfície e a energia de ativação envolvida na quimissorção (g mg-1) (AKSAKAL e UCUN, 2010). Os resultados do ajuste dos dados experimentais aos modelos cinéticos estudados são descritos na Tabela 1.

90

Tabela 1 – Ajuste dos dados experimentais aos modelos cinéticos Lodo POA

Línter de algodão

1,0184 0,0832 0,9891 0,0504

0,8569 0,0596 0,9959 0,0263

0,8765 0,0748 0,9833 0,0541

1,0687 0,1562 0,9974 0,0247

1,0689 0,1484 0,9981 0,0213

0,9094 0,1152 0,9964 0,0246

0,9292 0,1384 0,9965 0,0249

0,4595 0,0412 0,7820 0,2137

0,4593 0,0409 0,7773 0,2155

0,3554 0,0355 0,7921 0,1781

0,3714 0,0369 0,8098 0,1743

50,0491 11,1868 0,9995 0,0106

44,2356 11,0928 0,9979 0,0223

4,0347 10,4822 0,9849 0,0506

7,9794 10,915 0,9988 0,0144

Modelo cinético Pseudoprimeira ordem qe (mg g-1) k1 (h-1) r Erro padrão Pseudossegunda ordem qe (mg g-1) k2 ( g mg-1h-1) r Erro padrão Difusão intra-partícula c (mg g-1) k ( mg g-1h-0,5) r Erro padrão Elovich ɑ (mg g-1 h-1) β (g mg-1) r Erro padrão

Carvão ativado

Caulinita

1,0182 0,0885 0,9880 0,0528

Pela análise da Tabela 1, é possível observar que para as amostras de carvão ativado e línter de algodão, os dados cinéticos foram ajustados de maneira mais adequada ao modelo de Elovich, enquanto que para as amostras de caulinita e lodo POA, o coeficiente de determinação foi superior para o modelo de pseudossegunda ordem. De acordo com as considerações propostas na descrição do modelo de Elovich, pode-se inferir que a adsorção em carvão ativado e línter de algodão foi governada pela quimissorção em superfícies heterogêneas em um processo relativamente lento, o que corrobora com os tempos de equilíbrio de 300 minutos (5 horas) para ambos adsorventes, conforme observado na Figura 1. 1,2 1,0

-1

qe (mg g )

0,8 0,6 0,4 Carvão Caulinita Lodo do POA Línter de algodão

0,2 0,0 0

50

100

150

200

250

300

350

400

Tempo (min)

Figura 1– Cinética de adsorção de Cu(II) residual. 91

Enquanto isso, os resultados ajustados de maneira mais adequada ao modelo de pseudossegunda ordem quando foram empregados como adsorventes a caulinita e o lodo do POA revelam que a capacidade de remoção está associada à adsorção em sítios específicos, em uma reação pseudoquímica, a qual envolve transferência de elétrons. CONCLUSÕES Os resultados dos ajustes dos dados para a adsorção de Cu(II) residual revelaram que os perfis cinéticos seguiram modelos distintos, permitindo inferir que o processo de remoção envolveu superfícies com características distintas. Enquanto o modelo proposto por Elovich foi o mais adequado para a remoção em carvão ativado e línter de algodão, a adsorção em caulinita e lodo de POA seguiu o modelo de pseudossegunda ordem. AGRADECIMENTOS CNPq, CAPES, FAPEMIG, FINEP, PROPLAG/UFLA, LGRQ/UFLA. REFERÊNCIAS AJMAL, M.; RAO, R. A. K.; KHAN, M. A. Adsorption of copper from aqueous solution on Brassica cumpestris (mustard oil cake). Journal of Hazardous Materials. v. 122, n. 1-2, p. 177-183, jun. 2005. ARAI, Y. Aqueous interfacial chemistry of kaolinite for the removal of Cu(II) in the presence of birnessite: Kinetic and spectroscopic studies. Applied Clay Science. v. 53, n. 4, p. 572580, out 2011. BAILEY, S. E.; OLIN, T. J.; BRICKA, R. M.; ADRIAN, D. D. A review of potentially lowcost sorbents for heavy metals. Water Research. v. 33, n. 11, p. 2469-2479, ago. 1999. BAYRAMOGLU, G.; ARICA, M.Y. Ethylenediamine grafted poly(glycidylmethacrylatecomethylmethacrylate) adsorbent for removal of chromate anions. Separation and Purification Technology. v. 45, n. 3, p. 192-199, out. 2005. BIRD, G.; MACKLIN, M.G.; BREWER, P.A.; ZAHARIA, S.; BALTEANU, D.; DRIGA, B.; SERBAN, M. Heavy metals in potable groundwater of mining-affected river catchments, northwestern Romania. Environmental Geochemistry and Health. v. 31, n. 6, p. 741-758, mar. 2009. CERPA, W.; VARELA-NALLAR, L.; REYES, A. E.; MINNITI, A. N.; INESTROSA, N. C. Is there a role for copper in neurodegenerative diseases? Molecular Aspects of Medicine. v. 25, p. 405-420. 2005. CHOUYYOK, W.; SHIN, Y.; DAVIDSON, J.; SAMUELS, W. D.; LAFEMINA, N. H.; RUTLEDGE, R. D.; FRYXELL, G. E. Selective removal of copper (II) from natural waters by nanoporous sorbents functionalized with chelating diamines. Environmental Science & Technology. v. 44, n. 16, p. 6390-6395, ago. 2010. CRINI, G. Non-conventional low-cost adsorbents for dye removal: a review. Bioresource Technology. v. 97, n. 9, p. 1061-1085, jun. 2006. DEBELIUS, B.; FORJA, J. M.; DELVALLS, A.; LUBIÁN, L. M. Toxicity and bioaccumulation of copper and lead in five marine microalgae. Ecotoxicology and Environmental Safety. v. 72, n. 5, p. 1503-1513, mai. 2009. DOS SANTOS, V. C. G.; DE SOUZA, J. V. T. M.; TARLEY, C. R. T.; CAETANO, J.; DRAGUNSKI, D. C. Copper ions adsorption from aqueous medium using the biosorbent sugarcane bagasse in natura and chemically modified. Water, Air and Soil Pollution. v. 216, n. 1-4, p. 351-359, mar. 2011.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

O USO DO GEOPROCESSAMENTO NA GERAÇÃO DE INDICADORES DE PRESSÃO NO CÓRREGO LAGOINHA, UBERLÂNDIA, MINAS GERAIS JIMY EDWIN PAVÓN RODRÍGUEZ1 1

Engenheiro Florestal, Mestrando em Geografia, Universidade Federal de Uberlândia, Telefone: (34) 9647 3832, e-mail: [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Este trabalho objetiva verificar os indicadores ambientais de pressão do Córrego de Lagoinha em Uberlândia, Minas Gerais, no ano 2010, tendo como base de análise o uso, ocupação e impermeabilização do solo bem como a degradação no entorno ecológico. A proposta metodológica apresentada aqui parte da pressão causada pela urbanização e a análise do Marco Legal brasileiro. Os resultados encontrados pela combinação das Tecnologias de Geoprocessamento determinaram que as áreas sob regime de ocupação descontrolada podem levar à destruição total de um ecossistema, de modo que as autoridades nos diferentes níveis devem tomar as medidas adequadas para acabar com este tipo de situação, a fim de melhorar a qualidade de vida e saúde ambiental das populações. Faz-se também necessário uma maior cobrança e educação da sociedade civil organizada para mitigar os efeitos causados por estas atividades sem controle. PALAVRAS-CHAVE: monitoramento, indicadores ambientais, Geoprocessamento.

THE USING OF GEOPROCESSING IN THE GENERATION OF THE INDICATORS OF PRESSURE IN THE LAGOINHA BROOK, UBERLÂNDIA, MINAS GERAIS ABSTRACT: This study aims to assess the environmental indicators of pressure in the Lagoinha Brook, Uberlândia, Minas Gerais, in the 2010’s, based on the analysis of the use, occupation and soil sealing as well as the ecological environment degradation. The methodological procedure presented here is based on the pressure caused by urbanization and the analysis of the Brazilian Legal framework. The results found by the combination of GIS technologies determined that the areas under uncontrolled occupation can lead to total destruction of ecosystems, so that the authorities at various levels should take appropriate measures to stop this kind of situation, in order to improve the quality of life and environmental health of the populations. It is also necessary claiming and education of the society organizations to mitigate the effects caused by these uncontrolled activities. KEYWORDS: Monitoring, environmental indicators, GIS.

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INTRODUÇÃO A Micro bacia do Córrego Lagoinha situa-se no município de Uberlândia dentro do casco urbano da cidade, localizando-se nas coordenadas 18°55’15” de latitude Sul e 48°12’15” de longitude Oeste, apresenta um comprimento de 6,7 quilômetros numa área de 2123.41 hectares. Sua nascente localiza-se a 910m de altitude e sua foz no Córrego São Pedro a 790m, (dados obtidos das imagens SRTM 2012). Possui o Córrego Mogi como afluente; possui um trecho maior canalizado que começa a partir da Rua Jandyro Vilela Freitas, desaguando no Córrego São Pedro, canalizado pela Avenida Governador Rondon Pacheco. O Córrego São Pedro, por sua vez, deságua no Rio Uberabinha, um dos principais rios que corta o município e compreende quinze bairros, alguns de maneira total e outros de maneira parcial. Estes bairros são Buritis, Carajás, Granada, Lagoinha, Jardim Inconfidência, Jardim Karaíba, Morada da Colina, Laranjeiras, São Jorge, Segismundo Pereira, Pampulha, Patrimônio, Santa Mônica, Santa Luzia e Vigilato Pereira. O processo de urbanização e as alterações no padrão do uso da terra como a retirada da vegetação deixando desprotegidos os corpos d’água nas suas margens e diminuindo a evapotranspiração e a infiltração da água e a impermeabilização do solo que impede a infiltração das águas pluviais, causam impactos significativos no ciclo hidrológico nos processos de infiltração, armazenagem nos corpos d’água e fluxo fluvial em muitas áreas das bacias próximas a zonas de crescimento urbano ou dentro do perímetro urbano (GENS; TUCCI, 1995; BRAGA; CARVALHO, 2003). O meio ambiente urbano é o espaço resultante de diferentes combinações dos processos naturais e humanos e da intervenção do homem no espaço natural (BARBIN, 2003). O analise do uso do solo e as modificações ambientais decorrentes dessa intervenção serão de muita importância para se obtiver dados sobre os aspectos urbanos e atividades antrópicas nas bacias e micro bacias. As perdas de solos, através dos processos erosivos, a degradação da qualidade da água e a geração de poluentes ocorrem tanto na agricultura como nos centros urbanos, situados às margens de rios e ribeirões, onde se concentram o lançamento de efluentes domésticos e industriais. São notáveis as erosões de solos e a redução da área verde como consequência da expansão desordenada de bairros, aumentando a impermeabilização da superfície com o asfaltamento e raramente são observados programas de contenção de encostas (TOLEDO e BALLESTER, 2001); as mudanças no uso e cobertura da terra alteram o balanço hídrico das bacias com reflexos nas camadas do solo, provocando erosão, transporte de sedimentos e elementos químicos e modificações nos ecossistemas e na qualidade d´agua. Atualmente, o crescimento desordenado na maioria das cidades não considera as características do médio pelo que o processo de ocupação do solo é feito sem a infraestrutura necessária, modificando os elementos da paisagem, pelo que se precisam estudos profundos sobre a urbanização e seus efeitos no médio ambiente. As consequências destes processos impróprios de crescimento desordenado nas cidades são faltas de condições sanitárias, ausência de serviços básicos, ocupação de áreas inadequadas, destruição de flora e fauna, habitações em condições precárias de vida, poluição d´agua, etc.; trazendo como consequências destruição do médio ambiente, doenças, baixa qualidade de vida, feios aspectos visuais, riscos naturais, entre outros (MOTA, 1981). Os problemas recorrentes como consequências da ação antrópica no médio físico são causados pela não consideração das limitações e aptidões desse próprio médio, os quais são indispensáveis para manter a qualidade de vida, segurança nas construções e proteção dos recursos naturais e o médio ambiente (PONS, 2006).

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As intervenções em ambientes urbanos são reguladas pela Lei Federal n° 6766 de 19 de dezembro de 1979, a qual dispõe sobre o parcelamento do solo urbano e dá outras providências que dentre outras restrições, não permite o parcelamento do solo em terrenos alagadiços e sujeitos a inundação, pois precisa assegurar o escoamento das águas; não autoriza ocupação em áreas de declive superior a 30% e nem em áreas de preservação ecológica ou naquelas onde a poluição impeça condições sanitárias áveis até sua correção. Segundo a Lei nº 12.651 de 25 de maio de 2012, (Novo Código Florestal), as áreas de preservação permanente, coberta ou não por vegetação nativa, com a função ambiental de preservar os recursos hídricos, a paisagem, a estabilidade geológica, a biodiversidade, o fluxo gênico de fauna e flora, proteger o solo e assegurar o bem estar das populações humanas. No caso de áreas urbanas, assim entendidas aquelas compreendidas nos perímetros urbanos definidos por lei municipal, e nas regiões metropolitanas e aglomerações urbanas, em todo o território abrangido, observar-se-á o disposto nos respectivos planos diretores e leis de uso do solo, respeitados os princípios e limites a que se refere este artigo (Com redação dada pela Lei n° 7.803, de 18/07/89). No âmbito local, a Lei Complementar Municipal nº 017 de 04 de dezembro de 1991 e Atualizada em 21/10/2010, estabelece a política municipal de proteção, controle e conservação do meio ambiente em Uberlândia; a Lei Orgânica do Município de Uberlândia de 05 de junho de 1990, no Artigo no. 210, as Áreas de Preservação Permanente (APP´s), são classificadas de zona urbana e zona rural. No ano 1987 foi criada a Reserva Ecológica do Córrego Lagoinha, no Bairro Santa Luzia, pelo Decreto n° 3568, e no ano 1997, o Decreto n° 7452 regulamenta a mesma como Unidade de Conservação, com o nome de Parque Municipal Santa Luzia (PEREIRA, 2003), e tem estado com pouca manutenção pelas últimas istrações locais. MATERIAL E MÉTODOS Analise da cobertura da terra As imagens foram fornecidas pelo SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) do Jet Propulsion Laboratory (JPL) da NASA, O Radar SRTM foi lançado em fevereiro de 2000 a bordo do ônibus espacial Endeavour. Durante 11 dias obteve dados de altimetria estereoscópica de 80% da superfície terrestre, gerando imagens com resolução espacial (nos dados fontes) de um arco segundo para os Estados Unidos e três arcos segundo para o restante do mundo e com uma amplitude de grade 30 metros para o (SRTM 1) e 90 metros para o (SRTM 3), projetados para uma acuaria vertical e horizontal absoluta de 16 e 20 metros, respectivamente, com 90% de confiança (MEDEIROS, 2009). As curvas de nível da micro bacia do Córrego de lagoinha foram geradas no software Global Mapper; exportaram-se para o software ArcGis 10.1, onde realizou-se o processo de delimitação da micro bacia de Lagoinha; logo, mediante uma sequência de comandos e fazendo um Geoprocessamento baseado na transformação das s espectrais de uma imagem para a sua reclassificação, em uma ferramenta de geoprocessamento típico, onde realiza uma operação em um conjunto de dados ArcGis (como uma classe de entidade como um varredura) e produz um novo conjunto de dados como o resultado desta ferramenta, (FIGURA 1). O geoprocessamento pode ser definido como os procedimentos desenvolvidos para reunir, manipular e analisar a informação geográfica, especialmente, aquela que está no formato digital (BOSQUE, 1999).

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Figura 1 - Sistema organizacional simples da ferramenta ArcGis. Fonte: ESRI.COM Utilizou-se se a imagem de satélite satélite Google Earth do11 de novembro do ano 2010. No ArcGis 10.1 foi trabalhado com a cor verdadeiro R3G2B1. Para gerar esta imagem, o programa Google Earth atribui as bandas 3, 2 e 1 do sensor, para a imagem de vermelho, verde e azul. São denominadas imagens imagens de cor real ou cor natural porque esta combinação de comprimentos de onda é semelhante ao que o olho humano pode ver numa baixa resolução; o aplicativo principal neste tipo de imagens é a observação diária das características da superfície do mar, terra terra e atmosfera. Eles são ideais para a detecção de fenômenos e mudanças bruscas e instantaneamente podem pegar a tendência de cobertura da terra. Para mapear as diversas coberturas na imagem selecionada dentro da micro bacia de Lagoinha, utilizou-se a classificação ificação automática não supervisionada disponível no software ArcGis 10.1, esta é definida a partir da análise da imagem numérica, de forma que os pixels com valores espectrais semelhantes os quais são agrupados em classes espectralmente similares (SANTOS, PELUZIO e SAITO, 2010). A imagem classificada é definida a partir da análise da imagem numérica, de forma que aqueles pixels que têm valores espectrais semelhantes são agrupados em classes espectralmente similares (SANTOS, PELUZIO e SAITO, 2010). Entre os diversos tipos de classificações encontradas nos softwares dos Sistema de Informação Geográfica, utilizou-se utilizou se a não supervisionada. Assim, não se utiliza de qualquer informação prévia sobre as classes em estudo. Sendo necessário que o analista identifique estes agrupamentos como classes de cobertura do solo, por meio de uma combinação de sua familiaridade com a região estudada e visitas para levantamento de verdade de campo (SANTOS; PELUZIO; SAITO, 2010); portanto, sem nenhum conhecimento sobre as classes existentes xistentes na imagem, o programa define, a priori, sem a interferência do analista, a estratificação da cena, atribuindo a cada pixel uma determinada classe (DAINESE, 2001). Posteriormente, como já ressaltado, cabe ao profissional identificar cada região à realidade da área estudada. Os indicadores ambientais Os Indicadores ambientais podem-se podem se tornar uma ferramenta para melhorar a base de informações relacionadas; melhorar a percepção pública das questões ambientais, avaliando as condições ambientais e as tendências tendências a nível regional; cumprir os compromissos ambientais internacionais, promover a integração de fatores ambientais, as políticas econômicas e avaliar as condições ambientais e as tendências no nível regional, nacional ou global (SNIARN, 2012). Um indicador ndicador ambiental tem pelo menos duas características: •

Uma avaliação variável ou ambiental que fornece informações agregadas de maneira sintética, em um fenômeno ambiental ou território, além de sua capacidade de representar a se mesmo. • A seleção da variável ável é determinada pela perspectiva social e na Normativa Legal; para observar o ambiente e não orientada para objetivos de reprodução ambiental conceitual ou algum de seus elementos. As variáveis de um indicador ambiental tem que ser socialmente dotada de significado adicional à sua própria configuração científica, sinteticamente refletem a preocupação da 98

sociedade com o médio ambiente e inseri-lo de forma consistente nos processo de decisão (CIFRIÁN, MUÑOZ, COZ et al. 1999), têm um papel fundamental no fornecimento de informações e dados extensos que podem ser resumidas em uma quantidade limitada de informações, como pista importante para apoiar o desenvolvimento ou a avaliação de políticas ambientais e à integração das preocupações ambientais nas políticas setoriais na gestão do território. Entre as características esperadas servem como uma ferramenta eficaz de comunicação, estes deve ser mensuráveis, relevantes, funcionais, confiáveis, fiáveis e comparáveis. • • • • • •

A utilização de indicadores como ferramentas no fornecimento de informação são: Para fornecer uma base estável à comunicação; Para fazer uma apresentação dentro de uma imagem clara da situação ambiental do território ou área especifica; Para padronizar a coleta de dados, o que dá origem a uma informação de qualidade, fiável e comparável; Para concentrar a coleta de dados em torno de situações-chave como esgoto, derrame de óleo, lixo, porcentagem de ecossistemas afetados, qualidade d’água, entre outros; Para facilitar a gestão e avaliação de políticas e ações e para medir as mudanças e tendências no território, expropriação de terrenos, ampliação e criação de parques lineares, declaração e proteção de APPs; Para permitir comparações ao longo de períodos de tempo como a qualidade dos ecossistemas, grado de erosão ou deterioro da cobertura vegetal. Os Indicadores ambientais no âmbito da Pressão-Estado-Resposta, (PER)

A estrutura da PER é baseada numa lógica de causalidade; as atividades antrópicas exercem pressões sobre o médio ambiente e mudar a qualidade e quantidade dos recursos naturais (Estado). Assim, a sociedade por meio das instituições responde a essas mudanças através de políticas ambientais, econômicas e setoriais, (Respostas); (OCDE, 1998); a missão da Organização à Cooperação e Desenvolvimento Econômico é promover políticas que melhorem o desenvolvimento económico e bem-estar das pessoas em todo o mundo. O modelo proposto da OCDE parte de perguntas simples como: • • •

O que está afetando o médio ambiente? O que está acontecendo com o estado do médio ambiente? Que ações estão sendo tomadas sobre estas questões?

Dentro de uma lógica em termos da relação entre a pressão, o estado e as ações sugere uma relação linear entre a interação das atividades antrópicas e do médio ambiente, que normalmente não é verdade e esconde as complexidades entre as interações. Neste esquema de organização (FIGURA 2), os indicadores são classificados em três grupos: pressão, estado e resposta.

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Figura 2 - Tipologia dos indicadores ambientais baseados nas Pressões, Estados, Resposta. Fonte: (OCDE, 1998).

Seleção dos Indicadores ambientais de Pressão Considerando a os termos anteriores, foram baseados os indicadores de Pressão, os quais descrevem as diferentes influências das atividades antropogenias sobre o médio ambiente e os recursos naturais na micro bacia do Córrego de Lagoinha considerando as pressões diretas sobre o médio ambiente (FIGURA 3) derivadas da ocupação urbana, sendo uma pressão indireta e é uma ferramenta que fornece elementos para prever a evolução do problema, muito útil para definir as ações e políticas ambientais a serem adoptadas, fazendo com que os setores podam reverter ou minimizar o problema por meio de propostas e planos de ação (SNIARN, 2012).

Figura 3 – Componentes dos indicadores de pressão. Fonte: SNIARN, 2012 DISCUSSÃO DOS RESULTADOS Cobertura do uso da terra Os dados de cobertura de uso da terra como resultado do analise da imagem de satélite de Google Earth, o Centro de Amostra e Aprendizagem Rural de Uberlândia (CAMARU) é considerado como urbanização, dando um total de 70.89% da área da micro bacia do Córrego Lagoinha que apresenta-se na Tabela 1. 100

Tabela 1: resultados obtidos da cobertura das imagens Google Earth 2010.

Cobertura Parque Linear Santa Luzia Urbano Camarú Culturas Corpos d´agua Cerrado Mata mesofítica Veredas Zona de recuperação Campo Sujo Total

Porcentagem

Área (has)

1,38

29,42

69,24 1,65 10,55 0,06 7,02 1,5 0,15 3,39 5,06 100

1474,35 35,1 224,65 1,38 149,45 32,01 3,12 72,21 107,72 2129,41

Total Total Urbanizado Urbanizado (%) (has)

69,24 1,65

1474,35 35,1

70,89

1509,45

Indicadores de Pressão Foram considerados os conceitos da OCDE (1998) e SNIARN (2012) usando o geoprocessamento as seguintes variáveis: • Ecossistemas danificados: área total de ecossistemas naturais dramaticamente interveio: Mata mesofítica dentro de uma área de 32,01 hectares que representa 1,50% da cobertura total da área de estudo; o novo código Florestal (Lei nº 12.651, de 25 de maio de 2012) estabelece parâmetros concordo na largura do córrego • Área impermeável: áreas úteis que foram impermeabilizadas como produtos habitacionais, instalações industriais ou estradas. Uma área tem 1.509,45 hectares representando 70,89% da área de estudo foi usado pela urbanização e loteamento até o ano 2010, isto é considerado como área impermeabilizada. CONCLUSÕES A micro bacia do Córrego Lagoinha está seriamente afetado por causas antropogênicas na sua parte alta, média e baixa, o que reflexa que é preciso maior presença institucional dos órgãos responsáveis por garantir a proteção do meio ambiente local. É necessário incentivar estudos de monitoramento hídrico e qualidade dos recursos naturais o ano todo com os alunos das Universidades no Triangulo Mineiro e outras interessadas na área de estudo para validar ou completar a lista de indicadores propostos. No caso particular de parque linear de Santa Luzia, devido seu descuido, as autoridades locais devem ter mais ação por meio da sensibilização, proteção, recuperação e preservação do parque, portanto é recomendável a incorporação das comunidades localizadas nas margens do Bairro Lagoinha, além da extensão do parque nessa área (Ver figura 4), considerando os elementos conteúdos nas diferentes Leis que tem a ver com o marco ambiental (30m nas margens e 150m no nascente).

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Eles devem encontrar uma solução concreta pela situação criada no topo da bacia em relação à fazenda de gado e da garagem de ônibus, uma proposta séria expropriação de tais bens e o cercado total da parte alta da micro bacia, proibindo a entrada de pessoas e animais, a fim de facilitar sua recuperação e fazendo atividades de conservação. A proteção e ações de conservação devem ser abrangentes, considerando que o ambiente da micro bacia de Lagoinha, apesar de que são afetadas pela urbanização, as autoridades precisam para melhorar a qualidade de vida, saúde ambiental e paisagística de um plano de ação envolvendo todos os interessados na área. Os indicadores ambientais são uma ferramenta indispensável à tomada de decisões nas questões do monitoramento do médio ambiente, porém, faz-se necessário o desenho de um banco de dados neste tema para os Estados e o Brasil; uma proposta poderia ser dentro de um nível local ou estadual dirigido para um marco federal ou vice-versa que estejam dirigidos para proteger a saúde humana e o bem-estar geral da população, assegurar o uso sustentável dos recursos ou preservar a integridade dos ecossistemas. O trabalho somente é um exemplo demonstrativo à determinação de indicadores ambientais, faltam fazer outros estudos para considerar outra variáveis para o monitoramento e a socialização dos mesmos com a populações que moram nas áreas afetadas em geral. Falta vontade política para implementar programas de monitoramento por meio de indicadores ambientais, alias de ter um dos melhores marcos normativos do mundo, o Brasil não tem avanços significativos nesta temática. A qualidade ambiental está ligada como as condições de vida da população, ao ter um ambiente saudável, se poderiam evitar doenças por meio de campanhas de saneamento básico e educação ambiental, as quais poderiam poupar recursos financeiros.

Figura 4 - Proposta de recuperação na micro bacia de Lagoinha, Uberlândia, Minas Gerais. Elaboração: Jimy Edwin Pavón Rodríguez, 2012. 102

REFERÊNCIAS BARBIN, H. S. Histórico da evolução do uso do solo e estudo dos espaços livres públicos de uma região do município de Piracicaba – SP. Tese (Doutorado em Agronomia) - Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz”: Universidade de São Paulo: Piracicaba, 2003. 214 pág. BOSQUE, J. [s.n.]. La Ciencia de la Información Geográfica y la Geografía. In: VII Encuentro de Geógrafos de América Latina. Anais… San Juan de Puerto Rico: Puerto Rico, 1999. BRAGA, R.; CARVALHO, P. F. C. Recursos hídricos e planejamento urbano e regional. In_____: Rio Claro: Laboratório de Planejamento Municipal. IGCE: UNESP, 2003. BRASIL. Lei n.º 6766, de 19 de dezembro de 1979. Dispõe sobre o parcelamento do solo urbano e dá outras providências. Disponível em: o em: nov. 2012. BRASIL. Lei nº 12.651, de 25 de maio de 2012. Dispõe sobre a proteção da vegetação nativa. Disponível em http://www.planalto.gov.br/ccivil_03/_Ato2011-2014/2012/Lei/L12651.htm. o em: nov. 2012. CIFRIÁN, E.; MUÑOZ, Y.; COZ, A.; VIGURI, J.; ANDRÉS, A. Punto Focal de Residuos de Cantabria In______: Sistemas de Indicadores. Universidad de Cantabria: España, 1999. 18 pág. DAINESE, R. C. Sensoriamento remoto e geoprocessamento aplicado ao estudo temporal do uso da terra e na comparação entre classificação não-supervisionada e análise visual. Dissertação. (Mestrado em Agronomia/Energia na Agricultura) - Universidade Estadual Paulista: Botucatu, 2001. 186 pág. GENZ, F.; TUCCI, C. E. M. Infiltração em Superfícies Urbanas. Revista Brasileira de Engenharia. Caderno de Recursos Hídricos, vol. 13, No. 1, jun. 1995. MEDEIROS, L. C.; FERREIRA, N. C.; FERREIRA, L. G. Avaliação de Modelos Digitais de Elevação para Delimitação Automática de Bacias Hidrográficas. Revista Brasileira de Cartografia No. 61/02, 2009. Pag. 138-151. MINAS GERAIS. Decreto-Lei nº 33.944, de 18 de setembro de 1992. Regulamenta a lei n°10.561, de 27 de dezembro de 1991, que dispõe sobre a Política Florestal no Estado de Minas Gerais. Disponível em: o em: nov. 2012. MOTA, S. Planejamento urbano e preservação ambiental. In_____: Fortaleza: Edições UFC, 1981. OGANIZACIÓN PARA LA COOPERACIÓN Y EL DESARROLLO ECONÓMICO. [S.l.]: Rumo a um desenvolvimento sustentável: indicadores ambientais. Tradução Ana Maria S. F. Teles. Salvador: Centro de Recursos Ambientais, 1998. 244 pág. Documento eletrônico. Disponível em: . o em: out. 2012. PEREIRA, J. S. Uso e ocupação do solo na área de Preservação permanente do Córrego Lagoinha - Uberlândia-MG. Monografia. (Bacharel em Geografia) - Universidade Federal de Uberlândia, 2003. 65 pag. PONS, N. A. D. Levantamento e diagnostico geológico-geotecnico de áreas degradadas na cidade de São Carlos-SP, com auxílio de Geoprocessamento. Dissertação (Doutorado em Geotécnia) - Universidade de São Paulo: São Carlos, 2006. 210 pág. SANTOS, A. R.; PELUZIO. T. M. O.; SAITO, N. S. Spring 5.1.2: o a o: Aplicações Práticas. Alegre: CAUFES, 2010. 153 pág. SISTEMA NACIONAL DE INFORMACIÓN AMBIENTAL Y DE RECURSOS NATURALES. Informação e documentação: referencias - elaboração. México, 2012. 103

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

MODELO PARA SELEÇÃO DE TECNOLOGIAS DE TRATAMENTO DE ESGOTO CAMILLA CAROLINA HUNT1, FABIANA VALÉRIA DA FONSECA ARAÚJO2, ESTEVÃO FREIRE3 1

Engenheira de Produção pela Universidade Federal Fluminense. Mestre em Engenharia Ambiental pela Universidade Federal do Rio de Janeiro. Telefone: (21) 3204-6344, e-mail: [email protected]. 2 Engenheira Química pela Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro. Mestre e Doutora em Tecnologia de Processos Químicos e Bioquímicos pela Universidade Federal do Rio de Janeiro. Telefone: (21) 2562-7640, e-mail: [email protected]. 3 Engenheiro Químico e Mestre em Ciência e Tecnologia de Polímeros pela Universidade Federal do Rio de Janeiro, e Doutor em Engenharia de Minas, Metalúrgica e de Materiais pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Telefone: (21) 25627584, e-mail:estevã [email protected].

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: A seleção de tecnologias de tratamento de esgoto é uma decisão intrinsecamente complexa, pois envolve incertezas, múltiplos objetivos e critérios, e a participação de muitos atores, sendo que, nestes casos, uma metodologia de Apoio Multicritério à Decisão (AMD) é recomendada (GOMES; GOMES, 2012). Este artigo apresenta um sistemapara seleção de tecnologias de tratamento de esgoto utilizando o AMD, particularmente a teoria da utilidade multiatributo (na língua inglesa, Multi-attributeUtilityTheory - MAUT). Utilizou-se o método MAUT para comparar as trinta e duas alternativas e consideraram-se dezenove critérios econômicos, ambientais, sociais e tecnológicos. Posteriormente, as alternativas foram separadas em alternativas factíveis e não factíveis, onde as factíveis atendem aos objetivos do tratamento e as restrições de cada tecnologia. Esse sistema tem como objetivo a geração de conhecimento para os atores envolvidos na decisão, sendo uma ferramenta útil no apoio ao processo decisório. Palavras chaves: Apoio Multicritério à decisão; Teoria da Utilidade Multiatributo; Sistema de Tratamento de Esgoto.

SELECTION MODEL FOR WASTEWATER TREATMENT TECHNOLOGIES ABSTRACT: The selection of technologies for wastewater treatment is an inherently complex decision. It involves multiple objectives and criteria and requires future projections which are subject to uncertainties and many stakeholders participation in the decision process. In these cases, a methodology for Multicriteria Decision Aid (MCDA) is recommended (GOMES; GOMES, 2012).This article presents a system to assist the selection process of sewage treatment using AMD, in particular the Multi-attribute Utility Theory (MAUT). The thirty-two alternatives were compared using the MAUT method, and nineteen criteria were considered from the economic, environmental, social and technological aspects. Subsequently, the alternatives considered in the study were separated into feasible and not feasible alternatives, where the feasible alternatives meet the treatment goals and constraints of each technology. This system aims to generate knowledge for the stakeholders involved in the decision, and the system is a useful tool for the decision-making process. Keywords: Multi Criteria Decision Aid; Multi-attribute Utility Theory; Sewage Treatment Systems.

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INTRODUÇÃO No Brasil, apenas 55,2% dos municípios brasileiros possuem serviço de esgotamento sanitário por rede coletora de esgoto, sendo que apenas 68,8% do esgoto coletado é tratado (IBGE, 2008). Além disso, por volta de 75% da população rural (23 milhões de habitantes) não possui sistemas de tratamento de esgoto ou utilizam apenas a fossa rudimentar, sendo que a população não assistida por este serviço encontra-se nas camadas mais pobres (IBGE, 2009). Diante deste cenário, é visível a necessidade de um grande investimento em sistemas de tratamento de esgoto. Muitas alternativas tecnológicas estão disponíveis, desde tecnologias mais avançadas a tratamentos convencionais. No entanto, a decisão pela tecnologia de tratamento de esgoto envolve a existência de grandes investimentos, a necessidade de planejamento de longo prazo, repercussões econômicas, ambientais e sociais, e a participação de grupos heterogêneos no processo decisório. Por isso, a escolha desta tecnologia é considerada uma atividade intrinsecamente complexa, em que se deve escolher entre as possíveis alternativas, a mais adequada dentre diversos pontos de vista e as formas de avaliação (KALBAR; KARMAKAR; ASOLEKAR, 2012). Quando os problemas se tornam complexos e quando as consequências de uma escolha podem trazer grandes impactos financeiros, ambientais ou estratégicos, é necessário se tomar decisões com o auxílio de ferramentas que possam classificar, e auxiliar de forma coerente e consistente a tomada de decisão. Em tal contexto, recomenda-se o desenvolvimento de um sistema que desenvolva o entendimento a respeito do contexto decisório para facilitar nas escolhas mais adequadas. A metodologia de Apoio Multicritério à Decisão (AMD) consiste em um conjunto de métodos e técnicas para auxiliar ou apoiar pessoas a tomarem decisões, sob a influência de uma multiplicidade de critérios, buscando representar o mais fielmente possível as preferências do decisor.O AMD procura avaliar matematicamente os critérios, demonstrando a subjetividade de forma transparente, reduzindo as incertezas e integrando os critérios com os objetivos da análise (GOMES; GOMES, 2012).O objetivo da modelagem é a geração do conhecimento aos decisores (ENSSLIN; MONTIBELLER NETO; NORONHA, 2001). Por conseguinte, esta pesquisa objetiva criar um sistema para apoiar a seleção detecnologia de tratamento de esgoto utilizando o Apoio Multicritério à Decisão (AMD), que utilizará critérios não apenas econômicos, como também ambientais, sociais e tecnológicos. Dentro do AMD, utilizou-se a abordagem de critério único de síntese, ou, na língua inglesa, Multi-attributeUtilityTheory (MAUT).

MATERIAL E MÉTODOS O método empregado nesta pesquisa foi o método de Apoio Multicritério à Decisão (AMD), utilizando, uma abordagem de critério único de síntese ou a teoria da utilidade multiatributo (na língua inglesa, Multiattribute Utility Theory- MAUT). O MAUT é um método simples, de fácil entendimento, lógico e transparente. Outras vantagens deste método são a pontuação de critérios tanto qualitativos quanto quantitativos e a facilidade da verificação e análise dos resultados com a ordenação das alternativas (DE MONTIS et al., 2004; CATERINO et al., 2009). Para apoiar o modelo de decisão desta pesquisa, utilizou-se o programa de planilhas eletrônicas “Excel” da Microsoft, por ser um aplicativo bastante difundido, o que facilitaria a outros usuários utilizarem com uma maior facilidade. Uma fonte de consulta fundamental para o levantamento das informações das tecnologias foi o livro de Marcos Von Sperling “Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos: Princípio do tratamento 106

biológico de águas residuárias” (SPERLING, 2005), de onde se retirou as trinta e duas alternativas e os dezenove critérios, divididos em critérios econômicos, ambientais, sociais e tecnológicos, cada um com os seus subcritérios. Para comparar as alternativas, utilizou-se com o método MAUT. Neste método, inicialmente, define-se o desempenho da alternativa, elabora-se a matriz de decisão, define-se a taxa de substituição e calcula-se o valor da alternativa, para, finalmente, ordenar as alternativas. Para definir o desempenho (valor) de uma alternativa em respeito a um critério, utilizou-se do método para atribuição de utilidade (normalização). Existem muitas formas de normalização, e nesta pesquisa utilizou-se uma escala linear, variando de 0 a 10 sendo que o valor de utilidade 10 é dado à melhor alternativa e o valor de utilidade 0 é dado à pior alternativa (GOMES; GOMES, 2012). Com os desempenhos das alternativas, elabora-se a Matriz de Decisão como uma forma de representar a relação entre os critérios e as alternativas (Apêndice). Neste estudo de caso, os pesos foram determinados com base na análise realizada por Sperling (2005) dos aspectos críticos e importantes na seleção de sistemas de tratamento de esgoto em regiões desenvolvidas e em desenvolvimento. Em geral, nos países em desenvolvimento, os itens críticos são os custos de construção, a sustentabilidade, os custos operacionais e a simplicidade da tecnologia (SPERLING, 2005). Os pesos podem ser alterados no sistema. Além de valorar e ordenar as alternativas, o sistema também permite selecionar as alternativas que atendem aos objetivos e restrições para uma determinada situação. Os objetivos que podem ser selecionados na planilha eletrônica são: Formas de disposição do esgoto nos corpos d’água; Atender ao parâmetro “percentagem de remoção da DBO mínima”; Simplicidade operacional. As restrições que podem ser selecionadas na planilha eletrônica são: Disponibilidade de área no terreno: verifica-se se a área disponível do terreno atende a demanda de área para determinada tecnologia; Custo total da tecnologia: o valor do metro quadrado pode inviabilizar as tecnologias que possuem uma grande demanda de área; Distância de centros urbanos de pelo menos 500 metros: as tecnologias com avaliação ruim no subcritério “maus odores” serão desconsideradas, com exceção do reator UASB, do tanque séptico e do filtro anaeróbio, por ser possível realizar medidas mitigadoras nestas tecnologias. Considerou-se que a temperatura média anual é superior a 20°C. Caso a temperatura seja inferior, um estudo complementar sobre a eficiência de tratamento das tecnologias com processos anaeróbios deve ser realizado. Para as lagoas de estabilização e as tecnologias de disposição no solo, as características do solo devem ser avaliadas a parte do sistema. Após a priorização das alternativas, é recomendável a realização de uma análise de sensibilidade em relação aos pesos, de forma a se avaliar o grau de robustez da escolha (GOMES; GOMES, 2012). RESULTADO E DISCUSSÃO Na avaliação das trinta e duas alternativas, os critérios de maior peso foram o econômico e o tecnológico. As alternativas que obtiveram as sete maiores pontuações foram: escoamento superficial (A9), infiltração rápida (A8), sistema de lagoa anaeróbia-lagoa facultativa (A2), tanque séptico seguido de infiltração rápida (A12), lagoa facultativa (A1) Lagoa aerada facultativa (A3) e terras úmidas construídas (A10). Segundo a Pesquisa 107

Nacional de Saneamento Básico de 2008, a lagoa facultativa, os reatores anaeróbios, a lagoa anaeróbia, o filtro biológico e a lagoa de maturação representam 75% das tecnologias utilizadas no Brasil (IBGE, 2008). O escoamento superficial, as terras úmidas construídas e a infiltração rápida obtiveram as melhores pontuações nesta pesquisa. Entretanto, as tecnologias de disposição no solo não são muito utilizadas no Brasil e representam apenas 0,7% das tecnologias utilizadas (IBGE, 2008), apesar de possuir vantagens como: baixo investimento inicial e custos de operação e manutenção, adequada remoção de DBO, baixa geração de subprodutos e alta simplicidade operacional. O motivo para esta conduta pode ser a baixa difusão destas tecnologias no meio especializado (TONETTI et al., 2009). As alternativas que atenderam aos objetivos e fatores restritivos de um estudo de caso hipotético estão representadas na Tabela 1. Após a definição da taxa de substituição, busca-se agregar os critérios em uma única avaliação global com a formula de agregação aditiva. Posteriormente, é realizada uma ordenação destas alternativas. Os valores estão representados na Tabela 1. Tabela 1 - Alternativas que atenderam aos objetivos e fatores restritivos e a pontuação final. Critério Alternativa Econ. Amb. Social Tecnol. Total Ordem A16 Reator UASB + filtro anaeróbio 9 4 6 4 6,35 3º Reator UASB + filtro biológico A17 8 6 5 5 6,43 1º percolador de alta carga Reator UASB + lagoa aerada A20 mistura completa + lagoa de 8 4 1 3 5,21 5º decantação Lodos ativados de fluxo A24 6 6 4 8 6,36 2º intermitente Filtro biológico percolador de alta A29 5 5 7 7 6,00 4º carga A32 Tanque séptico + biodiscos 5 6 7 3 4,89 6º Fonte: Elaboração própria Cabe ressaltar que nesta pesquisa, os critérios de maior peso são o econômico e o tecnológico, que contribuem com, respectivamente, 42% e 33% do valor final de utilidade. Percebe-se que as alternativas que tiveram baixa avaliação nesses critérios provavelmente não terão bons conceitos. Todavia, em um cenário diferente, os pesos alocados aos critérios poderiam variar de forma considerável, levando a uma escolha diferente. Deste modo, por exemplo, em um ambiente em que o odor seja crítico para escolha da tecnologia, o peso do critério social poderia ser maior. Para verificar a robustez do modelo e analisar a influência dos critérios na avaliação, deve-se realizar uma análise de sensibilidade. Na análise de sensibilidade, variaram-se os pesos no modelo, priorizando um dos critérios com 52,6% e os demais com 15,8%. Com isso, as quatro análises geraram variações nos valores das alternativas (Figura 2), onde se priorizou o critério econômico no “peso 1”, o critério ambiental no “peso 2”, o critério social no “peso 3” e o critério tecnológico no “peso 4”.

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8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00

A16 A17 A20 A24 A29 A32 Peso original

Peso 1

Peso 2

Peso 3

Peso 4

Figura 2 - Análise de sensibilidade Fonte: Elaboração própria Nesta análise de sensibilidade, as alternativas que receberam as maiores pontuações em cada uma das análises foram: Peso original (estudo de caso): Reator UASB + filtro biológico percolador de alta carga (A17); Peso 1 (critério econômico priorizado): Reator UASB + filtro anaeróbio (A16); Peso 2 (critério ambiental priorizado): Lodos ativados de fluxo intermitente (A24); Peso 3 (critério social priorizado): Tanque séptico + biodiscos (A32); Peso 4 (critério tecnológico priorizado): Lodos ativados de fluxo intermitente (A24). Deste modo, conclui-se que não há uma alternativa que seja melhor em todos os critérios, devendo os atores decidirem qual critério deve ser priorizado para a seleção da alternativa mais adequada para cada situação. Vale destacar que, caso os pesos dos subcritérios forem alterados, o resultado do modelo será modificado. Os pesos atribuídos aos diversos critérios e subcritérios são função do cenário em questão e sempre haverá um certo grau de subjetividade. O decisor não deve confiar cegamente em um modelo de e à decisão, mas sim, deve ser capaz de ponderar as qualidades e limitações que este modelo oferece para o contexto da tomada de decisão, de tal forma que a incerteza seja reduzida ao mínimo possível, e a qualidade da decisão tomada seja incrementada. Os resultados obtidos a partir do sistema são apenas recomendações, que podem ser seguidas ou não pelos decisores. Portanto, este sistema não visa substituir o papel do tomador de decisão, mas sim de proporcionar uma visão macro do problema de decisão.

CONCLUSÕES A seleção de tecnologias de tratamento de esgoto é uma decisão complexa e o sistema desenvolvido nesta pesquisa foi de grande valia, pois poderá auxiliar no processo decisório de seleção destas tecnologias em diversas localidades do Brasil. O sistema é uma ferramenta útil aos decisores e é direcionado aos profissionais das prefeituras e técnicos envolvidos em questões relacionadas à escolha de tecnologias de tratamento de esgoto. Tem como objetivo apoiar a decisão e gerar conhecimento para os atores. Constatou-se que não há um sistema de tratamento de esgoto que seja melhor em todos os critérios e subcritérios, e possa ser indicado como melhor para quaisquer condições. Entretanto, quando se escolhe um sistema que se adapta às condições locais e aos objetivos em cada caso, obtém-se a mais alta relação custo/benefício. Para aperfeiçoar o sistema criado nesta pesquisa e como recomendação para futuros trabalhos, sugere-se incluir no sistema de apoio à decisão as características do solo como 109

restrição e a indicação de tecnologias que permitem o reúso do efluente. Além disso, outros métodos multicritério de apoio à decisão podem ser aplicados à matriz de decisão.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

MODELAGEM DO CRISTALIZADOR A VÁCUO PARA TRATAMENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS DE REFINARIAS DE PETRÓLEO GONTIJO, H. M.1, ROCHA, S. D. F.2, ANDRADE, E. M.3 1

Eng. Controle e Automação, UFMG, 31 3409-1801, [email protected] Eng. Química Pós-Dr, UFMG, 31 3409-1801, [email protected] 3 Química MSc, UFMG, 31 3409-1801, [email protected] 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: A água é um insumo fundamental em grande parte das indústrias e sua utilização correta é importante para a minimização dos impactos ambientais. A redução dos volumes captados pode ser obtida melhorando-se o processo de tratamento dos efluentes industriais, possibilitando o reuso da água e de outros insumos de valor agregado para o processo. Em uma refinaria de petróleo são gerados efluentes, sendo possível recuperar 68% da água por tratamentos convencionais. O tratamento dos efluentes por eletrodiálise recuperará mais 14% elevando para 82% de água recuperada. Visando o total reuso da água, está em processo de estudo a implantação de uma etapa de cristalização, objetivando recuperar os 18% restantes, possibilitando o total reuso da água. O efluente tratado pela cristalização consiste em uma solução aquosa com 0,5% de sais inorgânicos. Uma planta piloto de cristalização será montada para possibilitar a realização de testes. Este trabalho consiste no desenvolvimento de um modelo dinâmico para o cristalizador por evaporação a vácuo contínuo com recirculação forçada existente nessa planta piloto. Os efeitos nas características dos cristais (tamanho médio, desvio padrão e volume) causados em decorrência das variações na taxa e concentração de alimentação e na taxa de recirculação são simulados e analisados. PALAVRAS–CHAVE: cristalização, modelos dinâmicos, reuso de água

MODELING OF VACUUM CRYSTALLIZER FOR OIL REFINERY WASTEWATER TREATMENT ABSTRACT: Water is essential in most industrial process and its responsible and correct use is fundamental to minimize the environmental impacts. A reduction in water consumption may be achieved by improving industrial effluent treatment processes, allowing its reuse as well as to recycle other materials to the process. In oil refineries a recovery up to 68% of water by conventional methods has been possible In order to increase this value, the electrodialysis has been evaluated, which raises this value to 82%. Aiming at 100% water recovery, a broad project has been carried out in order to evaluate the association of the electrodialysis unit with a crystallization stage. This association will allow the remaining water (18%) to be recovered. The effluent from the electrodyalisis to be fed to the crystallization pilot plant consists of an aqueous solution with 0,5% of sodium chloride. This work aims at the development of a dynamic model for the crystallizer by continuous vacuum evaporation with forced recirculation, which is the crystallizer used in the plant. The effects in crystal characteristics (average size, standard deviation, and volume) caused by feed rate and concentration variations are simultaneously analyzed. KEYWORDS: crystallization, dynamic models, water recovery.

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INTRODUÇÃO Os impactos ambientais provenientes de processos industriais sempre devem ser minimizados. A água é um insumo fundamental em grande parte das indústrias e sua utilização correta é importante para a minimização dos impactos e consequentemente para a preservação da qualidade dos recursos hídricos. A redução dos volumes de água captados pode ser obtida melhorando-se o processo de tratamento dos efluentes industriais, possibilitando o reuso da água e de outros insumos de valor agregado para o processo. A legislação brasileira determina a qualidade mínima dos efluentes para serem lançados aos cursos d’água através da Resolução CONAMA 430 de 13/05/2011. Entretanto, é possível desenvolver processos focando em um tratamento dos efluentes com máximo reaproveitamento da água, diminuindo-se a captação de água nova e os volumes de efluentes lançados ao meio ambiente. A viabilidade econômica desse tipo de tratamento depende de cada processo e dos insumos que podem ser recuperados. Entretanto, com a elevada demanda dos recursos hídricos, de leis ambientais cada vez mais restritivas associados aos avanços das tecnologias, processos anteriormente não viáveis podem se tornar extremamente importantes e ter a situação de inviabilidade alterada. O tratamento convencional de efluentes gerados por uma refinaria de petróleo possibilita recuperar 68% da água. Em busca de ampliar esta recuperação, a utilização de uma etapa de eletrodiálise pode elevar a reuso de água a aproximadamente 82% . Visando o reuso total, está em processo de estudo a implantação de uma etapa de cristalização, objetivando atingir o lançamento zero de efluentes, significando um reuso máximo da água. O efluente tratado pela cristalização consiste em uma solução aquosa com 0,5% de sais inorgânicos. Uma planta piloto de cristalização por evaporação a vácuo contínua está em avaliação através da realização de testes e estudos. A planta piloto possui equipamentos e instrumentos projetados para o tratamento dos efluentes provenientes da unidade de eletrodiálise. Para verificar o comportamento da planta durante a partida, foi desenvolvido um modelo dinâmico, que possibilita simular o comportamento ao longo do tempo de diversas variáveis da planta piloto, podendo ser utilizado como soft-sensor em sistemas de controle, em treinamentos de operadores, em desenvolvimento de controladores, estudos de processos e outros. Devido à importância, optou-se por desenvolver este modelo dinâmico para o cristalizador existente na planta piloto. Neste trabalho serão simulados e analisados os efeitos nas características dos cristais (tamanho médio, desvio padrão e volume) causados em decorrência das variações nas taxa e concentração de alimentação e na taxa de recirculação. MATERIAL E MÉTODOS O Processo de Cristalização O processo de cristalização possibilita a obtenção de cristais formados a partir de solutos presentes em uma solução. Este processo é dependente da concentração do(s) solutos na solução. A concentração de saturação é a maior concentração de soluto que pode ser totalmente dissolvido em um determinado solvente, sendo esta a condição de equilíbrio. De acordo com a concentração dos solutos as soluções são denominadas subsaturadas (concentração inferior a concentração de saturação), saturada (concentração semelhante a saturação ou a solubilidade) e supersaturada (concentração superior à saturação). A concentração de saturação é uma função da temperatura conforme ilustrado na figura 1 (SILVA, 2012). 112

Figura 1 - Curva de solubilidade

Entretanto é possível obter uma solução supersaturada sem a formação de sólido. Uma maneira seria reduzir lentamente a temperatura de uma solução saturada. Nesse exemplo a solução supersaturada obtida seria instável e uma simples agitação poderia ocasionar o aparecimento da fase sólida. Essa região da supersaturação na qual ainda é possível obter uma solução sem a formação de sólido, mesmo que instável, é denominada região metaestável. Nas soluções cuja concentração atinge o limite da região metaestável pode ocorrer a formação da fase sólida. A formação espontânea de novos cristais é denominada nucleação primária e normalmente ocorre apenas quando a concentração da solução ultraa a região de metaestabilidade. A formação de novos cristais a partir de fragmentos dos próprios cristais existentes é denominada nucleação secundária. A nucleação primária homogêna requer maior energia para ocorrer do que a nucleação secundária. Dessa maneira, em cristalizadores contínuos, normalmente é mantida a concentração da solução supersaturada dentro da região metaestável, predominando-se a nucleação secundária. A taxa de nucleação é proporcional à diferença entre a concentração da solução e a concentração de saturação (solubilidade). Os cristais presentes na solução supersaturada também aumentam de tamanho, sendo a taxa de crescimento também proporcional à diferença entre a concentração da solução e a concentração de saturação (MERSMANN; HEYER; EBLE, 2001). A cristalização pode ser realizada de diversas maneiras modificando-se uma ou mais de uma variável do sistema, tais como a concentração da solução, a temperatura da solução, a solubilidade do soluto por alguma reação química ou a solubilidade em um novo solvente formado a partir da adição no sistema de um anti-solvente. Na cristalização por evaporação o solvente é evaporado pelo fornecimento de energia de uma fonte externa e a concentração da solução é elevada até a concentração de supersaturação. Cristalizadores Contínuos Os cristalizadores contínuos possibilitam estabilizar o processo de formação e crescimento dos cristais, gerando cristais mais uniformes que os cristalizadores em batelada. Na figura 2 é apresentado um esquema de um cristalizador contínuo evaporativo. Nesse tipo de cristalizador a solução é recirculada e aquecida por uma fonte externa de calor. Parte da 113

corrente recirculada (água mãe e cristais) é desviada para saída. A alimentação é misturada na recirculação. A evaporação do solvente mantém a solução supersaturada na condição necessária para a formação e o crescimento dos cristais. O solvente evaporado a por um filtro eliminador de névoa na saída do cristalizador e é condensado posteriormente. Nos cristalizadores contínuos a vácuo, a pressão interna do cristalizador é mantida inferior à pressão atmosférica por uma bomba de vácuo ou outro equipamento. Dessa forma quando a solução entra no cristalizador, parte do solvente evapora e ocorre a supersaturação da solução, formação e crescimento dos cristais.

Figura 2 - Cristalizador contínuo evaporativo. Fonte: GEA, 2012

Planta Piloto O fluxograma simplificado da planta piloto é apresentado na figura 3 e o descritivo dos fluxos na tabela 1. A planta piloto é composta por cristalizador, filtro, trocadores de calor e bombas. O efluente salino resultante do processo de eletrodiálise é desviado para alimentar a unidade (fluxo w1). O aquecimento do cristalizador é realizado pela recirculação da suspensão (fluxo w3) após ar por um trocador de calor aquecido por vapor. No cristalizador, o vapor formado é retirado (fluxo w6) e condensado em outro trocador de calor resfriado com água, obtendo água líquida (fluxo w12). A solução saturada (fluxo w7) é retirada do cristalizador com os cristais formados, a qual é filtrada, obtendo-se os cristais (fluxo w8) e a solução saturada (fluxo w9). A solução saturada pode ser parcialmente retirada para remoção de substâncias não cristalizáveis- purga (fluxo w10) e o restante retornada ao cristalizador (fluxo w11).

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Figura 3 - Fluxograma simplificado da planta piloto de cristalização. Fonte: SECKLER, 2011 Tabela 1 - Descrição dos fluxos.

Fluxo w1 w2 w3 w4 w5 w6 w7 w8 w9 w10 w11 w12

Descritivo Alimentação da unidade (efluente salino) Alimentação da recirculação Recirculação com alimentação sem aquecimento Recirculação com alimentação com aquecimento Recirculação sem alimentação Vapor Saída do cristalizador (solução saturada + cristais) Cristais Solução saturada sem cristais Purga (opcional para remoção de substâncias não cristalizadas) Solução saturada sem cristais Condensado (água) Modelo do Cristalizador

A escolha do tipo de modelagem depende do objetivo do modelo, o qual pode ser utilizado para simulação de processos auxiliando no dimensionamento de equipamentos, definição de rotas de processo, verificação dos critérios de projetos, treinamento de operadores, simulação das estratégias de controle e sintonia de malhas, dentre outros. O cristalizador a vácuo do tipo CMSMPR (continuous mixed suspension, mixed product removal) é mostrado na figura 4. A alimentação nova é adicionada na recirculação, a qual a por um trocador de calor e entra aquecida no cristalizador. Devido à baixa pressão, o solvente evapora a uma temperatura mais baixa que a pressão atmosférica. Dentro do cristalizador a solução permanece supersaturada e ocorre a formação de cristais.

115

4># , !9,># , ># , :,># , 8,># , ;,># , <,># , =># , )>#

@!9 ↑

4567,8 , !9 , , : , 8 , ; , < , =, )

!9 , , : , 8 , ; , < , =, ? 4567,; , !9 , , : , 8 , ; , < , =, )

∆=

4>#,8 , !9,>#,8 , >#,8 , =>#,8

Figura 4 - Cristalizador a vácuo com recirculação. Fonte: Adaptado de MOLDOVÁNYI, 2008

O modelo matemático para cristalizadores é obtido a partir do balanço populacional dos cristais, balanço de massas do solvente, balanço de massas do soluto e balanço energético. Para o modelo do cristalizador da figura 4, foram assumidas as seguintes premissas: • Fluxo de alimentação nova isento de cristais; • Os cristais podem ser definidos apenas em função do tamanho linear (L_n≈0,L_n>0); • O tamanho dos novos cristais formados é próximo a zero; • Não existe quebra ou aglomeração de cristais. Modelos realizados por balanço populacional necessitam de trabalhar com diversas faixas de tamanho. Uma maneira alternativa para modelagem é a simplificação por 4 momentos, sendo o momento 0 relacionado ao número de partículas, momento 1 ao comprimento, momento 2 a área e momento 3 ao volume (LAKATOS; SAPUNDZHIEV; GARSIDE, 2007). A equação 1 define os momentos.

= , , = 0,1,2,3

(1)

Em que, nL, t é o número de cristais e L o tamanho dos cristais.

A equação 2 define a taxa de crescimento dos cristais que depende do tamanho e da diferença entre a concentração da solução no cristalizador e a concentração de saturação: = − ! ,

≥ ! ,

≥ #

(2)

Em que, > 0 e % > 0 são parâmetros cinéticos; a concentração de soluto no cristalizador e & a concentração de saturação.

A equação 3 define a taxa de nucleação primária ('( ) descrita pelo modelo de Volmer (VOLMER, 1939). '( = ( )*

, + / 3 .# 0/02 ,

≥ !

(3) 116

Em que, ( > 0 e C > 0 são parâmetros cinéticos e 0 < ) ≤ 1 é a fração do volume ocupada pelo fluido (solvente e soluto dissolvido, sem cristais).

A equação 4 define a fração de volume ()) ocupada pelo fluido.

) = 1 − 9 < = 1 − 9 < ,

(4)

Em que, 9 é o fator de forma do volume das partículas.

A equação 5 define a taxa de nucleação secundária ('F ). G

'F = F − ! F < , ≥ !

(5)

Em que, k I > 0, b > 0 e j ≥ 0 são parâmetros cinéticos e μ< o terceiro momento da função de densidade populacional n.

O balanço populacional pode ser simplificado em um número finito equações recursivas dos momentos utilizando a taxa de crescimento, balanço de soluto e solvente. As equações diferenciais dos momentos, concentração de soluto, concentração do solvente, temperatura e volume da fase líquida do cristalizador são mostradas nas equações 6 a 13 (MOLDOVÁNYI, 2008; LAKATOS; SAPUNDZHIEV; GARSIDE, 2007; ULBERT; LAKATOS, 1999). : 4># @!9 = '9 + N:,># − : O + , Q = R, S ? ?P!9 : 8 4># @!9 = : + N8,># − 8 O + ? ?P!9 8

; 4># @!9 = 28 + N;,># − ; O + ? ?P!9 ;

< 4># @!9 = 3; + N<,># − < O + ? ?P!9 <

) )

4># )># @!9 ># − − 39 ; P0 − + = c ? ?P!9

!9 4># )># @!9 cUV = N!9,># − !9 O + 39 ; !9 + + − 13 ? ? ρUV

= 4># N1 − )># P0 X(,0 + )># ># X(,0 + )># !9,># X(,!9 O=># − = + P0 ?39 ; −∆Y0 − @!9 ∆Y9 = ?Z1 − )P0 X(,0 + )X(0 + )!9 X(,!9 [

? @!9 = 4># − 4567 + ρUV

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

Em que, q]^ é a vazão total de entrada (vazão de recirculação q_`a,; + alimentação nova q]^,8 ; q_`a a vazão total de saída (vazão de produto q_`a,8 + recirculação q_`a,;); ! a concentração de saturação

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(dependente da temperatura); P!9 a densidade do solvente e @!9 a vazão mássica de solvente evaporada.

A equação 14 define a vazão mássica de solvente evaporada (@!9 ) (LUYBEN, 1996). @!9 = R − R9

(14)

Em que, k é o coeficiente de transferência de massa; pV a pressão do cristalizador ajustada pela bomba de vácuo e p a pressão de vapor da fase líquida dentro do cristalizador.

A equação 15 calculada a pressão de vapor da fase líquida (p) dentro do cristalizador pela equação de Antoine (LUYBEN, 1996). log R = f −

' =+X

(15)

Em que, A, B e C são constantes da equação de Antoine e T a temperatura da solução no cristalizador.

O número, desvio padrão e volume dos cristais produzidos no cristalizador podem ser calculados pelos momentos conforme definido nas equações 16 a 18 (MOLDOVÁNYI, 2008). =kkℎm éom = p*&Qom Rkqãm =

8 :

; 8 ; −+ 3 : :

?mst* = < 9

(16)

(17) (18)

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Simulação do cristalizador A determinação de vários parâmetros do modelo depende do tipo de material que será cristalizado. Dessa forma foram coletadas amostras do efluente e realizados em laboratório ensaios de cristalização semicontínua (adição constante de alimentação, mas com retirada de cristal apenas no final do experimento). Os cristais produzidos foram caracterizados. Dentre as várias substâncias presentes, os estudos revelaram que o maior sólido presente será o NaCl (cerca de 50% em massa). Dessa forma optou-se realizar simulações preliminares utilizando uma solução apenas com NaCl dissolvido em concentrações próximas a do efluente. Os parâmetros cinéticos foram retirados da literatura e as condições iniciais estimadas próximas às condições esperadas para planta piloto. A simulação do cristalizador foi desenvolvida no software Matlab com a solução simultânea das equações 6 a 13. Todas as simulações foram iniciadas com as mesmas condições iniciais e com o cristalizador em regime. A figura 5 mostra os gráficos de diversas variáveis do cristalizador ao longo do tempo para 3 diferentes alterações: vazão mássica de recirculação aumentada em 10%, vazão de entrada reduzida em 10% e concentração de entrada aumentada em 100%. Para o nível não diminuir é necessário que a vazão de entrada seja maior que a vazão de 118

evaporação, pois a saída de produto é o transbordo do cristalizador. Dessa forma na simulação a entrada foi mantida sempre maior ou igual à taxa de evaporação.

Figura 5 - Simulação do cristalizador. Variação em t=50hs. Linha: 1 – aumento de 10% na recirculação; 2 – diminuição de 10% na vazão de entrada; 3 – aumento de 100% na concentração de entrada. A – Momento 0; B – Momento 1; C – Momento 2; D – Momento 3; E – Concentração de soluto; F – Concentração de solvente; G – Taxa de nascimento dos cristais; H – Taxa de crescimento dos cristais; I – Temperatura da solução; J – Vazão Mássica de evaporação do solvente; L – Vazão volumétrica de saída; M – Vazão volumétrica de entrada; N – Tamanho médio dos cristais; O – Desvio padrão do tamanho dos cristais; P – Volume dos cristais; Q – Supersaturação relativa dos cristais.

O efluente proveniente da refinaria que alimentará a planta piloto de cristalização possui uma concentração de sais muito baixa (em torno de 4 kg/m3). Para o processo de cristalização acontecer é necessário manter a solução saturada dentro do cristalizador. Na simulação foi considerado um aquecimento de 4ºC na recirculação. Foi considerada apenas a existência da nucleação secundária, pois a nucleação primária ocorre apenas na existência de uma alta supersaturação sendo evitada durante a operação. A operação normal do cristalizador deve operar com uma taxa de supersaturação baixa para evitar incrustações e proporcionar o crescimento dos cristais. 119

A saturação da solução pode ser visualizada no gráfico Q da figura 5, na qual valores positivos indicam supersaturação. Como a solução de entrada é muito diluída, um pequeno aumento na vazão de entrada pode diminuir a concentração do cristalizador e interromper o processo de cristalização. Entretanto a vazão de entrada deve ser sempre superior à taxa de evaporação para o nível do cristalizador não diminuir conforme mostrado no gráfico M da figura 5. Como na planta piloto a vazão de entrada será alterada manualmente pelo operador, ele deverá manter essa vazão sempre superior a taxa de evaporação e reduzi-la gradualmente até a solução atingir a supersaturação e iniciar o processo de supersaturação. Na planta piloto a concentração de entrada do efluente pode sofrer variações. Caso a concentração diminua, pode ser necessário reduzir a vazão de entrada para manter a supersaturação dentro do cristalizador. As alterações simuladas causam um aumento rápido na supersaturação conforme mostrada no gráfico Q da figura 5 e consequentemente a taxa de nascimento mostrada no gráfico G da figura 5 também aumenta, dessa forma ocorre um aumento do número de cristais no cristalizador mostrado no gráfico A da figura 5. Em seguida a supersaturação relativa diminui e os cristais iniciam o processo de crescimento. A taxa de crescimento é mostrada no gráfico H e o tamanho médio no gráfico N da figura 5. É importante destacar que mesmo no processo de cristalização visando reuso de água, o tamanho dos cristais é uma variável importante, pois está relacionado com problemas de filtragem e incrustações. CONCLUSÕES A modelagem e simulação do cristalizador da planta piloto possibilita prever o comportamento de diversas variáveis em função de variações no processo. O efluente da refinaria a qual será instalada a planta piloto possui como característica uma baixa concentração de sais, dificultando o controle do processo de cristalização. A comparação dos resultados simulados com dados práticos será realizada posteriormente para avaliar os desvios existentes na simulação. AGRADECIMENTO Os autores deste trabalho gostariam de agradecer a CAPES, CNPq e FAPEMIG pelo apoio. REFERÊNCIAS SILVA, A. L. N. Dinâmica e controle de um sistema de cristalização por evaporação múltiplo-efeito. São Paulo: Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, 2012. 124p. (Dissertação, Mestrado em Engenharia Química). MERSMANN, A., HEYER C., EBLE A. Activated Nucleation In: MERSMANN, A. Crystallization Technology Handbook. 2ª Edição. New York: Marcel Dekker, 2001. Capítulo 2. GEA, Equipment & Solutions - Technologies – Crystallization - Type of crystallizers, Disponível em: http://www.geape.fr/nfruk/cmsdoc.nsf/WebDoc/webb822gyf. o em: 16 maio 2012. SECKLER M. M. Balanços de Massa e Energia. In: APRESENTAÇÃO DOS ESTUDOS PRELIMINARES, 2011, Belo Horizonte. Apresentação digital. Belo Horizonte: 2011, 7p. MOLDOVÁNYI N., Model Predictive Control of Crystallisers, Veszprém: School of Chemical Engineering Sciences - University of Pannonia, 2008, 103p. (Phd Thesis).

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LAKATOS, B. G., SAPUNDZHIEV, T. J., GARSIDE J. Stability and dynamics of isothermal CMSMPR crystallizers, Chemical Engineering Science, Veszprém, n.62, p4348-4364, maio 2007. VOLMER, M., Kinetic der Phasenbildung. Steinkopff, Leipzig, 1939. ULBERT, Z., LAKATOS, B. G. Simulation of CMSMPR vacuum crystallizers, Computers and Chemical Engineering Supplement, Veszprém, ps435-s438, 1999. LUYBEN, W. L. Mathematical Models of Chemical Engineering Systems In: LUYBEN, W. L. Process modeling simulation and control for chemical engineers. 2ª Edição. Bethlehem: McGRAW-HILL, 1996. Parte 1, p.15-85.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

AVALIAÇÃO DA INFLUÊNCIA DO CO2 SOBRE A MICROESTRUTURA E TENACIDADE DA SOLDA DO AÇO API 5L X70 SOLDADO PELO PROCESSO METAL CORED JOSIMAR ANTONIO CUSINI GRIPPA1 VIVIANE AZAMBUJA FAVRE NICOLIN2 TEMISTOCLES DE SOUZA LUZ3 1

Eng. Mecânico, Aluno de Mestrado, IFES, Campus Vitória-ES, (27)3331-2178, [email protected] Eng. Metalúrgica. Doutora em Eng. Metalúrgica, Professora EBTT, IFES, Campus Vitória-ES, (27)3331-2178, [email protected] 3 Eng. Mecânico. Doutor em Eng. Mecânica, Professor Assistente, UFES, Campus Goiabeiras, Vitória-ES, (27) 4009-2682, [email protected]. 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Com o aumento da prospecção de petróleo são necessárias ligas metálicas que garantam uma maior confiabilidade e proporcionem melhor resistência mecânica no transporte de óleo e gás, como é o caso dos aços da classe API 5L. Porém, essas ligas sofrem variações metalúrgicas na soldagem em função de algumas variáveis que alteram suas características na região da solda. Dentre essas variações está o surgimento da microestrutura conhecida como ferrita acicular. Uma microestrutura desejável no metal de solda por proporcionar uma boa resistência mecânica à união soldada. Sendo assim, com o intuito de verificar a influência do CO2 na formação de ferrita acicular no metal de solda, foram realizadas soldagens do aço API 5L X70, em juntas do tipo V, com um arame tubular do tipo “metal cored” da classe E81T1-Ni1C, variando a proteção gasosa com a utilização de três tipos de misturas de Ar + CO2, com diferentes proporções de CO2. Foi estabelecido um procedimento de metalografia e uma posterior avaliação das propriedades mecânicas do metal de solda. Os resultados mostram a influência do CO2 na formação de ferrita acicular, e a participação deste microconstituinte no aumento da tenacidade do metal de solda. PALAVRAS–CHAVE: Soldagem, Proteção Gasosa, Ferrita Acicular.

EVALUATION OF THE INFLUENCE OF CO2 ON MICROSTRUCTURE AND TOUGHNESS OF WELDING STEEL API 5L X70 GI BY CASE METAL CORED ABSTRACT: With the increase in oil prospecting alloys are required to ensure greater reliability and provide a better mechanical resistance to transport oil and gas, as is the case of API 5L grade steel. However, these alloys undergo variations in weld metals according to some variables that change their features in the region of the weld. Among these changes is the emergence of the microstructure known as acicular ferrite. A desirable microstructure in the weld metal by providing a good mechanical resistance welded t. Thus, in order to the influence of CO2 in the formation of acicular ferrite in the weld metal, welds were carried steel API 5L X70 in ts of type V, with a tubular wiretype "metal cored" class E81T1 -Ni1C varying the shielding gas with the use of three types of Ar + CO2 mixtures with varying ratios of CO2. Procedure has been established metallography and a subsequent evaluation of the mechanical properties of the weld metal. The results show the influence of CO2 in the formation of acicular ferrite, and its participation in microconstituent increased toughness of the weld metal. KEYWORDS: Welding, shielding gas, Acicular Ferrite.

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INTRODUÇÃO No que se refere ao transporte de óleo e gás, aumenta a procura por materiais que garantam uma maior confiabilidade no que se refere à resistência mecânica. Essa demanda levou ao uso de aços de alta resistência e baixa liga (ARBL), classificados na indústria de petróleo e gás através da norma API 5L (API - “American Petroleum Institute”). Dentre as propriedades mecânicas que motivam a utilização desses aços, os principais são: a tenacidade, inclusive às altas temperaturas; boa soldabilidade e boa resistência mecânica da liga. Devido às boas propriedades mecânicas dos aços ARBL permite-se a fabricação de dutos que sejam utilizados em condições severas as quais alguns materiais da indústria do petróleo estão submentidos [PETROBRÁS MAGAZINE 2001; PORTER 1986]. Os aços de classe API 5L X60 – X100, em particular, são especificamente adequados à construção de tubulações e dutos empregados na indústria de petróleo e petroquímica. Essa classe de aços apresenta limite de escoamento na faixa de 400 a 700 MPa e possui estrutura metalúrgica refinada devido a adição de microligantes como Nb, V e Ti e o tipo de processamento [MODENESI 2006; ASM 2006]. Dutos para aplicação offshore, soldados tanto em terra como em alto mar, estão submetidos a carregamentos dinâmicos que resultam em contração e expansão, há também preocupação de exposição do material a meios quimicamente agressivos, principalmente nas soldas circunferências dos dutos para uso em águas profundas [MENEZES 2005]. Logo, tais depósitos necessitam de características mecânicas compatíveis com as solicitações mecânicas desses ambientes. Na soldagem desses materiais, o processo FCAW tem cada vez mais se inserido no mercado uma vez que o mesmo alia as características de alta produtividade e a implementação metalúrgica. O mesmo tem mostrado bom desempenho na modalidade com proteção gasosa com CO2, pois o fluxo interno do arame permite que o mesmo possa formar microconstituintes, como a ferrita acicular (FA), que são resultados da formação de óxidos dada pela união do oxigênio presente na proteção gasosa com os elementos de liga do fluxo do arame. Alguns trabalhos têm mostrado que o quantitativo de Ferrita Acicular (FA) tem propiciado melhores tenacidades em arames tubulares da classe E81T1, com aumentos de tenacidade ao impacto significativo com a variação desses quantitativos microestruturais [VENTRELLA 2004]. O uso do arame tubular com proteção gasosa vem tentar melhorar o desempenho desses consumíveis, propiciando o efeito metalúrgico que não é variável no processo MIG/MAG. O uso do gás, no entanto, torna-se mais um parâmetro do processo, além de ser um fator de custo a mais a ser computado. Assim, a avaliação dos gases que são disponíveis no mercado torna-se premente. A ferrita acicular é uma microestrutura desejável em metal de solda por proporcionar uma boa resistência mecânica à união soldada devido a sua morfologia de pequena granulometria e contornos de alto ângulo, associado com uma elevada densidade de discordâncias. É um microconstituinte gerado pelo cisalhamento da matriz austenítica e pela difusão do carbono para a austenita remanescente. A sua formação se dá por alguns fatores como elementos de liga, gradiente de calor e teor de oxigênio no metal de solda [EVANS 1980; EVANS 1989; GRONG e MATLOCK 1986; JORGE, SOUZA e REBELLO 2001]. Sendo assim, o trabalho em questão vem avaliar as características microestruturais e mecânicas do depósito em aços API 5L X70, quando submetido à soldagem com arame tubular comercial E81T1-Ni1C do tipo metal cored, variando tipo de proteção gasosa, buscando uma correlação existente entre a microestrutura resultante e sua influência na dureza do metal de solda para essa liga.

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MATERIAL E MÉTODOS A seleção de um consumível é realizada com base nas propriedades requeridas para a junta soldada, basicamente tensão limite de resistência [ASM 2006]. Por isso, para esse trabalho, o metal de solda indicado é um que possua um limite de resistência de 80 Ksi e um limite de escoamento de 70 Ksi. Esse consumível é o E81T1-Ni1C. E a proteção gasosa se dará com a mistura de dois gases em proporções diferentes, o Ar + CO2 (75%Ar+25%CO2, 85%Ar+15%CO2 e 92%Ar+08%CO2). As soldagens foram estabelecidas utilizando o processo arame tubular “metal cored”, com o consumível E81T1-Ni1C, (Tabela 01). Todo o processo de soldagem e usinagem foram feitos nos laboratórios Universidade Federal do Espírito Santo (UFES) e do Instituto Federal de Tecnologia do Espírito Santo (IFES). Foram utilizadas fontes de soldagem multiprocesso com controle de transferência, tocha arrefecida a água. Todas as soldagens foram automáticas a fim de se estabelecer uma repetibilidade e confiança nos parâmetros estabelecidos. Para tanto foi utilizado um sistema de posicionamento com um dispositivo de tecimento (x,y) para simular uma soldagem real. Foram condicionadas placas com as dimensões 170 mm x 80 mm x 15 mm. Tabela 1 – Propriedades Química e Mecânica do Arame Tubular E81T1-Ni1C. C 0,032

Si 0,540

Análise Química (%) Mn P S Cr Ni 1,080 0,012 0,012 0,096 0,860 Limite de Resistência a Tração (MPa) = 610

Mo 0,011

V 0,020

A Tabela 02 mostra os parâmetros utilizados para o estabelecimento das análises. Todas as soldagens foram estabelecidas no modo tensão constantes (modo convencional), estabelecendo-se uma soldagem no modo curto-circuito. Tabela 2 – Parâmetros utilizados na soldagem dos corpos de prova. Corpos de Prova 01 04 07

Tipo de Gás 75%Ar + 25% CO2 85%Ar + 15% CO2 92%Ar + 08% CO2

Velocidade de Soldagem (cm/min) 15 15 15

Para a avaliação microestrutural, prepararam-se as amostras com polimento até a granulometria de 1µm, utilizando nital a 2% para a revelação das microestruturas. As micrografias (10µm) foram feitas com um microscópio óptico OLYMPUS BX60M na região do último e de enchimento (Figura 1.a) evitando os efeitos dos es consecutivos. A avaliação dos microconstituintes no metal de solda foi feita usando uma grade com 400 pontos, colocada sobre as imagens de cada amostra, observando o microconstituinte em cada ponto. As durezas foram estabelecidas conforme a norma ASTM E10-93 [ASTM E10-93 01 1993]. As impressões foram realizadas na seção transversal do metal de solda empregando a técnica Brinell com uma carga de 187,5 kgf com uma esfera de 2,5 mm de diâmetro (HBw 2,5/187,5). As medições, sobre o último e de solda, foram realizadas a cerca de 1,5mm abaixo da superfície do reforço (Figura 1.b).

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Figura 1. a) Locais das micrografias feitas no último e do metal de solda. b) Pontos Pon de medição de dureza.

RESULTADOS E DISCUSSÃO A Tabela 3 apresenta os resultados das análises realizadas. Primeiramente foi analisada a microestrutura do depósito, tomando como base a quantidade de ferrita acicular (FA), o que segundo Modenesi [MODENESI DENESI 2012], tal componente microestrutural proporciona ao depósito melhores características de tenacidade. Em sequência foi avaliada a dureza dessa região. Tabela 3 – Resultado médios da análise estabelecida na zona fundida dos depósitos realizados Proteção Ar + 25% CO2 Ar + 15% CO2 Ar + 08% CO2

Velocidade de Soldagem (cm/min) 15 15 15

FA (%)

Dureza (HB)

80% ± 0,5 75% ± 0,7 69% ± 0,5

210 ± 4 223 ± 4 238 ± 7

Os resultados da Tabela 3 mostram que é possível encontrar propriedades proprieda mecânicas diferentes utilizando o mesmo material de base e de adição, bastando apenas variar o tipo de proteção gasosa, como proposto nesse trabalho. É possível perceber que a quantidade de ferrita acicular foi maior para a mistura com maior proporção de CO2, e para a mesma condição, a dureza foi menor. Possivelmente, em virtude das características da FA, pois este e microconstituinte, devido a sua morfologia de pequena granulometria e contornos de alto ângulo, associado com uma elevada densidade de discordâncias, discordâncias, confere aos metais de solda uma elevada resistência mecânica com boa tenacidade [EVANS 1980; EVANS 1989; GRONG e MATLOCK 1986; JORGE, SOUZA e REBELLO 2001]. A Figura 2 retrata as microestruturas das regiões de depósito com a variação de proteção gasosa. Onde a FA está identificada com uma cruz e a ferrita primária com um círculo.

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Figura 2 – Micrografias para os Metais de Solda com (a) 25% de CO2, (b) 15% de CO2 e (c) 08% de CO2), respectivamente. a

b

c

As Figura 2 e 3 mostram o que Sindo Sindo Kou [KOU 2002] e Badeshia [BHADESHIA 2001] afirmaram com relação a influência do oxigênio existente na proteção gasosa na formação da FA do metal de solda, pois para todas as três misturas de proteção gasosa, a quantidade de CO2 se mostrou determinante para uma maior proporção de FA. Na Figura 2 é visto que a maior quantidade de FA foi encontrada no metal de solda que utilizou a proteção gasosa com 25% de CO2 (Figura 2.a) e a menor quantidade de FA foi para a condição com menor quantidade de CO2 (Figura 2.c). Isso pode ser devido ao fato de que o arame utilizado possui elementos de liga que quando em contado com o O2 formam óxidos que são pontos de início para a formação dessa microestrutura [MODENESI 2012; BHADESHIA 2001]. A Figura 3 evidencia a relação de proporcionalidade que existiu entre a quantidade de CO2 e a quantidade de FA encontrada no metal de solda.

Figura 3. Porcentagem de FA em função da Variação de Proteção Gasosa. Porcentagem de Ferrita Acicular (FA)

Porcetagem de FA em função da Variação de Proteção Gasosa 82% 80% 78% 76% 74% 72% 70% 68% 66% 64% 62% Ar + 25% CO2

Ar + 15% CO2

Ar + 08% CO2

Tipo de Proteção Gasosa

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A Figura 4 mostra que para a proteção gasosa com um teor de 25% de CO2, ou seja, a mistura com a maior proporção de CO2, os valores de dureza foram menores, apresentando assim uma melhor tenacidade. Isso pode ser devido à maior quantidade de ferrita acicular, que é própria dessa mistura [MODENESI 2012; KOU 2002; BHADESHIA 2001]. Pois o arame utilizado possui elementos de liga como o Ni, Mn, Cr e Mo que quando em contado com o O2 formam óxidos que são pontos de início para a formação dessa microestrutura [MODENESI 2012; BHADESHIA 2001]. E também a presença de O2 contribui para um menor grão austenítico, que resulta numa estrutura mais tenaz [BHADESHIA 2001; KOU 2002]. Figura 4. Variação da dureza em função da Variação de Proteção Gasosa.

Valores de Dureza Brinell (HB)

Variação da Dureza em Função da Variação de Proteção Gasosa 245 240 235 230 225 220 215 210 205 200 195 Ar + 25% CO2

Ar + 15% CO2

Ar + 08% CO2

Tipo de Proteção Gasosa

CONCLUSÕES Nesse trabalho observou-se que a proteção gasosa com maior percentual de CO2, em conjunto com alguns elementos de liga contidos no arame tubular, contribuiu na formação de FA. A FA influenciou na tenacidade do metal de solda, contribuindo para melhores propriedades mecânicas. REFERÊNCIAS

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

LOGÍSTICA REVERSA E O IMPACTO PARA O DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL ANGELA CUSTÓDIA TORRES1, ALEXANDRE ALONSO MOREIRA2 1 2

Bacharel em istração, Centro Universitário Geraldo di Biase,(24)81398601, [email protected] Bacharel em istração, Centro Universitário Geraldo di Biase, (24) 33398648, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Este artigo apresenta um estudo de caso realizado em uma empresa especializada em logística reversa de materiais, que tem como foco concessionárias de energia elétrica. A empresa é responsável pelo recebimento e tratamento de todos os materiais retirados da rede de distribuição e transmissão de várias concessionárias em todo o território nacional, por meio de suas filiais. Foi realizado o acompanhamento do processo de fluxo reverso de pósconsumo, reciclagem e descarte de resíduos executados pela referida empresa. Para atingir o objetivo proposto, a pesquisa foi efetuada em duas etapas. Na primeira, foi realizada a coleta de informações a respeito do sistema de logística e logística reversa. Na segunda etapa, este artigo baseou-se em estudo de caso único, descritivo, com um roteiro de entrevista semiestruturado. A logística reversa tem crescido no Brasil, pelo fato de ser um diferencial perante os concorrentes e por haver leis que regulamentam o retorno dos materiais ao seu local de origem. Fundamentados na entrevista realizada, observar-se que a empresa acredita que logística reversa se tornou uma grande oportunidade de negócio. No caso estudado, foi possível observar que a utilização dessa ferramenta de modo eficiente permite que empresas, governo, meio ambiente, possam interagir e se aproximarem no intuito de caminhar em direção ao desenvolvimento sustentável PALAVRAS–CHAVE. Fluxo Reverso, desenvolvimento sustentável, pós-consumo. REVERSE LOGISTICS AND IMPACT FOR SUSTAINABLE DEVELOPMENT ABSTRACT: This article presents a case study conducted in a company that specializes in reverse logistics of materials, which focuses on electric utilities. The company is responsible for receiving and processing of all materials removed from the distribution network and transmission of several dealerships across the country, through its subsidiaries. Were monitored in the process of reverse flow of post-consumer recycling and waste disposal performed by this company. To reach that goal, the research was conducted in two stages. At first, we collected information about the system of logistics and reverse logistics. In the second step, this article was based on a single case study, descriptive, with a screenplay bysemi-structured interview. Reverse logistics has grown in Brazil, because it is a differentiator against competitors and there laws governing the return of materials to their place of origin. Based on an interview, noted that the company believes that reverse logistics has become a big business opportunity. In the case studied, it was observed that the use of this tool effectively allows businesses, government, environment, can interact and get closer in order to move towards sustainable development. KEYWORDS: Reverse flow, sustainable development, post-consumer

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INTRODUÇÃO A temática ambiental está em evidência. Nesse cenário, as organizações começam a ter uma visão diferenciada de seus processos produtivos e do tipo de matéria prima utilizada, principalmente daquelas extraídas da natureza. Conceitos como desenvolvimento sustentável e reciclagem, já fazem parte do cotidiano das organizações. A preocupação com o ciclo de vida dos produtos, o descarte dos rejeitos e das sucatas de maneira adequada, e a necessidade de recolher o que sobrou dos processos produtivos, estão levando a uma nova realidade e a um novo conceito no sistema logístico empresarial. Atualmente, é grande a velocidade de descarte dos produtos após o consumo. O lançamento de novos produtos em conjunto com as ações de marketing nos estimula a adquirir bens de consumo, resultando em uma forte influência junto à sociedade capitalista. A Logística Reversa atua justamente nessa lacuna existente, já que, ao fazer o fluxo reverso do ponto de consumo ao de origem, dá uma correta destinação aos resíduos provenientes da produção e aos materiais que são descartados. Esse processo tornou-se um o para garantir a sustentabilidade em toda a cadeia produtiva. Dessa forma, este artigo tem por objetivo demonstrar como a empresa “X”, ao utilizar o fluxo reverso, pretende promover a sustentabilidade da cadeia produtiva dos materiais que são retirados da rede de transmissão e distribuição das concessionárias de energia elétrica. A hipótese a ser verificada neste artigo é que a logística reversa, tendo como alicerce a lei dos resíduos sólidos, se torna um diferencial para a empresa que a tem como política, propiciando que se torne mais competitiva no mercado. Apesar de, num primeiro momento, a implantação dessa medida ter como propulsor o atendimento às leis ambientais, as empresas descobrem que seu uso a a ser uma fonte de redução de custos e aumento do marketing perante aos clientes. Iniciamos este artigo definindo e conceituando logística, e, em seguida amos ao próximo tópico que conceitua logística reversa. Na sequência, dissertamos sobre o conceito de desenvolvimento sustentável e elencamos algumas partes da nova lei de resíduos sólidos para encerrarmos com a contribuição da logística reversa para a sustentabilidade. A metodologia se pautou em pesquisas bibliográficas em um primeiro momento, reunindo os principais conceitos de logística e o seu fluxo reverso, como instrumento para o desenvolvimento sustentável. Após esta etapa, foi realizado um estudo de caso, optando-se por estudar apenas os materiais que são gerados em maior quantidade, para facilitar a análise da logística reversa na empresa. Não será abordada a relação de custos para a execução da logística reversa. Nota-se que existe pouca literatura a respeito do tema proposto, e por esse motivo, esperamos neste artigo possibilitar que a logística reversa, percebida pela importância na realidade atual das empresas, possa ser um pouco mais discutida e difundida no meio acadêmico. MATERIAL E MÉTODOS LOGÍSTICA Historicamente, segundo Silva et al (2009), a logística existe desde o início da civilização. Na Antigüidade, os líderes militares já utilizavam a logística para o transporte das tropas, dos armamentos até os locais de combate. Até o fim da segunda Guerra Mundial, ela ainda esteve associada às atividades militares. A partir de então, para suprir os locais destruídos pela guerra ,com os avanços tecnológicos e o aumento exponencial do tamanho das organizações, a logística ou a ser utilizada pelas empresas.

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Segundo o Council of Logistics Management (ASSOCIAÇÃO NORTEAMERICANA PARA PROMOÇÃO DA LOGÍSTICA E CADEIA DE SUPRIMENTOS, 1991 apud BOWERSOX e CLOSS, 2001 p.20): Logística é o processo de planejamento, implementação e controle eficiente e eficaz do fluxo e armazenagem de mercadorias, serviços e informações relacionadas desde o ponto de origem até o ponto de consumo, com o objetivo de atender às necessidades do cliente. Observa-se nesta definição, que em logística existe a necessidade de uma istração da movimentação total desde o ponto de aquisição dos materiais até o local de distribuição do produto final. De acordo com Bowersox e Closs (2001, p.20), “[...] a logística envolve a integração de informações, transporte e manuseio de materiais e embalagem”. A logística empresarial tem por objetivo prover o cliente com os níveis de serviço desejados, que podem ser entendidos como providenciar bens ou serviços corretos, no lugar certo, no tempo exato e na condição desejada ao menor custo possível. Todas essas atividades são conseguidas por meio da istração adequada das atividades chaves e as de apoio . As atividades chaves são de importância primária para que se atinjam os objetivos logísticos de custo e nível de serviço. São consideradas atividades primárias porque ou contribuem com a maior parcela do custo ou são essenciais para a coordenação e o cumprimento da tarefa logística. São as seguintes: o transporte, a manutenção de estoques e o processamento dos pedidos. Dissertando brevemente sobre cada uma das atividades, Ballou (1993, p.24) diz que: “[...] transporte refere-se aos vários métodos para se movimentar produtos. A istração da atividade de transporte geralmente envolve decidir-se quanto ao método de transporte, aos roteiros e à utilização da capacidade dos veículos”. A manutenção de estoques envolve manter seus níveis tão baixos quanto possíveis, ao mesmo tempo em que provê a disponibilidade desejada pelos clientes. O processamento dos pedidos tem importância pelo fato de ser um elemento crítico em termos de tempo necessário para levar bens e serviços aos clientes À medida que a economia continua seu crescimento de produção para serviços, haverá maiores oportunidades para adaptar os atuais princípios e conceitos logísticos. Segundo Souza: As empresas am a perceber a necessidade de produzir e distribuir a custos mais adequados, sem perda de eficiência e qualidade do produto. A nova realidade exigiu uma mudança de comportamento nas organizações e tudo isso só foi possível mediante o estudo da viabilidade logística. (SOUZA, 2008 p.2) LOGÍSTICA REVERSA A Revolução Industrial foi um marco na história da humanidade. A produção de objetos, que até então eram produzidos de forma artesanal, começou em larga escala. Era o progresso industrial dando seus primeiros os. Mas ao mesmo tempo em que foi um avanço, o fator ambiental não foi observado e levado em consideração pela maioria das indústrias. Via-se o meio ambiente apenas como um local de obtenção de recursos e matéria prima, como também para o descarte dos resíduos. Esse fato estendeu-se , e conforme foi dando continuidade ao crescimento econômico mundial, houve impactos ambientais dos mais diversos, decorrentes das atividades produtivas, que culminaram em uma degradação ambiental sem precedentes. A quantidade de lixo gerada nos dias atuais tem sido excessiva, segundo dados fornecidos pelo Ministério do Meio Ambiente no ano de 2010, chegando à produção diária nas cidades brasileiras a 150 mil toneladas. Junto a esse fato, ainda há o agravante do mau gerenciamento dos descartes dos mesmos que, além dos gastos financeiros, podem provocar 131

graves danos ao meio ambiente e a saúde das pessoas. Segundo Leite (2003), o aumento da velocidade de descarte dos produtos, motivado pelo nítido aumento do descarte dos produtos em geral, não encontrando canais de distribuição reversos pós-consumo devidamente estruturados e organizados, provoca desequilíbrio entre as quantidades descartadas e as reaproveitadas, gerando um enorme crescimento de produtos pós-consumo. Em muitos casos, a Logística Reversa é ligada apenas a assuntos ambientais e ecológicos. Isso ocorre, pelo fato da reciclagem ser um dos tópicos abordados. Entretanto, segundo Pires (2007, p.40) “[...] cada vez mais a Logística Reversa está sendo vinculada à questão econômica, isso por que as empresas estão procurando a competitividade através da agregação de valores ao cliente, com o objetivo de atingir lucros ou diminuir prejuízos”. De acordo com Leite, Logística Reversa é: [...] a área da logística empresarial que planeja, opera e controla o fluxo e as informações logísticas correspondentes, do retorno dos bens de pós-venda e de pósconsumo ao ciclo de negócios ou ao ciclo produtivo, por meio de canais de distribuição reversos, agregando-lhes valor de diversas naturezas: econômico, ecológico, legal, logístico, de imagem corporativa, entre outros.(LEITE, 2003, p. 16) Leite (2003, p.127) destaca que a cultura do consumo caracterizada pela idéia do ciclo “compre-use-disponha” adotada até agora sem questionamentos, fomenta as inovações e freqüentes lançamentos de novos produtos, criando no mercado a necessidade de criar para conquistar novos clientes. A Logística Reversa divide-se em duas áreas de atuação: pós-venda e pós-consumo. A figura 01 a seguir exemplifica as áreas de atuação. FIGURA 01 - Logística Reversa – Área de atuação e etapas reversas

Fonte: Adaptada de Leite (2003, p. 17). Lacerda (2002, p.3) nos diz que “[...] existem variantes com relação ao tipo de reprocessamento que os materiais podem ter, dependendo das condições em que estes entram no sistema de logística reversa.” Quando houver acordo neste sentido, os materiais podem retornar ao fornecedor. Podem ser revendidos se ainda estiverem em condições adequadas de comercialização. Podem também ser recondicionados, desde que haja justificativa econômica. Podem ser reciclados, se não houver possibilidade de recuperação. Todas estas alternativas geram materiais reaproveitados, que entram de novo no sistema logístico direto. E se não houver mais possibilidades de uso, o destino pode ser o seu descarte final. Por ainda estarem no início das políticas mais adequadas de distribuição reversa pós-consumo, torna-se mais evidente o desequilíbrio existente entre as quantidades de produtos descartados e as reaproveitados. A Logística Reversa vai ao encontro dessa necessidade, já que ao utilizar o fluxo reverso, do ponto de consumo ao de origem, dá uma correta destinação aos resíduos provenientes da produção e aos materiais que são descartados. 132

DESENVOLVIMENTO COM SUSTENTABILIDADE Não é preciso uma investigação detalhada para perceber o paradoxo no qual o século XX terminou e o século XXI se inicia: por um lado, o crescimento econômico e a transformação tecnológica sem precedentes, por outro, a dramática condição social de inúmeras pessoas, além de problemas ambientais assustadores. Se ao longo desses anos desenvolveu-se um aparato científico-tecnológico capaz de resolver grande parte dos principais problemas ecológicos, ficou também cada vez mais notável a incapacidade das formas sociais organizadas de se apropriarem desses meios. Uma das conclusões que podem ser extraídas desse quadro de contrastes é que o crescimento econômico, por si só, não traz automaticamente o desenvolvimento. Na prática, a equação que relaciona crescimento e desenvolvimento ainda não está com suas variáveis equilibradas. Ela ainda desafia os economistas questionando se o desenvolvimento socialmente justo e ambientalmente sustentável estaria realmente na contramão do crescimento econômico. De acordo com Brown: Os difíceis reajustes necessários para a transição serão realizados com maior facilidade, se as sociedades forem coesas – sociedades onde o nível cultural for homogêneo, assim como a distribuição de rendas e oportunidades. A experiência indica que a maioria das pessoas aceita as modificações quando estão convencidas que as mesmas são realmente necessárias e que cada um está fazendo a sua parte. (BROWN, [198?], p.212) Segundo a World Wide Foundation (WWF), desenvolvimento sustentável é definido como “o desenvolvimento que não esgota os recursos para o futuro”. De acordo com Luz (2009, p.40), “[...] o modelo atual de desenvolvimento econômico se apóia em alguns fatores como o consumo exagerado, foco no lucro, linhas de produção que não prevêem o descarte ou reciclagem dos produtos”. Criou-se um círculo vicioso em que esses fatores, enumerados pelo autor acima citado, interagem entre si, e dessa forma, o grande desafio para as gerações futuras será o de interromper esse processo, buscando novas premissas que proporcionem o desenvolvimento sem o esgotamento dos recursos ambientais. Dentre os desafios identificados pelo autor, percebeu-se que para os es há um papel significativo como promotor dessa mudança de paradigma. O importante é tomar consciência do problema, aprender com os fatos e buscar novas formas de ação que possibilitem tomadas de ações com resultados realmente sustentáveis. Ainda citando Brown: A perspectiva da criação de uma sociedade auto-sustentável é uma tarefa maravilhosa, uma tarefa capaz de demandar completamente toda a nossa lealdade e energia. Cada pessoa, cada organização, cada empresário e cada governo, em todos os níveis, terão uma parcela de contribuição. (BROWN, [198?], p. 218) LOGÍSTICA REVERSA NA SUSTENTABILIDADE A logística reversa é uma oportunidade de desenvolver a sistematização dos fluxos de resíduos, bens e produtos descartados, seja pelo fim de sua vida útil, seja pela obsolescência tecnológica e o seu reaproveitamento, que demonstra a contribuição para a redução do uso de recursos naturais. O sistema logístico reverso consiste em uma ferramenta organizacional que viabiliza as cadeias produtivas reversas, de forma a contribuir para a promoção da sustentabilidade de uma cadeia produtiva. De acordo com o Ministério do Meio Ambiente, atualmente, o país recicla muito pouco. Um percentual de resíduos secos que podia atingir a casa dos 30%, não a hoje de cerca de 13%. Com efeito, a implementação de um sistema de logística reversa no país ocorre em momento oportuno e enseja esforços comuns em prol do meio ambiente

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não só dos fabricantes, importadores, distribuidores e comerciantes dos produtos que deverão se adequar à nova legislação, bem como o Poder Público e de toda cadeia de consumo. Surge aí, um novo nicho de negócios no gerenciamento dos resíduos sólidos, em que boas idéias sustentáveis, além de estarem em evidência, poderão impulsionar o crescimento da economia formal, facilitando a integração dos diversos setores atingidos, seja industrial ou comercial, com o consumidor final. LEI DA POLÍTICA NACIONAL DE RESÍDUOS SÓLIDOS A LEI 12.305/2010 da Política Nacional de Resíduos Sólidos regulamenta o sistema de tratamento de todos os resíduos gerados, como também a responsabilidade bem definida segundo os tipos de resíduos, sejam eles comuns ou especiais, como das indústrias, mineração, serviços de saúde, rurais, de transportes, radioativos, etc. A Política Nacional dos Resíduos Sólidos tem o objetivo de incentivar a reciclagem de lixo e o correto manejo de produtos usados com alto potencial de contaminação. Entre as novidades na nova lei está a criação da “logística reversa”, que obriga os fabricantes, distribuidores e vendedores a recolher embalagens usadas. No capítulo III, das responsabilidades dos geradores e poder público, define-se que: Art. 33. São obrigados a estruturar e implementar sistemas de logística reversa, mediante retorno dos produtos após o uso pelo consumidor, de forma independente do serviço público de limpeza urbana e de manejo dos resíduos sólidos, os fabricantes, importadores, distribuidores e comerciantes de: I - agrotóxicos, seus resíduos e embalagens, assim como outros produtos cuja embalagem, após o uso, constitua resíduo perigoso, observadas as regras de gerenciamento de resíduos perigosos previstas em lei ou regulamento, em normas estabelecidas pelos órgãos do Sisnama, do SNVS e do Suasa, ou em normas técnicas; II - pilhas e baterias; III - pneus; IV - óleos lubrificantes, seus resíduos e embalagens; V - lâmpadas fluorescentes, de vapor de sódio e mercúrio e de luz mista; VI - produtos eletroeletrônicos e seus componentes . Segundo Barbieri (2009, p.73) “[...] a gestão ambiental alinhada com as estratégias empresariais tem sido estimulada pelo crescimento da preocupação ambiental, por amplos setores da sociedade, que têm pressionado as autoridades para tornar as leis mais rigorosas e sua fiscalização mais efetiva”. Para obter níveis mais sustentáveis de produção e consumo, deve-se priorizar a reciclagem e reutilização dos materiais em oposição à incineração dos mesmos, pois nessa técnica os resíduos não desaparecem, apenas são transformados em cinzas, líquidos e gases contaminantes, causando sérios danos ao ambiente e a saúde dos seres humanos. MEDOTOLOGIA Para atingir o objetivo proposto, a pesquisa foi efetuada em duas etapas. Na primeira, foi realizada a coleta de informações a respeito do sistema de logística e logística reversa, como também sobre desenvolvimento sustentável, por meio de consultas em livros, jornais, revistas, periódicos, trabalhos acadêmicos e sites na internet, consolidando-se uma base conceitual para o início dos trabalhos. Na segunda etapa, este artigo baseou-se em estudo de caso único, descritivo, com um roteiro de entrevista semi-estruturado. De acordo com o planejamento realizado, o caso foi escolhido por representar, o melhor viés para investigar o tema proposto. Segundo Yin 134

Um estudo de caso é uma investigação empírica que investiga um fenômeno contemporâneo dentro de seu contexto da vida real, especialmente quando os limites entre o fenômeno e o contexto não estão claramente definidos. (YIN, 2005, p.32) A entrevista foi realizada no mês de outubro de 2011, com o gerente istrativo da empresa “xx de Logística Reversa”, instalada na cidade do Barra do Piraí. RESULTADOS E DISCUSSÃO Fundada em parceria e com investimentos da empresa XX SERVIÇOS ELÉTRICOS (MG) e da empresa YY (SP), instalada em Barra do Piraí (RJ), com apoio do Governo Estadual e Prefeitura Municipal, em uma área de 15.000m² e área construída de 4.500m², com infra-estrutura necessária para execução dos serviços propostos no mais alto padrão de qualidade. Inicialmente foi idealizada e projetada para atender a concessionária de energia elétrica do estado do Rio de Janeiro em logística reversa de materiais, e com foco nas demais concessionárias de energia elétrica. Suas atividades tiveram início no ano de 2009. A empresa possui a divisão de logística reversa que é responsável pelo recebimento, tratamento e destino adequado a todo o material retirado da rede de distribuição e transmissão de várias concessionárias em todo o território nacional, através de suas filiais. Materiais estes que, após recebimento são triados, selecionados e de acordo com suas características serão reformados e revendidos, ou, serão considerados fora de padrão e primarizados em sua matéria prima, sendo enviados para empresas parceiras para reciclagem de acordo com a preservação do meio ambiente. A empresa estudada surgiu da percepção de um dos seus fundadores, que visualizou uma oportunidade de negócio por meio da necessidade da concessionária de energia elétrica em controlar os desvios de cobre ocorridos com frequência. Também, é o objetivo da mesma, dar uma destinação correta no momento do descarte dos transformadores que são retirados da rede de transmissão e distribuição elétrica. A forma como a concessionária lidava, até então, com os materiais que estavam fora de uso era a de vendê-los em leilões. As empresas que arrematavam estes materiais retiravam o cobre, que é o de maior valor comercial, e descartavam o que não era de seu interesse em terrenos baldios. Para essas organizações não existia a preocupação com a contaminação do solo ou a agressão ao meio ambiente. Os transformadores, que anteriormente eram vendidos em leilões, agora são comprados pela empresa estudada, triados, reformados, feito testes de qualidade e vendidos para a mesma concessionária de energia elétrica por custo aproximado de 40% menor que um produto novo, e ainda possuem garantia para uso de um ano. Esta perspectiva é corroborada por Leite (2003), que define como objetivo econômico da implementação da logística reversa de pós-consumo, a motivação para a obtenção de resultados financeiros por meio de economias obtidas nas operações industriais. Os que não são íveis de reforma são desmontados e têm suas peças enviadas para empresas parceiras ocorrendo uma destinação adequada. Todo esse processo, além das vantagens financeiras, gera créditos de carbono, que segundo o Instituto EDP, são certificados emitidos para uma pessoa ou empresa que reduziu a sua emissão de gases de efeito estufa, e no caso estudado, para a concessionária de energia elétrica. Percebeu-se em visita a empresa que a mesma ao utilizar-se do ciclo reverso, vem ao encontro do conceito proposto por Butter (2003), que diz que o mesmo inicia-se a partir da geração dos resíduos dos processos, logo depois são separados em função da classe, é feita uma classificação final e eles são armazenados separadamente em local definido, para que se providencie as destinações finais do resíduo, que pode ser reciclagem, reaproveitamento em um outro processo ou até o envio ao aterro sanitário. Se o destino for reciclagem, o resíduo

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pode retornar como componente da matéria-prima, ou ser utilizado como insumo para um novo processo. Além de fazer com que os processos industriais caminhem lado a lado com a preservação do meio ambiente, são exigidos a todos os parceiros os mesmos compromissos, proporcionando que ocorra a sustentabilidade em toda a cadeia do processo. As empresas parceiras geram o Sistema de Manifesto de Resíduos, que é segundo o Instituto Estadual do Ambiente (INEA), um instrumento de controle, que mediante o uso de formulário próprio, permite conhecer e controlar a forma de destinação dada pela organização geradora, transportadora e receptora de resíduos. A organização possui relacionamentos comerciais em sistema de parceria com aproximadamente 50 organizações nas áreas de: galvanização, metalurgia, cimento, madeira, pvc, tinta, alumínio, cobre, óleo mineral, gerando com isso empregos indiretos e proporcionando que as peças retiradas sejam reutilizadas em forma de matéria prima. O pvc retirado é enviado para indústrias e se transformam em chinelos. O núcleo de silício é utilizado em empresas para fabricação de máquinas de solda. Os isoladores de alta tensão, que são de porcelana, vão para indústria de cimento que as utilizam moídas como matéria prima. As cintas de fixação dos transformadores aos postes, quando enferrujadas, são enviadas para uma siderúrgica da região e derretidas, sendo aproveitadas como matéria prima. As cruzetas de madeira, que são utilizadas para separar os fios de alta tensão, são enviadas para uma empresa que faz móveis rústicos, ou então, podem ser vendidas para particulares que as utilizam como moirões de cerca em sítios e fazendas. Outro destino para as mesmas é a incineração em olarias, transformando-se em combustível para fabricação de tijolos. Segundo dados coletados no site da LIGHT, que é a concessionária de energia que está presente em 31 municípios do estado do Rio de Janeiro, há um projeto desenvolvido em conjunto com a empresa estudada para o uso responsável dos produtos, que ao mesmo tempo, cria possibilidades em geração de emprego e renda. Trata-se do Projeto Desperdício Zero. Com o projeto, somente em 2010, segundo dados da concessionária, foram retiradas 731 toneladas de metais ferrosos, sendo que 329 toneladas desse total foram enviadas para reciclagem e o restante foi reaproveitado. Assim, evitou-se a extração de 377 toneladas de minério de ferro virgem, de 58 toneladas de carvão vegetal e de 7,3 toneladas de cal virgem que seriam necessários no processo produtivo. Outros itens como cabos de alumínio e de cobre, postes e cruzetas de madeira, isoladores e postes de concreto, transformadores, plástico e borracha também foram recolhidos e aram pelo processo de reciclagem. Esse procedimento vem ao encontro do exposto no Capítulo III da Lei de Resíduos Sólidos, citada neste artigo, que obriga ao fabricante a coleta e destino adequado dos produtos pós-consumo. No que tange aos transformadores que serão reformados, há todo um processo a ser seguido para que não resulte em agressões ao meio ambiente. Vários fatores contribuem para que isso aconteça, desde a estrutura organizacional até as instalações da empresa. Na parte física, o piso é feito de epóxi para que não haja infiltração e contaminação do solo, com canaletas por toda sua extensão, evitando que óleo ou outras substâncias líquidas possam escorrer para fora da fábrica. A empresa, dentro do seu compromisso com o meio ambiente, dispõe de: licenciamento ambiental de instalação e operação; galpão para fabricação e reforma de transformadores e equipamentos a óleo, com captação; tanques para armazenagem de óleo, regenerado e a regenerar, com contenção. A água que sobra dos processos de lavagem das caixas dos transformadores são coletadas, separado o óleo e tratadas para uma reutilização, pois há caixas separadoras de água e óleo. Ainda é feito a captação de água de chuva com capacidade de até 15.000 litros, para uso em lavagens de tanques e jardinagens. Há filtro de água para a reutilização da água industrial. O óleo mineral que há dentro dos transformadores é coletado em tanques, enviado para tratamento e posteriormente reutilizado.

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A empresa faz um rígido controle de descarte de resíduos industriais (todos estes resíduos, incluindo EPI‘s, são encaminhados para incineração em empresas autorizadas). As cintas de fixação são separadas por diâmetro, enviadas para empresa de galvanização e retornam como novas. A tinta utilizada para pintura da caixa do transformador é coletada em uma espécie de funil, em que é feito o jateamento, separada a água e os resíduos da pintura são enviados para uma empresa que faz a coleta. As normas da ABNT, NBR 5440 e NBR 5356 (que substituiu a 5380), que estabelecem os requisitos das características elétricas e mecânicas dos transformadores, são atendidas pela organização estudada. Atualmente o quadro de funcionários diretos dessa organização ultraa 200 colaboradores, capacitados, treinados e em constante aprimoramento, com o apoio dos departamentos envolvidos. Uma das dificuldades iniciais encontradas pela empresa foi quanto a encontrar mão de obra qualificada local. Para solucionar esta questão, foi desenvolvido na própria empresa todo sistema de treinamento dos processos. Foi firmado neste ano um contrato com o SENAI, referente ao programa menor aprendiz, como uma forma de capacitar futuros profissionais para a empresa. Também foi necessário à empresa desenvolver alguns equipamentos para certos processos como, por exemplo, uma máquina de desencapar o cabos elétricos, que extraí o fio de alumínio de seu interior e picota toda a capa de proteção do mesmo em pedaços de aproximadamente 50 centímetros, deixando-os prontos para a venda entre as empresas parceiras. CONCLUSÕES O presente artigo proporcionou uma compreensão sobre a Logística Reversa, fazendo um contraponto entre os teóricos pesquisados e as observações realizadas em visita à empresa estudada. Seguindo esta vertente, e de acordo com as definições pontuadas no decorrer do mesmo, entre as quais a que conceitua logística reversa como a área que trata do retorno dos bens ao ciclo produtivo agregando-lhes valor, a pesquisa demonstrou como na vida prática se aplica o referido conceito. Na organização pesquisada, os transformadores, após todos os processos pelos quais são submetidos para a reforma, entram novamente no ciclo produtivo. Os demais produtos que não são reformados são desmontados, retornando também ao ciclo produtivo em forma de insumos para outros processos. Neste fluxo de reforma, reciclagem e reutilização que a empresa promove, não ocorre o desperdício de materiais, confirmando os conceitos da logística reversa elencados no decorrer deste artigo. No caso estudado, foi possível observar que a utilização dessa ferramenta de modo eficiente permite que empresas, governo, meio ambiente, possam interagir e se aproximarem no intuito de caminhar em direção ao desenvolvimento sustentável. Nota-se também que, desta citada relação, há a existência de ganhos significativos para todos os envolvidos, se configurando na “política do ganha-ganha”, não só para as organizações parceiras, mas também para a sociedade e para o meio ambiente. Esses benefícios podem ser percebidos em forma de empregos diretos e indiretos gerados, qualificação de mão de obra, impostos para o município, e principalmente o desenvolvimento com sustentabilidade, respeitando e não degradando o meio ambiente. Por meio da utilização do fluxo reverso, percebe-se que a organização desenvolveu concomitantemente o compromisso com o desenvolvimento sustentável. Não só suas instalações foram planejadas de forma a contribuir para que seus processos sejam sustententáveis, como também são exigidos de seus parceiros comerciais a mesma preocupação e compromisso com a questão ambiental. A entrevista realizada serviu de alicerce para observar que a empresa utiliza a logística reversa como uma grande oportunidade de negócio. A mesma demonstrou que esse é o meio 137

mais eficaz para alcançar melhores resultados em sua área de atuação. Possivelmente, esta é uma tendência com bases firmes, corroboradas pela Lei de Resíduos Sólidos, que fomenta a obrigatoriedade de dar um destino adequado aos produtos de pós-consumo descartados. Conforme as investigações realizadas, nota-se que a empresa xx ao utilizar o fluxo reverso, desenvolveu um diferencial no mercado, tornando-se inclusive, a única empresa na região sul fluminense até o momento, voltada exclusivamente para a prática da logística reversa. Recomenda-se a realização de outros estudos, com enfoques em outras áreas de atuação por ser a logística reversa um tema atual,. Estes estudos podem ser uma forma de contribuição para novas estratégias a serem adotadas pelas organizações, somando-se a outras ações com foco no desenvolvimento sustentável. REFERÊNCIAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR5440: Transformadores para redes aéreas de distribuição - Requisitos. Rio de Janeiro, 2011. ___________. NBR 5356: Transformadores de potência. Rio de Janeiro, 2010. BALLOU, Ronald H. Logística Empresarial: transportes, istração de materiais e distribuição física. São Paulo: Atlas, 1993. BARBIERI, Jose Carlos. Responsabilidade social empresarial e empresa sustentável: da teoria à prática. São Paulo: Saraiva, 2009. BOWERSOX, Donald J. CLOSS, David J. Logística Empresarial: o processo de integração da cadeia de suprimento. São Paulo: Atlas, 2001. BRASIL. Lei n 12.305 de 02 de agosto de 2010. Institui a Política Nacional de Resíduos Sólidos. Disponível em: . o em 23 mar. 2011. BRASIL. Ministério do Meio Ambiente. Disponível em: . o em 22 mar.2011. BROWN, Lester R. A Construção da Sociedade Auto-Sustentável. São Paulo: [s.n.] [198-?.] ESTADO DO RIO DE JANEIRO. Instituto Estadual do Ambiente (INEA). Disponível em: .o em 21 out. 2011. LACERDA, Leonardo. Logística reversa: uma visão sobre os conceitos básicos e as práticas operacionais. Revista de Tecnologística. São Paulo: Ano VI, n. 74, Janeiro 2002. Disponível em: . o em 23 mar. 2011. LEITE, Paulo Roberto. Logística reversa: meio ambiente e competitividade. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2003.

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LIGHT S.A. Concessionária de Energia Elétrica. . o em 21 out.2011.

Disponível

em:

LUZ, Maurício Henriques Marques. Desenvolvimento sustentável: desafios e oportunidades para a ciência da istração. Revista istração em debate, Rio de Janeiro, V1, nª 3, p. 35-43, maio 2009. OLIVEIRA, Adriano Abreu.; SILVA, Jersone Tasso. Moreira. A logística reversa no processo de revalorização dos bens manufaturados. Revista Eletrônica de istração, v.06, ed.07, n.02, jul/dez 2005. Disponível em: . o em 01 jun. 2011. PIRES, Nara. Modelo para a Logística Reversa dos bens de pós-consumo em um ambiente de cadeia de suprimentos. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Produção). UFSC – Florianópolis, 2007. Disponível em: o em 02 jun. 2011. SILVA, Mayara Cristina Ghedini da et al. Logística reversa: tendência das empresas focadas na sustentabilidade. Disponível em: o em 22 mar. 2011. SOUZA, Maura Azevedo et al. Logística reversa: o reverso da logística como importante evolução da istração da cadeia de suprimentos. Disponível em: . o em 02 jun. 2011. YIN, Robert K. Estudo de Caso: Planejamento e métodos. 3. ed. Porto Alegre. RS: Bookman, 2005.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

ANÁLISE E PROJETO DE PLANEJAMENTO DE CÉLULAS NO PADRÃO UMTS DE TELEFONIA MÓVEL FELIPE ALVES1, LEVI COUTO JR.2, JONES CONSTANCIO JR3,, MARCIO COUTO4, SUSANAH DINIZ5, ERIKA FONSECA6,, TADEU FERREIRA7 1,2,3,4,5,6

Engenheiro de Telecomunicações, UFF, (21) 2629-5516, { [email protected], [email protected], [email protected], [email protected], [email protected], [email protected]} 7 D.Sc. em Engenharia Elétrica, UFF, (21) 2629-5516, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Dentre os sistemas atuais de telefonia móvel, percebe-se que as tecnologias de terceira geração (3G) estão se tornando predominantes no mercado, e já com perspectivas de migração em médio prazo para tecnologias 4G. O UMTS é o padrão 3G que possui maior número de usuários no mundo atualmente. O UMTS apresenta características bem específicas para o planejamento de células, principalmente por utilizar múltiplo o por WCDMA, o que causa efeitos de variação no tamanho da célula. Neste artigo será feita uma análise de cobertura UMTS com base em dados experimentais disponibilizado por uma operadora de telefonia móvel. Serão estudados efeitos de tilts na antena e serão abordadas algumas alternativas que mantenha o UMTS como um padrão viável por um longo tempo, principalmente com mudanças na rede de o conhecidas como GAN. Serão discutidas algumas influências do tilt na antena e das redes GAN sobre o projeto UMTS, e será abordada a vantagem desta abordagem tanto financeira quanto técnica em relação à migração para uma rede de telefonia 4G. PALAVRAS–CHAVE: Telefonia celular, planejamento de células, UMTS.

ANALYSIS AND DESIGN FOR CELL PLANNING ON THE UMTS STANDARD FOR MOBILE TELEPHONY ABSTRACT: The third-generation (3G) mobile telephony technologies have turned out to be increasingly predominant among mobile phones in the market, with future perspectives for migration in the medium-term to 4G mobile technologies. UMTS is the 3G standard with the largest number of subscribers worldwide nowadays. UMTS presents very specific characteristics for cell planning, mainly due to the use of WCDMA as the multiple access technique, which causes some variations on the cell size. In this article, UMTS cell planning is analyzed, based on experimental data made available by a cell phone company. Some effects caused by antenna tilts are studied. Some alternatives are presented to keep UMTS as a feasible technology in the long term, mainly due to changes on the access network collective known as GAN. The influence of antenna tilt and GAN technologies on the UMTS design is also analyzed. Besides that, some financial as well as technical aspects of those approaches are compared to the costs of migrating the system to a 4G network.

KEYWORDS: Cell Telephony, cell planning, UMTS

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INTRODUÇÃO A telefonia móvel é uma área com grandes progressos técnicos nas últimas décadas, alcançando popularidade global e crescente e com avanços frequentes nos padrões utilizados. Os padrões atuais de telefonia móveis são chamados também de celulares pela utilização de várias antenas conectadas ao núcleo da rede para o funcionamento do sistema. Cada antena acaba sendo responsável por uma área de cobertura, denominada de célula. Para cada operadora de telefonia móvel, um dos maiores desafios é o planejamento físico de posicionamento de suas estações-base com as antenas ligadas ao núcleo da rede, e consequentemente, das células. A funcionalidade de interface de rádio no padrão UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) de telefonia móvel de terceira geração está concentrada na NodeB, entidade que equivale à estação-base nos outros padrões. O planejamento de redes móveis celulares dos padrões GSM (Global System for Mobile Communications) e GPRS (General Packet Radio Service) tem uma sistematização precisa, amplamente testada e implementada [MISHRA, 2004]. São as tecnologias predecessoras ao UMTS, consideradas como 2G e 2.5G de telefonia celular. As redes UMTS apresentam diferenças quanto ao planejamento de células, principalmente devido ao uso da técnica WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access), que gera efeitos como o cell breathing, dificultando o dimensionamento das células do sistema [MISHRA, 2004] [SANCHES, 2012]. O objetivo deste trabalho é analisar o dimensionamento de células numa rede celular UMTS, ou seja, de terceira geração celular, verificando a influência de alguns parâmetros de projeto [SANCHES, 2012], bem como mostrar algumas alternativas existentes para a sistematização do projeto de cobertura utilizadas atualmente [COUTO, 2013]. Neste artigo, serão primeiramente vistos alguns conceitos relativos à análise de cobertura em sistemas UMTS. Será apresentado um estudo de caso ilustrativo sobre procedimentos práticos para modificação na cobertura de uma área. A seguir será vista uma alternativa para melhoria na cobertura do sistema. Por fim serão apresentadas as conclusões deste trabalho. DIMENSIONAMENTO DE CÉLULAS EM REDES UMTS O padrão UMTS apresenta muitas diferenças significativas em relação a seus antecessores GSM e GPRS. O UMTS engloba tanto uma rede de comutação por circuitos, que possibilita comunicação com canais dedicados, voltados para voz, bem como uma rede de comutação por pacotes, voltados ao tráfego de dados. A comutação por pacotes requer um planejamento do tráfego com base na carga de dados e disponibilidade de roteamento, enquanto a comutação por circuitos tem como base o e a slots de tempo e canais de frequência multiplexados por CDMA neste caso [MISHRA, 2004]. Essas diferenças modificam o projeto de cobertura e capacidade celular do UMTS em relação aos padrões anteriores. Otimização de Cobertura numa Rede de o UMTS O processo de otimização de cobertura envolve escolher os locais para fixação das antenas de modo a se evitar as chamadas áreas de sinal morto. A definição de sinal morto pode ter como base duas outras grandezas: o RS (received signal code power) ou a razão Ec/No. O parâmetro RS representa a potência do sinal medida no móvel num dos canais físicos de downlink, enquanto Ec/No é a razão entre a potência Ec do sinal no nível de chip, ou seja, na taxa do sinal espalhado pelo CDMA, e a potência No do ruído ambiente. O sinal morto é definido como um sinal que chega com uma grande atenuação de modo que não se atingir o limiar inferior de o, limite mínimo para o estabelecimento de uma 141

ligação. Em geral, utilizam-se valores mínimos limites de RS ou de Ec/No, isto é, se os valores medidos de RS ou de Ec/No, medidos num determinado lugar, forem menores que os valores limites, então é considerado que se está numa região de sinal morto. Alguns valores utilizados na prática para esses parâmetros é de -115 dBm para RS e -18dB para Ec/No [SANCHES, 2012] [LAHIO, 2006]. Para solucionar o problema de sinal morto, devem-se adicionar novas antenas de modo a melhorar o nível de sinal nesses locais. Outras alternativas incluem mudar os tilts elétrico e mecânico da antena ou aumentar a potência de transmissão no downlink. O tilt mecânico é realizado através de inclinações na posição da antena, utilizando-se um e e engrenagens mecânicas, como mostrados na Figura 1. Em geral a inclinação é feita para baixo, gerando o chamado downtilt [FONSECA, 2013].

Figura 7: Sistema para Tilt Mecânico da Antena Para o tilt elétrico, a antena é mantida na mesma posição fisicamente. O sinal que chega em cada elemento da antena é defasado de modo a gerar uma frente de onda com inclinação diferente da original, gerando sobre a frente de onda um efeito parecido com o visto para tilt mecânico na Figura 1. No caso do UMTS, por se utilizar um múltiplo o por WCDMA, há o efeito de cell breathing, ou seja, a cobertura da célula é dependente da quantidade de usuários atendidos pela antena em questão. Nessas situações, muitas vezes o nível do sinal não fica abaixo do limite de o, ou seja, não seja a ocorrer uma área de sinal morto. No entanto, comumente ocorre uma situação em que vários serviços não funcionam devido à baixa qualidade do sinal, dando origem ao chamado buraco de cobertura.

Otimização nas Quedas de Chamada numa Rede de o UMTS Na subseção anterior, são abordadas situações em que há falhas na realização de um o à rede UMTS. Nesta subseção será descrito o evento em que um o à rede está em andamento e há uma perda de o ao sistema enquanto o usuário ainda está solicitando e utilizando o serviço. Essa situação é chamada genericamente de queda de chamada ou ainda de drop. Um evento de drop só é considerado quando ocorrer uma sinalização do drop a partir do canal lógico BCH (broadcast channel). 142

Os drops de chamada podem ocorrer se houver variações na qualidade do sinal recebido. Isso pode ocorrer devido a variações no ambiente de propagação, como a agem de veículos ou a mobilidade do usuário, ou ainda variações no nível de interferência do ambiente. Além disso, alguns problemas no handover também podem gerar drops chamada, como o chamado efeito ping-pong, no qual a potência do sinal em células vizinhas apresenta muitas variações, causando múltiplos handovers e consequentemente o drop. Key Performance Indicator O conceito de Key Performance Indicator (KPI) é definido no contexto de Engenharia de Produto, sendo relacionado ao estabelecimento de métricas com valores definidos como meta num dado processo. Nos sistemas de telefonia móvel, o KPI é utilizado com o mesmo propósito a fim de se verificar a qualidade de um dado sistema. Seus valores em geral são obtidos a partir do monitoramento existente no plano de controle. Um exemplo de métrica utilizada como KPI é o DCR (drop call rate), que indica a fração das ligações que terminam numa situação de drop [ERICSSON, 2013]. Nesta seção foram vistos os principais conceitos teóricos que dão base para o desenvolvimento do trabalho. Na próxima seção serão vistos alguns resultados obtidos por medições em campo e analisados no contexto de análise de cobertura. RESULTADOS Inicialmente foi selecionado um local da rede Ericsson em questão para o qual houvesse uma necessidade de otimização de cobertura. Foi escolhido um hotspot, isto é, uma área com intenso tráfego com necessidade de mudança em algum KPI. No caso, o hotspot corresponde a uma localidade importante em Buenos Aires, como visto na Figura 2.

Figura 2: Hotspot escolhido para análise e otimização de cobertura. Deseja-se diminuir um dos KPIs do sistema, o DCR, que se revelou muito alta para essa região. Para isso, o primeiro o foi separar essa região em vários setores, de forma a se verificar qual o local com maiores valores para DCR. A separação em setores foi feita com softwares de geoposicionamento, e pode ser vista na Figura 3. Nessa figura também é mostrado o nível de quedas de chamadas bem como assinalado o hotspot, representado por um círculo vermelho. 143

Figura 3: Divisão da área em setores com representação do nível de drops através de cores. Como já mencionado, a quantidade de drops de ligações pode ter vários motivos, dentre eles uma razão Ec/No ruim, ou seja, com a potência do ruído tendo valores comparáveis ou superiores à potência do sinal. A fim de avaliar o quanto o valor de Ec/No influencia nos drops de chamada, foram feitas medidas de Ec/No na mesma área do gráfico anterior, como mostrado na Figura 4. Verifica-se que a área do hotspot possui muitos setores marcados em vermelho e azul, que indicam valores baixos para Ec/No, o que pode causar a quantidade encontrada de drops. A fim de se analisarem os problemas de drops dentro do hotspot será feito um estudo resumido considerando-se alguns setores dentro do hotspot. Foi utilizado o pacote de software Ericsson Network Design and Optimization Services [ERICSSON, 2013]. Os resultados do nível de RS para dois setores são representados na Figura 5. Os setores foram escolhidos de maneira a se analisar a região da Figura 3 dentro do hotspot com marcações em vermelho, isto é, a região com mais quantidade de drops de chamada. Na Figura 5a temos o nível de RS para o setor WCU024A, que está localizado na borda do hotspot como visto na Figura 3. Esse setor influencia sobretudo a quantidade de drops na parte mais à esquerda do hotspot. A Figura 5b mostra o RS devido ao setor WCU021A, localizado dentro do hotspot. Verifica-se que o sinal proveniente do setor WCU024A tem um alto RS numa região distante, já próximo ao setor WCU021A. Quanto ao setor WCU021A, verifica-se que o sinal não está bem direcionado, como deveria ser o projeto em setorização.

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Figura 4: Razão Ec/No na área medida. É recomendado que se realize controle de potência em ambos os setores, diminuindo-se a potência transmitida no ICH para o setor WCU024A, de forma a diminuir a interferência desse setor na área do setor WCU021A. A falta de direcionalidade de sinal observada para o setor WCU021A pode ser tratada alterando-se o tilt elétrico ou mecânico da antena responsável por esse setor WCU021A. Uma outra possibilidade é a troca da antena responsável pelo setor por outra que permita uma maior direcionalidade. Tais fatores influenciam diretamente no RS medido e indiretamente na quantidade de drops na área mais crítica do hotspot, marcada em vermelho na Figura 3. Os problemas de cobertura vistos nesta seção são tratados caso-a-caso, por análise de engenheiros, recomendando soluções heurísticas com base na teoria de planejamento celular. Há soluções alternativas mais abrangentes, que podem ser utilizadas pela operadoras, como será visto na próxima seção.

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(a) Setor WCU024A (b) Setor WCU021A Figura 5: Análise de RS para dois setores vizinhos, com potência medida no canal ICH de 36 dBm, com ângulo de azimute de 20º para (a) o setor WCU024A e de 120º para (b) o setor WCU021A. DISCUSSÃO SOBRE ALTERNATIVA DE COBERTURA Nesta seção será vista uma possível solução que poderia ser adotada em vários cenários, independentemente do diagrama de RS e de drops de chamadas. Essa solução, conhecida como Rede Genérica de o (GAN), consiste em permitir que o móvel utilize um o a uma rede sem fio local para obter cobertura numa área em que a potência do sinal emitido pela torre tenha um baixo RS ou baixo Ec/No [COUTO, 2013]]. O funcionamento das GANs se baseia na presença do equipamento GANC (GAN Controller), que deve ser conectado aos pontos de o, à Internet e ao núcleo da rede da operadora que deseja utilizar a GAN. Um exemplo da arquitetura da pilha de protocolos de uma rede GAN operando com UMTS no plano de usuário com comutação por pacotes é vista na Figura 6. O o é feito por uma interface de rádio para rede sem fio local, devidamente configurada para funcionar na banda de operação da operadora celular, com tratamento IP para as camadas mais baixas. O GANC intermedia a ligação entre a rede de o GAN, composta por pontos de o de rede local, e o núcleo da rede, que no caso da rede de pacotes é o SGSN (Serving GPRS Node). GANC atua de maneira semelhante ao RNC (Radio Network Controller) numa rede UMTS. A utilização de uma GAN requer um investimento em infraestrutura pela operadora, sobretudo pela aquisição de equipamentos GANC. No entanto, a cobertura da rede melhora substancialmente aproveitando-se uma parte de infraestrutura física utilizada já para o o à Internet. Com isso, a GAN acaba se tornando uma solução alternativa de relativo baixo custo, desafogando a cobertura do sistema, sem necessidade de instalação de novas torres e redimensionamento de células.

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Figura 6: Pilha de protocolos na conexão entre GAN e UMTS no plano de usuário para comutação por pacotes. CONCLUSÕES Sistemas UMTS de terceira geração celular estão se tornando um padrão predominante nas operadoras tanto no Brasil quanto nos outros países. O planejamento de cobertura desses sistemas sofre implicações de um conjunto de fatores, principalmente na análise sobre quedas de chamada (drop). Neste artigo são discutidos fatores que influenciam no planejamento de cobertura de um sistema UMTS quanto à análise de drops e dos fatores que o influenciam. É mostrado um estudo de caso em campo para ilustrar o procedimento utilizado no combate aos drops. A seguir, é mostrada uma alternativa de baixo custo para auxiliar no planejamento de cobertura da rede utilizada. A utilização tanto das ferramentas de mudança de tilt de antena, mudança na potência de referência no canal ICH, juntamente com a utilização de interfaces auxiliares de o como GAN parece ser a alternativa mais viável, possibilitando a melhoria na cobertura geral do sistema juntamente com soluções heurísticas locais para diminuição de drops e melhoria na qualidade das ligações telefônicas. REFERÊNCIAS [MISHRA, 2004] MISHRA, A. J., Fundamentals of Network Planning and Optimization, John Wiley & Sons, Colchester, U.K., 2004. [SANCHES, 2012] SANCHES, F. A.; COUTO JR., L. M;, CONSTANCIO JR.., J., Otimização e análise de desempenho de um golden cluster e estudo de otimização física e de vizinhanças em redes de o utilizando tecnologia WCDMA, 2012, 71p., Projeto Final de Graduação, Universidade Federal Fluminense, Niterói, 2012. [COUTO, 2013] COUTO, M.; DINIZ, S. B. S., Redes Genéricas de o, 2013, 74p., Projeto Final de Graduação, Universidade Federal Fluminense, Niterói, 2013. [LAHIO, 2006] LAHIO, J.; WACKER, A.; NOVOSAD, T., Radio Network Planning and Optimisation for UMTS, 2nd Ed., John Wiley & Sons, Colchester, U.K., 2006. 147

[FONSECA, 2013] FONSECA, E. G. P., Dimensionamento de Radio-Frequência para uma Rede LTE, 2013, 85p., Projeto Final de Graduação, Universidade Federal Fluminense, Niterói, 2013. [ERICSSON, 2013] ERICSSON, Ericsson Design and Optimization Services, 2013. Disponível em: , ado em agosto de 2013. [3GPP, 2009] 3GPP: Generic Access Network (GAN); Technical Specification Group GSM/EDGE Radio Access Network; 3GPP TS 43.318. 2009. v.8.4. Release 8 (2009-2).

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

LEVANTAMENTO DAS PRINCIPAIS BACIAS HIDROGRÁFICAS AMEAÇADAS POR ÁREAS CONTAMINADAS NO ESTADO DO RIO DE JANEIRO ALINE MIRANDA CECILIO1, FÁBIO DE OLIVEIRA NETTO2, GUSTAVO DA SILVA FRANCISCO³, LÍVIA FERREIRA VILELA PIRES4 1

Graduanda em Engenharia Ambiental, UniFOA, (24) 88522911, [email protected] Bacharel em Engenharia Ambiental pela UniFOA, (24) 99252599, [email protected] 3 Bacharel em istração pela FaSF, (24) 88416145, [email protected] 4 Bacharel em Engenharia Ambiental pela UniFOA, (24) 99665345, [email protected] 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: O desordenado crescimento e desenvolvimento das empresas de grande potencial poluidor desencadeou consequências preocupantes para o Estado do Rio Janeiro, as quais estão sendo reveladas e agravadas nos dias atuais. Recentemente, em junho do presente ano, o Instituto Estadual do Ambiente (Inea) divulgou a 1ª edição do Cadastro de Áreas Contaminadas e Reabilitadas, apresentando uma relação de áreas impactadas por resíduos industriais no Estado do Rio de Janeiro. Diante desse levantamento é possível observar que os grandes causadores de contaminação são postos de combustíveis, seguidos de indústrias de diversificados ramos produtivos e que a Baía de Guanabara é a bacia hidrográfica sob maior risco ambiental, considerando o grande número de ambientes contaminados em seu entorno, sendo que a maioria desses encontra-se ainda em fase de investigação. O presente artigo visa descrever, no contexto de bacias hidrográficas, as características socioeconômicas e ambientais de cada uma delas, traçando assim um perfil comportamental entre desenvolvimento e o meio ambiente, bem como uma ilustração das áreas degradadas através de imagens georreferrenciadas. Para tal foram revisadas as bibliografias pertinentes ao assunto com o intuito de construir uma trajetória histórica dos problemas ambientais associados a estas bacias. PALAVRAS–CHAVE: hidrografia, contaminação, guanabara.

SURVEY OF MAJOR WATERSHEDS THREATENED BY CONTAMINATED AREAS IN THE STATE OF RIO DE JANEIRO ABSTRACT: The disorderly growth and development of companies with a great potential polluter initiated worrying consequences for the State of Rio Janeiro, which are being revealed and aggravated in the present day. Recently, in June of this year, the State Environmental Institute (Inea) released the first edition of the Contaminated and Rehabilitated Areas , presenting a list of areas impacted by industrial waste in the State of Rio de Janeiro. Based on this survey it is possible to observe that the major cause of contamination are fuel stations, followed by diversified productive sector industries and the Guanabara Bay is the watershed in higher environmental risk, considering the large number of contaminated environments in its surroundings, and most of these is still in the research stage. This article aims to describe, in the context of watersheds areas, the socio-economic and environmental characteristics of each one of them, , tracing a behavioral profile between development and the environment, as well as an illustration of degraded areas through georeferenced images. This project was made by a review of the most pertinent bibliographies to the subject in order to build a historical trajectory of environmental problems associated with these watersheds. KEYWORDS: watersheds, contamination, guanabara.

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INTRODUÇÃO Desde os primórdios da civilização o Homem preocupa-se com a escassez de água. No estado do Rio de Janeiro, essa preocupação surgiu há muito tempo, quando D. Pedro I, preocupado com a escassez de água desapropriou diversas fazendas de café e implantou um sistema de reflorestamento no que hoje é a Floresta de Tijuca, uma das maiores florestas urbanas do mundo. A questão do gerenciamento de recursos hídricos vem sendo initerruptamente debatida nos últimos anos. É nítido o fato de a nossa sociedade vivenciar, nos dias de hoje, situações de escassez absoluta ou relativa de água potável. Tal escassez e perda de qualidade da água são principalmente decorrentes das atividades industriais, sendo comumente observada em grandes centros urbanos. A grande questão que cerne esta problemática é a grande dependência estabelecida entre o Homem e os Recursos Hídricos, considerando-se que a água é um bem precioso e vital, não só para o desenvolvimento industrial, bem como para a sobrevivência dos ser humano e de tudo aquilo que o rodeia. Neste sentido, a impossibilidade de substituição deste recurso, é o que torna os estudos e a compilação de dados para posterior remediação dessas áreas tão importantes para o futuro da sociedade. O Estado de Rio de Janeiro, segundo o IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística) conta com uma população de 16.369.178 pessoas distribuídas em 92 municípios, totalizando uma área de 43.780,172 km². Durante o último século, o desenvolvimento industrial e urbano ocorreu no estado do Rio de Janeiro sem os devidos cuidados ambientais. As atividades potencialmente poluidoras não possuíam uma política ambiental consolidada e o uso e a ocupação do solo urbano ocorria sem o devido planejamento e controle. Todas essas atitudes promoveram a contaminação do solo, atmosfera e água superficial e subterrânea. A preocupação com a disponibilidade e qualidade das águas vem crescendo muito nos últimos anos nesta região. Diversos estudos têm sido realizados neste âmbito, principalmente por parte do governo e institutos estaduais, com fins de coletar informações, registrar e evidenciar as alterações da qualidade da água no estado, e, assim, determinar ações capazes de mitigar os impactos relacionados a estas alterações. O presente estudo tem como objetivo apresentar as bacias hidrográficas mais ameaçadas por áreas contaminadas no estado do Rio de Janeiro, fazendo uma correlação com a localização espacial e a ocorrência de fontes poluidoras. MATERIAL E MÉTODOS Para realização deste trabalho foram consultadas as bibliografias existentes, capazes de discutir sobre o assunto em questão e servir como base para os resultados aqui apontados. A pesquisa foi realizada a partir da leitura e compreensão de livros, artigos, teses e monografias, bem como através da legislação vigente. Foi realizada consulta em dados do IBGE, em documentos, livros e projetos do INEA (Instituto Estadual do Ambiente) e do próprio governo do Estado do Rio de Janeiro, estabelecendo-se, através da bibliografia encontrada e mapas de localização de fontes de poluentes, uma correlação entre os impactos ambientais e as bacias por eles mais ameaçadas. RESULTADOS E DISCUSSÃO O Rio de Janeiro é subdividido em 10 Bacias Hidrográficas: Baía da Ilha Grande, Rio Guandu, Lagos São João, Rio Macaé e Rio das Ostras, Rio Piabanha, Leste da Baia de 150

Guanabara, Rio Dois Rios, Médio Paraíba do Sul, Baixo Paraíba do Sul e Rio Itabapoana. A maior delas em territorialidade é a Bacia do Baixo Paraíba do Sul com 11.300 m² e a menor com 2.000m² é a Bacia do Rio Macaé. Porém em termos populacional, a Bacia do Leste da Baia de Guanabara, apresentando 11.200.000 habitantes e consequentemente possui a maior concentração de empresas/indústrias do estado do Rio de Janeiro, segundo estudo realizado pelo Inea. O crescimento econômico recente do Brasil tem causado um aumento de obras de infraestrutura e na atratividade dos centros urbanos. A Região Hidrográfica da Baia de Guanabara (RHBG) abrange a maior parte da Região Metropolitana do Rio de Janeiro e é a segunda maior do Brasil. Grandes obras, como o Arco Metropolitano e o Complexo Petroquímico do Estado do Rio de Janeiro (COMPERJ), assim como o incremento das atividades ligadas ao setor de óleo e gás, incluindo a indústria naval, têm causado grandes impactos na dinâmica ambiental e econômica da Bacia. Segundo Mello (2006), a bacia de Guanabara possui o segundo maior parque industrial do país, com cerca de 6000 indústrias, das quais cerca de 1% é responsável por 80% da poluição industrial lançada às águas da baía. Esta possui 16 terminais marítimos de petróleo, 2 portos comerciais, 2 refinarias de petróleo, 13 estaleiros e recebe 18,7 m³.s-1 de esgotos domésticos. Em Junho do presente ano, o Inea divulgou a 1ª edição do Cadastro de Áreas Contaminadas e Reabilitadas, apresentando uma relação de áreas impactadas por resíduos industriais no Estado do Rio de Janeiro. Algumas das áreas estudadas foram ou estão sendo investigadas e remediadas, contudo, a quantidade de áreas contaminadas no Estado é um problema de dimensões ainda não mensuradas como, por exemplo, propriedades abandonadas ou subutilizadas cuja reutilização é dificultada pela presença real ou potencial de substâncias perigosas, poluentes ou contaminantes. A classificação das áreas contaminas seguiu os critérios estabelecidos pela Resolução Conama 420/2009, sendo classificadas como: AI - Área Contaminada sob Investigação, ACI – Área Contaminada sob Intervenção, AMR – Área em Processo de Monitoramento para Reabilitação e AR – Área reabilitada para o uso declarado. Das 160 áreas estudas, 67 delas ainda estão em processo de investigação, 64 em intervenção, 23 em monitoramento para intervenção e apenas 6 foram reabilitadas, conforme observado no Gráfico 1.

Gráfico 1 – Distribuição das áreas estudadas de acordo com a classificação da Resolução Conama. Fonte: Inea (2013) O estudo ainda aponta que as duas principais fontes de contaminação no Estado são os Postos de Combustíveis (53%) seguido das Indústrias (41%), conforme mostra o Gráfico 2 abaixo. 151

Gráfico 2 – Distribuição das áreas contaminadas por atividade. Fonte: Inea (2013) O mapa da Figura 1 a seguir apresenta a distribuição espacial das áreas registradas como contaminadas, seja em fase de investigação ou áreas em já reabilitadas. reabilitadas.

Figura 1 – Distribuição das áreas contaminadas no estado do Rio de Janeiro. Fonte: INEA (2013) Podemos observar a Bacia Hidrográfica da Baia de Guanabara é a região mais afetada pelo desenvolvimento, apresentando a maior parte das áreas contaminadas contaminadas registradas pelo estudo (Figura 2). 152

Figura 2 – Distribuição das áreas contaminadas na Bacia Hidrográfica da Baia de Guanabara. Fonte: INEA (2013) A Baía de Guanabara tem sido ao longo de sua história recente, apontada como fonte de uma série de contaminantes resultantes das atividades industriais e do lançamento de esgoto doméstico, provenientes principalmente do setor nordeste de sua bacia hidrográfica. Os ecossistemas localizados nas imediações da Baia de Guanabara aram a apresentar decréscimo na qualidade ambiental, decorrente da exportação dos poluentes, afetando diretamente as praias e outros ecossistemas adjacentes. A Bacia Hidrográfica da Baia de Guanabara é classificada como de Alto Potencial Poluidor. É nela que está concentrada a maior quantidade de empresas/indústrias do estado, especialmente nas cidades do Rio de Janeiro e Duque de Caxias. A região é contemplada por Refinarias, Pólo Gás-Químico e Petroquímicos. Seguido da RH V (Baia de Guanabara), vem a Bacia RH III, dos Rios Macaé e das Ostras, classificada como sendo de Alto Potencial Poluidor, especialmente pelas indústrias de Petróleo e Gás existentes na região. A Região Hidrográfica IX, Bacia Hidrográfica do Baixo Paraíba do Sul, sendo de Alto a Médio potencial poluidor, pelo fato de abrigar duas siderúrgicas metalúrgicas e MetaisMecânica, situadas em Volta Redonda e Barra Mansa, sendo uma delas a maior da América Latina. Apesar da RH I (Baia da Ilha Grande) contar com uma usina nuclear, a região é considerada de Baixo Potencial Poluidor.

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Além da Região da Baia de Guanabara ser considerada como Alto Potencial Poluidor, a região apresenta a maior taxa de ocupação urbana do Estado. Apresenta ainda os piores índices da Qualidade da Água, segundo o Instituto Estadual do Ambiente (Inea, JULHO/2010). Por apresentar uma grande mancha urbana, de uso consolidado, a Bacia da Baia de Guanabara apresenta pouquíssimas unidades de conservação e os menores índices de áreas prioritárias para a conservação/restauração. Dada a grande ameaça sofrida pela Baía de Guanabara, decorrente da grande alocação de empresas e indústrias em seu entorno, foi criado, a partir do Governo Estadual do Rio de Janeiro o Plano Guanabara, que inclui 12 iniciativas para recuperação ambiental da Baía de Guanabara. Dentre as principais obras do Psam (Plano de Saneamento dos Municípios do Entorno da Baía de Guanabara) destacam-se: a implantação do sistema de coleta e tratamento de esgotos da Bacia do Rio Alcântara, no município de São Gonçalo, a construção do Tronco Coletor Cidade Nova, no Centro do Rio e a recuperação e correção dos sistemas de coleta de esgotos que afetam o Canal do Mangue e a construção e interligação de redes de coleta de esgotos na Baixada Fluminense aos sistemas das ETEs Pavuna e Sarapuí. Além do Psam estão sendo realizadas diversas outras ações para tratamento da Baía de Guanabara, sendo alguns deles a ampliação dos sistemas de tratamento de esgoto, o programa lixão zero, revitalização do canal do fundão, o Projeto Iguaçu, Programa Sena Limpa, Reflorestamento do Entorno da Baía de Guanabara, e o programa de Despoluição da Baía de Guanabara. CONCLUSÕES A crescente industrialização e processo de urbanização desenfreado têm acarretado danos ambientais desde os primórdios da colonização. A preocupação com os problemas ambientais é antiga, porém o enfoque dado ao meio ambiente, principalmente ao que se refere às indústrias é recente. No presente estudo é possível observar que o estado do Rio de Janeiro segue os padrões mais comuns de contaminação ambiental – as áreas mais sensíveis são aquelas localizadas nas proximidades de polos industriais. No entanto, é possível verificar que a ocorrência de áreas altamente urbanizadas dificulta a remediação deste problema. Vale neste momento ressaltar que a colonização desta área, principalmente a região no entorno da Baía de Guanabara, estabeleceu-se a partir da chegada de D. João no Brasil, quando o Rio de Janeiro, por muitos anos, foi considerada a capital nacional. Assim, a cidade e o estado cresceram sem nenhum tipo de planejamento e hoje, no ápice de sua urbanização, apresenta-se como um quadro de difícil reversão. É claro que os problemas decorrentes da atividade antrópica nesta região são íveis de tratamento, no entanto, é nítida a necessidade de estudos mais abrangentes com vistas a caracterizar e avaliar melhor esses impactos e, a partir de então propor soluções tecnologicamente possíveis e economicamente viáveis de reverter a situação. A existência de estudos desse tipo também é vital para que possa haver cobrança sobre as indústrias e empresas emissoras para que o conceito de poluidor pagador tão zelado pela legislação brasileira saia do papel e possa fazer parte do cotidiano de nosso estado, ou quem sabe, nosso país. REFERÊNCIAS BRASIL. Conselho Nacional de Meio Ambiente – CONAMA. Resolução nº 420 de 2009. Diário Oficial da União nº 249. Poder Legislativo, Brasília, DF, 30 dez. 2009. 154

Comitê de Bacia da Baía de Guanabara. Disponível em: http://www.comitebaiadeguanabara.org.br/ > ado em 10 de Setembro de 2013.

<

Comitê de Bacias Hidrográficas do Rio de Janeiro. Disponível em: < http://www.cbh.gov.br/ > ado em 10 de Setembro de 2013. INEA. Gerenciamento de Áreas Contaminadas do Estado do Rio de Janeiro. Rio de Janeiro, 2011. INEA. O Estado do Ambiente – Indicadores Ambientais do Rio de Janeiro 2010. Rio de Janeiro SEA/INEA, 2011. Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística – IBGE. Disponível http://www.ibge.gov.br/home/ > ado em 10 de Setembro de 2013.

em:

<

MELLO, William Z. GUIMARÃES, Giselle P. Estimativa do Fluxo de Amônia na Interface Ar-Mar na Baía de Guanabara – Estudo Preliminar. Quim. Nova. v. 29. n.1. Rio de Janeiro, 2006. ROBERTO, Douglas Mendes. Diagnóstico da Hidrografia Estação Ecológica da Guanabara e Região. Brasília. 2009.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

DETERMINAÇÃO DA ÁREA SUPERFICIAL ESPECÍFICA E DA POROSIDADE DE DUAS ARGILAS PROVENIENTES DA BACIA DE TAUBATÉ- SÃO PAULO NANCY ISABEL ALVAREZ ACEVEDO1, MARISA ROCHA GUIMARAES 2 1 2

Doutora, Instituto Politécnico/UERJ-Nova Friburgo, [email protected] Professora, Instituto Politécnico/UERJ-Nova Friburgo, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: A área superficial é uma das propriedades que exercem efeito significativo nas características adsortivas de argilas e consequentemente sobre seu potencial de aplicação industrial. Neste trabalho, a área superficial e a porosidade de duas amostras de argilas provenientes da Bacia de Taubaté, São Paulo, denominadas Aligra e Santa Fé, foram determinadas utilizando-se o equipamento Area Surface and Porosity Analyser (ASAP 2020) da Micromeritics, a partir das isotermas de adsorção e dessorção de N2 obtidas. A área superficial específica foi calculada através da aplicação da equação derivada por Brunauer, Emmett e Teller (BET). O diâmetro médio e o volume de poros nas etapas de adsorção e dessorção foram calculados com base no método de Barrett, Joyner e Halenda (BJH). A área e o volume de microporos foram calculados pelo método t-plot. Nenhuma diferença significativa entre as argilas foi observada a partir dos dados coletados. Ambas as amostras apresentaram isotermas do tipo IV. O formato da histerese das curvas de adsorção e dessorção correspondem com poros tipo fenda, característicos nestes materiais. Os valores de SBET obtidos foram 128.5084 m2/g e 112.6129 m2/g, para as amostras ALIGRA e SANTA FÉ, respectivamente. Esses valores são mais baixos do que os comumente encontrados para zeólitas naturais (300-400 m2/g). PALAVRAS–CHAVE: argilas, BET, porosidade.

DETERMINATION OF SPECIFIC SURFACE AREA AND POROSITY OF TWO CLAYS ORIGINATED FROM TAUBATÉ- BASIN – SÃO PAULO ABSTRACT: The specific surface plays an important role in the adsorption characteristic of clays. Therefore, this property has a great influence on the industrial applications of the clays. In this work, the specific surface area and porosity of two clays, named Aligra and Santa Fé, originated from Taubaté Basin, São Paulo, were evaluated through adsorption and desorption isotherms of N2 by using the ASAP 2020 equipment. The specific surface area was calculated from the Brunauer, Emmett and Teller (BET) equation. The total volume and average diameter of pores were calculated using the method of Barret, Joyner and Halenda (BJH). The micropores area and volume were calculated using the t-plot method. No significant differences between the clays were observed from the collected data. Both samples presented Type IV isotherms and slit-like pores. The found SBET values were 128.5084m2/g and 112.6129m2/g for ALIGRA and SANTA FÉ sample clays, respectively. These values are lower than those generally found for natural zeolites. KEYWORDS: clay, BET, porosity.

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INTRODUÇÃO As argilas são empregadas em uma série de produtos acabados, por apresentarem propriedades adequadas, pela alta disponibilidade (abundância) e pelo fácil manuseio. Em função da composição mineral e química, as argilas distinguem-se por determinadas propriedades, tais como granulometria, superfície específica, capacidade de troca iônica e viscosidade, que as tornam distinguíveis uma das outras. A sua aplicação industrial baseia-se fundamentalmente nas suas propriedades físico-químicas, as quais, por sua vez, são decorrentes de três fatores: o reduzido tamanho das partículas (inferior a dois micrometros); a morfologia dos cristais (lamelas) e as substituições isomórficas que podem ocorrer nos argilominerais presentes (REIS, 2005;.RM, 2013) Por seu poder adsorvente podem ser empregadas como peneiras moleculares, como agentes descorantes e clarificantes de óleos vegetais minerais, como es catalíticos, como agentes de filtração, como adsorventes de óleos em água, etc. (SANTOS, 2002). A área superficial ou superfície ativa é uma das propriedades que exercem efeito significativo nas características adsortivas de argilas e consequentemente sobre seu potencial de aplicação industrial pelo que sua avaliação é de grande importância. Um dos principais métodos empregados na determinação de superfície específica baseia-se na adsorção química de moléculas orgânicas polares, como o etilenoglicol, etileno glicol monoetil éter (EGME) e o glicerol, pela formação de uma camada monomolecular sobre a superfície do material (SOUZA JUNIOR et al, 2007). Outro método empregado, com excelente reprodutibilidade, se baseia na adsorção física de moléculas gasosas apolares tais como o nitrogênio, argônio ou oxigênio; este fenômeno resulta de forças de atração fracas (forças de Van der Waals e ligações de hidrogênio) estabelecidas entre as moléculas de gás adsorvidas (adsorvato) e a superfície do adsorvente. Conhecendo a capacidade de monocamada, n am [moles], definida como a quantidade de adsorvato requerido para cobrir toda a superfície do sólido com uma monocamada de moléculas, e a área efetivamente ocupada por uma molécula adsorvida nesta monocamada completamente formada, a m , a área superficial, As, é obtida da Eq. (1) A s = n am ⋅ N ⋅ a m

(1)

na qual, N é a constante de Avogadro (IUPAC, 1985). A área superficial específica é definida como a razão da área superficial absoluta de um sólido para sua massa, expressa em m2/g. Inclui as superfícies externas das partículas sólidas, bem como todas as porções das superfícies internas íveis ao adsorvato. A sua magnitude é influenciada por vários fatores, tais como: densidade, distribuição dimensional do grão, forma das partículas e regularidade da(s) superfície(s) (LIMA, 2006; REIS, 2005). A porosidade das partículas que constituem o solido também influencia na magnitude da superfície específica. Nas argilas, mesoporos (poros de tamanho ≈ 2 nm – 50 nm) são, principalmente, poros interpartícula produzidos pelo arranjo microestrutural do argilomineral e tem um efeito menor na área superficial de adsorção de gás. Microporos (tamanho < 2 nm) podem resultar do espaçamento interpartículas em regiões sobrepostas quase cristalinas e de o espaçamento intercamadas parcialmente ível ao N2 nos extremos superficiais das partículas nos argilominerais incháveis. Nas bentonitas os microporos contribuem significativamente à área superficial especifica medida por adsorção de gás (MACHT et al., 2011; CESSA, 2009; TEXEIRA, COUTINHO, GOMES, 2001). A área específica dos aluminossilicatos é avaliada normalmente através dos dados fornecidos pelas isotermas de adsorção de N2 a 77 K, as quais são obtidas como função da quantidade de N2 adsorvida em equilíbrio com a sua pressão ou concentração na fase gasosa, 157

a temperatura constante. Modelos clássicos utilizados para determinar a área superficial específica são: o modelo de Langmuir, desenvolvido para adsorção monocamada, e o modelo BET (Brunauer, Emmett, Teller, 1983), desenvolvido para adsorção em multicamadas. (OLIVEIRA, 2003; FERREIRA, 2008). As isotermas também permitem quantificar o volume de gás adsorvido em meso e microporos. Isto, no primeiro caso a partir da avaliação do loop de histerese entre as curvas de adsorção e dessorção e no segundo caso do analise da curva de adsorção na faixa das baixas pressões parciais. Um parâmetro muito importante no estudo da estrutura porosa é a distribuição de tamanho ou volume de poro em função do tamanho do poro. Um método muito utilizado com esta finalidade é o desenvolvido por Barrett-Joyner-Halenda conhecido como método BJH, o qual calcula a distribuição de mesoporos desde os dados do ramal de dessorção da isoterma usando o modelo de Kelvin para a condensação capilar. Na análise de microporosidade o mais utilizado é o método t-plot. Neste trabalho se determina a área específica e a porosidades de duas argilas provenientes da Bacía de Taubaté no estado de São Paulo, pertencentes às empresas Aligra Indústria e Comércio Ltda., e Sociedade Extrativa Santa Fé Ltda., baseados na adsorção de gás nitrogênio. MATERIAL E MÉTODOS No desenvolvimento do trabalho foram utilizadas as frações de tamanho menor de 0,020 mm obtidas por fracionamento via peneiramento em úmido das amostras das argilas ALIGRA e SANTA FÉ existentes no Centro de Tecnologia Mineral (CETEM). O objetivo do fracionamento é concentrar a fração argila na fração mais fina pela eliminação de impurezas geralmente de tamanhos maiores, tais como o quartzo, presente sempre nas frações silte e areia. Para isto, as amostras foram dispersas em água destilada e seguidamente adas por um conjunto de peneiras "Granutest"® de abertura: 0,053 mm, 0,044 mm e 0,020 mm. Todas as frações foram secas em estufa com ventilação forçada a 50°C. A fração<0,020 mm foi posteriormente desagregada em almofariz e homogeneizada. A análise granulométrica, baseada no método de sedimentação por gravidade, foi realizada com o equipamento Sedigraph 5100 da Micromeritics. Preparou-se uma dispersão utilizando-se 60 mL de água deionizada, contendo 3g de amostra. Em seguida, homogeneizou-se, por 30 minutos, em agitador magnético e, por 4 minutos, em ultrassom (amplitude 30). O analise mineralógico pela técnica de difração de raios-x (DRX) foi desenvolvido em um difratómetro Bruker-D4 Endeavor (radiação Co-Kα, λ=1.79 Å), 40 kV / 40 mA; velocidade do goniômetro 0.02° em 2θ / o; tempo de contagem/o, 0.5 s; barrido 4-80° em 2θ (posição sensível ao detector LynxEye). A interpretação qualitativa do espectro foi feita por comparação com padrões contidos na base de dados PDF02 (ICDD, 2006), com o software Diffralus Bruker. A análise químico foi realizado com a técnica de fluorescência de raios-x (FRX) em um equipamento Shimadzu EDX-720 com a amostra em pô submetida a vácuo. A determinação de área superficial específica e analise da porosidade foram determinadas por adsorção de nitrogênio a temperatura ≈ 77 K, usando o equipamento Micromeritics, ASAP 2020, no Laboratório de Caracterização Instrumental do Instituto de Química na UERJ-Río de Janeiro. As amostras, condicionadas em tubo de amostras, inicialmente foram submetidas a um pré-tratamento de degaseificação (DEGAS) a 120°C por 60 horas, para eliminar sustâncias que podem ter sido adsorvidas do meio ambiente. Finalizada a etapa de degaseificação foram transferidas para a unidade de análise. Na unidade de análise o tubo contendo a amostra é 158

colocado dentro de um recipiente isolado termicamente (Dewar), contendo N2 líquido, e submetido ao vácuo por uns minutos antes de iniciar a injeção do gás N2 . Na Tabela 1 se mostra as condições do ensaio adsorção/dessorção do N2. Tabela 1 – Condições do experimento de adsorção/dessorção de nitrogênio nas argilas ALIGRA (AA) e SANTA FÉ (SF). Massa amostra Temp. do banho Interv. de Equilibrio Mostra o (g) ( C) (s) AA 0,7085 -197,671 10 SF 0,7862 -195,666 10 Isotermas de adsorção são obtidas registrando a quantidade de gás adsorvida sobre a amostra em cada incremento de pressão até a saturação, na faixa de pressões relativas entre 0,009 - 0,99. Atingida a saturação, se inicia o processo inverso, a dessorção, processo no qual a pressão diminui gradativamente. Registrando a quantidade dessorvida em cada decréscimo de pressão obtém-se a isoterma de dessorção. A amostra permanece dentro do Dewar até finalizar a análise. Todo o processo é controlado automaticamente e analisado com software próprio do equipamento. Ao termino da análise foram obtidas as respectivas isotermas de adsorção- dessorção. Reporta-se: • A Área superficial específica obtida pelo método BET, Eq. (2), calculada pelas técnicas de multiponto e de ponto simples em P/P0 = 0,2.

va

(

1 c −1 P 1 = × + P0 v m ⋅ c P0 v m ⋅ c −1 P

)

(2)

onde, va[cm3/g] é o volume específico do N2 adsorvido nas CNTP (273,15 K, 760 mmHg); vm[cm3/g] é o volume específico de gás adsorvido nas CNTP para produzir uma monocamada completa sobre a superfície da amostra a uma pressão parcial P [mmHg], de adsorvato N2 em equilíbrio com a superfície a 77,4 K (ponto de ebulição do N2); P0 [mmHg] é a pressão de saturação do N2 a 77,4 K; c é uma constante adimensional relacionada com a entalpia de adsorção do N2 sobre a amostra (primeira camada adsorvida) e P P 0 é a pressão relativa. Para os cálculos assumisse que a molécula de nitrogênio ocupa uma área afetiva de 16,2 Å2 e que a densidade do nitrogênio condensado nos poros é igual à densidade do nitrogênio liquido a 77 K = 0,81 g/cm3. • O Volume total de poros VT determinado a P/P0 = 0,98 (pressão relativa máxima do ramo de adsorção) pelo volume cumulado de gás adsorvido dentro dos poros transformado em volume equivalente de N2 líquido. • A Distribuição de poros e o tamanho médio dos poros utilizando-se o método BJH determinado a partir dos picos das curvas de distribuição de tamanho de poro. O método determina a distribuição de tamanho de mesoporos, assumindo o esvaziamento progressivo dos poros cheios de líquido com o decréscimo da pressão e que os poros estão totalmente preenchidos quando P/P0≈1. O poro perde conteúdo de adsorvato liquido condensado (núcleo do poro), a uma pressão relativa particular relacionada com o radio do núcleo pela equação de Kelvin, Eq. (3).  − 2 γ LV v M  1 r= ×  RT ln ( P P 0 )  

(3)

159

onde: P é a pressão de equilíbrio; γLV é a tensão superficial líquido-vapor; vM é o volume molar do adsorvato líquido; e r é o raio do poro. Para essa particular pressão relativa, evaporado o núcleo do poro, permanece sobre as suas paredes uma camada de adsorvato cuja espessura pode ser calculada usando a Equação de Espessura de Halsey, Eq. (4). t = 3, 54 [ −5 ln ( P P0 )]

0,333

(4)

Deste modo pode se relacionar para cada ponto o volume de poro com seu diâmetro obtendo-se o gráfico de distribuição de tamanhos de poro. • A Área e o Volume de microporos determinado pelas curvas t. No método, a quantidade de nitrogênio adsorvido é colocada em gráfico em função da espessura da multicamada t [Å] medida sobre um material poroso padrão com constante c de BET comparável, usando a equação de Harkins –Jura, Eq. (5) t = 13, 99 ( 0, 034 − log ( P P0 ) ) 

0,5

(5)

O volume de microporos, vmicro[cm3liquido/g], é obtido da extrapolação da reta do platô até o eixo y, e usando a Eq. (6)

vmicro = bt cm3 g CNTP × D cm3 líquido cm3 CNTP (6) A área de microporos, a m icro [m2/g], é simplesmente a diferença entre a área superficial total,

a s( BET ) e a área externa,

2 a se [m /g], determinada com a Eq. (7), o

m t[cm 3 g -A STP] × 1010 A m × D  cm 3 líquido / cm 3 STP  (7) a se = F × (10 6 cm 3 m 3 ) na qual: m t é o coeficiente angular da reta no gráfico, F = 1,000 é o fator de correção da área superficial para N2; D = 0,0015468 é o fator de conversão de densidade.,

RESULTADOS E DISCUSSÃO Os resultados apresentados na Tabela 2 mostram uma alta concentração de fração argila com diferença quase imperceptível entre seus valores. Tabela 2 - Distribuição textural das argilas ALIGRA e SANTA FÉ Faixa ALIGRA SANTA FÉ Fração granulométrica (%) (%) > 53 µm 0,3 0,0 Areia 2 µ m − 53 µ m Silte 12,3 11,4 < 2 µm Argila 87,4 88,6 A análise mineralógica, com base nos difratogramas apresentados na Figura 1, indica presença de ilita (I), caolinita (C) e quarzo (Q) como minerais predominantes em ambas as argilas. A composição química, mostrada na Tabela 3, é também semelhante nas duas argilas.

160

O teor de SiO2 está associado principalmente ao quartzo e argilominerais, o Al2O3 é associado com a caolinita. As argilas contem alto conteúdo de potássio e de ferro. As maiores diferenças se encontram para o conteúdo de Fe2O3 e a P.F (perda a fogo), maiores na SANTA FÉ; e do K2O, maior na ALIGRA. O alto conteúdo de potássio corresponde com a presença do argilomineral ilita indicado nos difratogramas. e o Fe2O3 está associado ao aparecimento dos minerais goethita (2[FeOOH]) e hematita (Fe2O3). A perda de massa (PF) está relacionada possivelmente a perda de água coordenada e adsorvida, hidroxilas do argilomineral o material orgánico. (SOUTO, 2009). 14000

IQ

ALIGRA SANTA FÉ

12000

Intensity (a.u.)

I

I, M

10000

Q

C 8000

C

c-m

I

I

m

I

C C

Q

C

QC

C C

Q

C

QC

QI

6000

I

4000

I, M Q C c-m

C I

2000

I

I

m

0 5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

Ângulo de difração 2θ (º)

(I: ilita, C: caolinita, Q:quartzo ) Figura 1. Difratogramas das amostras (a)ALIGRA e (b) SANTA FÈ. Tabela 3 - Análise química das argilas ALIGRA (AA) e SANTA FÉ (SF) Si02 Al2O3 Fe2O3 K2O MgO CaO TiO2 P2O5 Na2O MnO traços AA 50.84 21.48 7.98 3.33 2.78 2.12 0.93 0,5 0.22 0.11 0.08 SF 49.26 21.33 9.35 2.72 2.61 1.95 0.97 0.45 0.22 0.12 0.09

P.F. 9.4 10.9

A Figura 2 mostra as isotermas de adsorção e dessorção do nitrogênio a 77,33 K das amostras ALIGRA e SANTA FÉ. As isotermas obtidas correspondem uma variação da isoterma de tipo IV com um laço de histerese compatível com o tipo H3 (IUPAC, 1985). Muitos adsorvedores industriais mesoporos respondem com este tipo de isoterma. O laço de histerese é observado normalmente em agregados não rígidos de partículas em forma de placas originando poros tipo fenda. (SCHMAL, M, 2010; PARRA SOTO, 1986; IUPAC, 1985). As isotermas das amostras em estudo não apresentam o planalto na região de altas pressões relativas característica do tipo IV e o ramal de adsorção tem a forma típica da isoterma do tipo II. Esta variedade de isoterma tem sido reportada para adsorção/ dessorção de N2 e O2 em montmorrilonitas naturais; a ausência do planalto na região de altas pressões relativas indica enchimento incompleto dos mesoporos (ROUQUEROL et al ,1999). O baixo volume adsorvido a baixas pressões relativas indica alguma presença de microporos (poros de tamanho < 20Å). O volume adsorvido cresce mais rapidamente a partir de ≈ P P0 = 0, 9 , indicando enchimento de mesoporos dos tamanhos maiores e da superfície externa. As quantidades adsorvidas são maiores na argila ALIGRA que pode significar uma área superficial maior que na argila SANTA FÉ. As análises das isotermas e a histerese entre 161

os ramais de adsorção e dessorção indicam que as amostras de argilas apresentam principalmente mesoporos associadas com microporos; tamanho e formato de poros não uniforme com predominância de poros tipo fenda, concordante com sua estrutura lamelar. A Figura 2 (b) mostra a reta resultante do ajuste dos dados experimentais para a Equação de BET, cujos coeficientes são listados na Tabela 4. E QUAÇ ÃO DE B E T 0,008 0,007

1/[va(P/P0 -1)]

0,006

SANTA FÉ y = 0,038417 x + 0,000239 CC = 0,9999829

0,005 0,004 0,003

ALIGRA 0,002

y = 0,033644 x + 0,000230 CC = 0,9999909

0,001 0,000 0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,18

0,20

P r e s s ã o r e l a t i v a ( P / P0)

(a) (b) Figura 2 – (a) Isotermas de adsorção/dessorção de N2; e (b) Representação gráfica da Equação de BET para a isoterma de adsorção das argilas ALIGRA e SANTA FÉ; Tabela 4 – Equação de BET para as isotermas de adsorção das argilas ALIGRA e SANTA FÉ. mBET bBET Coeficiente de Amostra [g/cm3] [g/cm3] correlação AA 0,9999909 0,033644 ± 0,000083 0,000230 ± 0,000011 SE 0,9999829 0,038417 ± 0,000130 0,000239 ± 0,000017 Os coeficientes de correlação obtidos são maiores que 0,9975; fato que indica que os dados são aceitáveis para aplicar o método BET. A faixa linear de pressões relativas para esses dados 0, 06 < P P0 < 0, 21 se encontra dentro do intervalo esperado 0, 05 < P P0 < 0, 35 (EDQM, 2004). Às pressões relativas maiores ou menores que este intervalo, a equação de BET faz prever quantidades adsorvidas que são, respectivamente, menores e maiores do que as reais (PROENÇA, 2011). Com a equação de BET determinada calcula-se a capacidade de monocamada, vm , e a constante BET, c. As áreas obtidas são similares às normalmente obtidas para materiais lamelares e argilas montmorillonitas (ROSSETO et al, 2009, OLIVEIRA, 2003). Tabela 5 -. Determinação da área superficial, as(BET) , das argilas ALIGRA e SANTA FÉ. vm asBET Amostra C [cm3/g -CNTP] [m2/g] AA

29,5205

128,5084

SF

25,8690

112,6129

± ±

0,3164

147,068223

0,3814

161,496997

162

As curvas-t para a análise de microporosidade, Figuras 3 (a) e (b), são obtidas usando a faixa de baixas pressões relativas, no caso corresponda ao intervalo de 0,009-0,7. É valida para tamanhos de poros entre 1Å – 3 Å. Os coeficientes da reta obtida são usados para o cálculo de volume e da área de microporos.

(a) (b) Figura 3 – Curvas – t para as argilas (a) ALIGRA, e (b) SANTA FÉ O volume total de poros no método BJH é obtido da gráfica do volume de poros cumulado para diferentes faixas de tamanho versus o tamanho médio do poro dessa faixa. Usando dados da curva de adsorção obteve-se a gráfica da Figura 4(a), de onde foi determinado um volume total de poros de 0.20230 cm3/g na argila ALIGRA e 0,1663 cm3/g para a SANTA FÉ. A distribuição de tamanhos de poros BJH, Figura 4(b), revela a predominância de poros na faixa de ≈150 Å a 300 Å, para ambas as amostras. A curva de distribuição de tamanhos de poros indica uma amplia distribuição não uniforme de mesoporos. ~

BJH (Halsey) - VOLUME DE POROS CUMULADO - ADSORCAO , o

o

Faixa de tamanho em análise : 17A-3000A 0,20

Volume de poro (cm3/g)

0,18

ALIGRA SANTA FE

0,16

´ 0,14 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0,00

50

100

o

500

1000

Diâmetro de poros (A)

(b) (a) Figura 4 – (a) Gráfica volume de poros cumulado versus diâmetro médio do poro e (b) Distribuição de tamanhos de poros pelo método BHJ, das argilas ALIGRA e SANTA FÉ. 163

Os diferentes parâmetros determinados a partir do ensaio de adsorção e dessorção de nitrogênio para as argilas ALIGRA e SANTA FÉ são apresentados na Tabela 6. Tabela 6 – Parâmetros texturais das argilas ALIGRA e SANTA FÉ Amostra

asBET [m2/g]

a se

a micro

[m2/g]

ALIGRA SANTA FE

128.51 112.61

110.51 94.39

[cm3/g]

vmicro [cm³/g]

VBJH [cm³/g]

18.0. 18.2

0.0072 0.0075

0.2023 0.1663

Tamanho de poro (Å) BET BHJ 66.351 88.557 62.851 87.427

A superfície externa é a superfície dominante. Os valores da área de microporos é em media ≈ 15% da área total, e os do volume de microporos são em media 4% do volume total de poros. Isto resulta de uma estrutura lamelar muito fechada e sem o ao interior do espaço interlaminar nas argilas, observado em bentonitas. (CARRIAZO, 2007). CONCLUSÕES As argilas ALIGRA e SANTA FÉ apresentam características granulométricas, mineralógicas e químicas muito semelhantes. Os valores da superfície específica obtidos são semelhantes a aqueles obtidos por materiais lamelares e argilas montmorriloniticas e superiores a muitas bentonitas referidas na literatura, revelando boas propriedades adsortivas. O analise da porosidade indica presencia predominante de mesopores de tamanho não uniforme e com formato principalmente tipo fenda concordante com a estrutura lamelar característica das argilas. REFERÊNCIAS CESSA, R.M.A. Área superficial específica, porosidade da fração argila e adsorção de fósforo em dois latossolos vermelhos. R. Bras. Ci. Solo, v. 33, p. 1153-1162, 2009. RM - Serviço Geológico do Brasil. http://www.rm.gov.br > o: Fev. 2012.

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(a)

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166

I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

AVALIAÇÃO DOS MODOS DE FALHAS DOS SOPRADORES DE AR EM UM SISTEMA FERROVIÁRIO CAMILA APARECIDA M. DA SILVEIRA1, SÉRGIO SODRÉ DA SILVA2 1 2

Graduando em Engenharia de Produção, Universidade Federal Fluminense, (24)99142689, [email protected] PhD, Universidade Federal Fluminense, (24) 88214796, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: No contexto de atual deve-se ressaltar o importante papel do setor ferroviário na economia do Brasil, dessa maneira as empresas que possuem a concessão da malha necessitam manter um transporte de qualidade para que sobrevivam ao mercado e mantenham a lucratividade e satisfação do cliente. Nesse contexto o presente trabalho mostra os principais modos de falha do componente soprador de ar, presente em locomotivas. No resultado do estudo foi identificado, por meio da estratificação dos efeitos observados no soprador, que o subcomponente eixo do conjunto rotor possui o maior índice de avarias. Essa análise promove conhecimento e consequentemente melhorias na manutenção preventiva, que é de extrema importância para empresas que desejam sobreviver no mercado competitivo. PALAVRAS–CHAVE: soprador de ar, subcomponentes, modos de falha.

ASSESSMENT OF FAILURE MODES ON AIR BLOWER IN A RAILWAY SYSTEM ABSTRACT: In the current context, the importance of the role of railway sector in Brazil´s economy must be highlighted. Thus, the companies which have got the railway grid need to be concerned with the quality of transportation, client satisfaction and profitability, in order to survive in today´s market. Based on these factors, this work aims to show the main failure modes of the air blower, found in locomotives. By stratification of observed effects in the blower air, the results show that the subcomponent rotor shaft presents the highest damage rate. This analysis promotes knowledge and consequently improvements in preventive maintenance, which is extremely important for companies wishing to survive in the competitive market. KEYWORDS: air blower, subcomponents, failure modes.

167

INTRODUÇÃO No ambiente de competitividade atual as empresas e organizações vivenciam mudanças no seu cotidiano, isso se deve ao avanço tecnológico e a globalização que exigem um maior compromisso com a melhoria contínua dos processos, aperfeiçoamento dos produtos, além de, garantir a eliminação de desperdícios, na forma de número excessivo de pessoas, materiais, tempo e custos que podem vir a ser evitados. Nesse contexto de globalização é importante ressaltar o fortalecimento do setor ferroviário, que segundo o BNDES, após o ano 2000 a abrangência do setor foi pressionada pelo notável aumento de demanda de produtos agrícolas como soja, fertilizantes, granéis agrícolas, além de minérios de ferro, produtos siderúrgicos, carvão, cimentos, açúcar, contêineres, álcool entre outras cargas de baixo valor agregado. O transporte ferroviário destaca-se por possuir uma característica competitiva em relação aos outros modais, sendo esta a de possuir menor consumo de energia, garantindo um alto desempenho e eficiência no transporte tanto de cargas como de ageiros. Isso se deve ao baixo nível de atrito entre a roda e o trilho. Além disso, a ferrovia destaca-se por ser um modal econômico, seguro e com menor impacto ambiental, quando comparada ao modal rodoviário. Dessa forma, torna-se necessário compreender os problemas relacionados ao funcionamento e a manutenção de um componente mecânico utilizado em locomotivas denominado soprador de ar, buscando um melhor entendimento dos seus principais modos de falha, a fim de possibilitar ações que permitam reduzir as despesas de compra e os gastos excessivos decorrentes de manutenção. Objeto de estudo Sopradores de Ar Os turboalimentadores (nomenclatura General Motors) ou superalimentadores (nomenclatura General Electric) nada mais são do que sopradores de ar instalados em motores para aumentar a densidade do ar da câmara de combustão do motor, e possuem pequenas diferenças quanto ao seu funcionamento principalmente pela forma como são acionados, acabando assim por ser modificada a sua principal função. Os turboalimentadores são responsáveis não somente pela elevação da potência como também pela issão de ar enquanto os superalimentadores possuem somente a finalidade de elevar a potência do motor diesel. MATERIAL E MÉTODOS O embasamento teórico foi direcionado pelo estudo de apostilas, manuais e relatórios, bem como o uso de bibliografia pertinente ao estudo. A metodologia aplicada na execução do trabalho seguiu o procedimento abaixo: 1 - Reconhecimento e definição do problema Nesta etapa foram identificadas ideias relativas ao problema, verificando-se possíveis fatores a serem avaliados e também as limitações que poderiam ocorrer durante o estudo. 2 - Coleta de dados A coleta de dados foi feita na empresa em estudo por meio de informações retiradas do sistema, filtrando-se o que foi considerado relevante para a realização do estudo. 3 - Definição dos efeitos das falhas analisadas

168

A fim de verificar detalhadamente as falhas no componente, foram selecionados e analisados alguns relatórios de análise de falhas, e assim foi construído o gráfico de Pareto dos efeitos observados. 4 - Definição dos modos de falha que fizeram parte da análise Nesta fase foi feita uma estratificação dos efeitos encontrados, verificando nos subcomponentes mais problemáticos os modos de falhas mais presentes e as imagens das avarias dos mesmos. 5 - Análise dos dados Na análise dos dados encontrados foram utilizados gráficos e tabelas para facilitar o entendimento e a interpretação dos resultados. 6 - Conclusões Baseado nos resultados obtidos, apresentados e discutidos, pode-se então obter conclusões sobre o trabalho, considerando-se quaisquer limitações impostas na realização do mesmo. RESULTADOS E DISCUSSÃO Neste estudo sobre sopradores de ar foram abordados os modos de falha, seus efeitos e algumas consequências geradas a segurança humana e ambiental, operacional e não operacional. A fonte utilizada para gerar as análises abaixo foram as Solicitações de Análise de Componentes (SAC), sendo consideradas as solicitações do ano 2011 enviadas para área de recuperação de componentes, que geraram relatórios chamados Relatórios de Análise de Falhas (RAF). Sequência de eventos de uma falha Levando-se em conta a dificuldade de análise de um componente com várias seções e peças, foi estabelecido um fluxograma que compreende a sequência dos eventos de uma falha conforme ilustrado na figura 1.

Figura 1 - Fluxograma que representa a sequência de eventos de uma falha. Efeitos observados Por meio das informações extraídas dos RAF, puderam-se determinar os efeitos mais comuns encontrados no soprador de ar. Esses efeitos foram suficientemente relevantes para a decisão de enviar o componente para o processo de recuperação ou descarte dependendo do tempo de vida útil e da avaria encontrada. Para a montagem da tabela dos efeitos com a respectiva frequência e do gráfico de Pareto, foram analisados 31 RAF. A tabela 1 e o gráfico de Pareto ilustrado na figura 2 mostram os efeitos observados e suas respectivas frequências. 169

Tabela 1 - Efeitos e Frequência Observados. Efeitos

Frequência

Diversos Expelindo óleo Turbo grimpado Flange da carcaça dos gases trincado Ruído estranho

13 8 6 2 2

Frequência Relativa 0,419 0,258 0,193 0,065 0,065

Efeitos Observados 14 12 10 8 6 4 2 0

0,500 0,400 0,300 0,200 0,100 0,000

Diversos

Expelindo óleo Turbo grimpado

Flange da Ruído estranho carcaça dos gases trincado

Figura 2 - Efeitos observados. No gráfico acima pode-se se notar que os efeitos mais significativos são representados pelo componente avariado nas formas expelindo óleo e grimpado, grimpado, os quais somam-se somam 45,10% dos casos analisados no ano 2011. Expelindo óleo

Frequência dos Subcomponentes Avariados

Concentrando o estudo nos efeitos mais significativos, segue na figura 3 uma análise para o efeito expelindo óleo. Nesta análise será mostrada a quantidade de peças dos turbos t (subcomponentes) avariados por turbo desmontado. Expelindo Óleo

12 10 8 6 4 2 0 Sp.1

SP.2

Sp.3

Sp.4

Sp.5

Sp.6

Sp.7

Sp.8

Média

Sopradores

Figura 3 - Gráfico da quantidade média de subcomponentes afetados por soprador desmontado. Para o efeito expelindo óleo pode-se pode se verificar que em média cerca de 6,8750 subcomponentes por soprador são retirados avariados e enviados para recuperação ou descarte. A tabela 2 e o gráfico ilustrado na figura 4 mostram as maiores avarias desses subcomponentes. 170

Tabela 2 - Frequência dos Subcomponentes Avariados. Subcomponentes Frequência 11 Diversos 6 Colar 6 Eixo do conjunto rotor 6 Mancal lado turbina 5 Selo lado compressor 4 Bocal 4 Mancal lado compressor 4 Roda compressora 4 Roda da turbina 4 Selo lado turbina

Frequência Relativa 0,207 0,112 0,112 0,112 0,097 0,072 0,072 0,072 0,072 0,072

Subcomponentes - Maiores Avarias 15

0,250 0,200

10

0,150 0,100

5

0,050 0

0,000

Figura 4 - Gráfico subcomponentes com maiores avarias. Na tabela 2 pode-se se verificar que, para o efeito expelindo óleo, os subcomponentes com as maiores avarias são o Colar, Eixo do Conjunto Rotor e Mancal Lado Turbina os quais representam 33,60% do total das das avarias. Concentrando o estudo nos subcomponentes mais significativos, segue abaixo uma análise individual para cada um. Colar Conforme pode ser observado na tabela 3, os principais modos de falha encontrados no colar foram as marcas de raspagem e superaquecimento. su Tabela 3 - Frequência dos modos de falha encontrados no Colar. Colar

Frequência

Marcas de raspagem Marcas de superaquecimento Desgaste Marcas de grimpamento Avariado

3 3 1 1 1

Frequência Relativa 0,333 0,333 0,111 0,111 0,111 171

ra 5 ilustra a distribuição dos modos de falha no subcomponente colar. A figura Sequencialmente observa-se, se, na figura 6, as imagens do Colar com marcas de raspagem no selo e marcas e superaquecimento. Colar - Modos de Falha 11%

Marcas de raspagem 34%

11%

Marcas de superaquecimento Desgaste

11%

Marcas de grimpamento Avariado 33%

Figura 5 - Gráfico do subcomponente colar com seus principais modos de falha.

(A)

(B) Figura 6 - (A) Marcas de raspagem no selo; (B) Vestígios de superaquecimento. Fonte: SAC (2011) Eixo do Conjunto Rotor Conforme pode ser observado na tabela 4, os principais modos de falha encontrados foram grimpamento, superaquecimento uperaquecimento e raspagem contra o mancal lado turbina. Tabela 4 - Frequência dos modos de falha encontrados no Eixo do Rotor. Eixo do conjunto rotor Frequência Relativa Frequência 4 0,363 Grimpado 2 0,181 Superaquecido 0,181 Raspado contra o mancal lado 2 turbina 1 0,090 Selo raspado 1 0,090 Raspado 1 0,090 Fraturado A figura 7 ilustra a distribuição dos modos de falha no subcomponente Eixo do Conjunto Rotor. Sequencialmente observa-se, observa se, na figura 7, as imagens do Eixo do Conjunto Rotor com vestígios ios de superaquecimento e com marcas de grimpamento.

172

Eixo do Conjunto Rotor - Modos de Falha 9%

Grimpado

9% 37% 9%

Superaquecido Raspado contra o mancal lado turbina Selo raspado

18%

Raspado 18% Fraturado

Figura 7 - Principais modos de falha do subcomponente Eixo do Conjunto Rotor.

(A)

(B) Figura 8 - (A) Superaquecimento no eixo; (B) Grimpamento no eixo. Fonte: SAC (2011) Mancal Lado Turbina nforme pode ser observado na tabela 5, o principal modo de falha encontrado foi Conforme grimpamento. Tabela 5 - Frequência dos modos de falha encontrados no Mancal. Mancal lado turbina Frequência Frequência Relativa 3 0,375 Grimpado 2 0,250 Raspado 0,250 Canais de lubrificação ubrificação 2 obstruído 1 0,125 Lobo deslocado A figura 9 ilustra a distribuição dos modos de falha no subcomponente Mancal Lado Turbina. Sequencialmente observa-se, se, na figura 10, as imagens do Mancal Lado Turbina grimpado com canais de lubrificação ão obstruídos e marcas de raspagem contra o eixo.

173

Mancal Lado Turbina - Modos de Falha

13% Grimpado 38%

Raspado

25% Canais de lubrificação obstruídos Lobo deslocado 25%

Figura 9 - Gráfico do subcomponente Mancal Lado Turbina com seus principais modos de falha.

(A)

(B) Figura 10 - (A) Canais obstruídos; (B) Marcas de raspagem contra o eixo. Fonte: SAC (2011) Grimpamento Concentrando o estudo nos efeitos mais significativos, segue abaixo a análise para o efeito grimpamento. Nesta análise será mostrada a quantidade de peças dos turbos (subcomponentes) avariados por turbo desmontado (FIGURA 11).

Frequência dos subcomponetes Avariados

Grimpamento 12 10 8 6 4 2 0 Sp. 1

Sp. 2

Sp. 3

Sp. 4

Sp. 5

Sp. 6

Média

Sopradores de Ar

Figura 11- Gráfico da quantidade média de subcomponentes afetados em cada soprador desmontado. 174

Para o efeito grimpamento pode-se pode se verificar que em média cerca de 6,1667 subcomponentes por soprador são retirados avariados e enviados para recuperação ou descarte. A tabela 6 e o gráfico de Pareto apresentado na figura 12 mostram as maiores avarias desses subcomponentes. Tabela 6 - Frequência das avarias dos subcomponentes. Subcomponentes Frequência 13 Diversos 5 Eixo do conjunto rotor 4 Bocal 4 Mancal lado turbina 4 Roda compressora 4 Roda da turbina 4 Selo lado turbina

Frequência Relativa 0,342 0,132 0,105 0,105 0,105 0,105 0,105

Subcomponentes - Maiores Avarias

14 12 10 8 6 4 2 0 Diversos

Eixo do conjunto rotor

Bocal

Mancal lado Roda turbina compressora

Roda da turbina

0,400 0,350 0,300 0,250 0,200 0,150 0,100 0,050 0,000 Selo lado turbina

Figura 12 - Gráfico dos subcomponentes com as maiores avarias. se verificar que, para o efeito grimpamento, o subcomponente subcompone com maior Na tabela 6 pode-se avaria é o Eixo do Conjunto Rotor, que soma 13,20% do total de avarias. Concentrando o estudo no subcomponente mais significativo, segue abaixo a análise individual. Eixo do conjunto Rotor Conforme pode ser observado na tabela 7, os principais principais modos de falha encontrados foram grimpamento e superaquecimento. Tabela 4 - Frequência dos modos de falha. Eixo do conjunto rotor Frequência 3 Grimpamento 2 Superaquecimento 1 Raspagem

Frequência Relativa 0,500 0,333 0,167

A figura 13 ilustra a distribuição dos modos de falha no subcomponente Eixo do Conjunto Rotor. Sequencialmente observa-se, observa se, na figura 14, a imagem do eixo do conjunto rotor com marcas de grimpamento no eixo do mancal lado turbina.

175

Eixo do Conjunto Rotor

17% 50% 33%

Grimpamento Superaquecimento Raspagem

Figura 13- Gráfico doo subcomponente eixo do conjunto rotor com seus principais modos de falha.

Figura 14 - Marcas de grimpamento no eixo do mancal lado turbina. turbina. Fonte: SAC (2011) Consequências dos Modos de Falha De acordo com os relatórios estudados as consequências encontradas encontradas das avarias do soprador de ar se baseiam em problemas na produção da ferrovia, gerando Linha Hora Parada (LHP), ou seja, afetando a produção total, os serviços de atendimento ao cliente e gerando custos operacionais. CONCLUSÕES Neste trabalho foi oi realizado um estudo que possibilitou identificar os principais modos de falha do componente soprador de ar, presente em locomotivas. Destacam-se Destacam abaixo as conclusões do estudo. Na estratificação dos efeitos observados, verificou-se verificou se que em 45,10% dos casos cas o componente estava no modo de falha expelindo óleo ou grimpamento. Para o efeito expelindo óleo, em média cerca de 6,87 subcomponentes por soprador são retirados avariados. Sendo que, para esse efeito, os subcomponentes com as maiores avarias são o Colar, lar, Eixo do Conjunto Rotor e Mancal Lado Turbina os quais somam 33,60% do total de avarias. Para o efeito Grimpamento, em média cerca de 6,16 subcomponentes por soprador são retirados avariados. Sendo que, para esse efeito, o subcomponente com maior avaria avari é o Eixo do Conjunto Rotor que soma 13,20% do total de avarias. A aplicação da metodologia para a análise desenvolvida neste trabalho pode ser efetuada para outros componentes, desde que estejam disponíveis dados que permitam realizar as avaliações necessárias. 176

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

ALIMENTAÇÃO DO PARATI MUGIL CUREMA NA LAGOA DE ARARUAMA,RJ THAIS HELENA CRUZ DE CARVALHO FREITAS1, ALEJANDRA FILIPPO GONZALES NEVES DOS SANTOS2 1 Bolsista de estágio interno do Dept. Zootenia da Faculdade de Veterinária, UFF, [email protected]; 2 Profa Dra do Dept Zootecnia da Faculdade de Veterinária, UFF, (21) 2629-9518, [email protected]

(21)

97222617,

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: O objetivo do presente trabalho foi realizar análises laboratoriais sobre dieta do parati, M. curema na Lagoa de Araruama, o maior sistema hipersalino do estado do RJ. Foram feitas coletas trimestrais em 2011, num período de 12hs utilizando redes de espera entre 15-45 mm nós adjacentes. Os peixes coletados foram pesados, medidos e dissecados para analise do conteúdo estomacal em microscópio estereoscópio. Foram analisados 49 exemplares medindo cerca de 16,7cm (EP±0,64) CT e pesando entre 56,7g (EP±8,4) PT. Para a análise da dieta, foi utilizado o Índice de Importância Relativa (%IIR). A composição alimentar demonstrou-se diversificada, apresentando itens alimentares de diferentes grupos taxonômicos: Algas sendo a categoria mais consumida chegando a representar 74,19%IIR, seguido de Matéria Orgânica Digerida com 9,55%IIR, Lodo com 5,85%IIR e Poliquetas com 5,61%IIR, havendo um consumo mínimo de Protozoas (foraminífera) com 2,62%IIR, Crustáceos (copépoda harpacticóide) com 1,56% e Cnidario com 0,01%IIR. Os resultados retratam a espécie como onívora associada a substratos na lagoa, o que constituí um importante acervo para o incremento do conhecimento dos processos que regulam esse ecossistema. PALAVRAS–CHAVE: Mugilidae, dieta, ecossistema hipersalino.

FEEDING OF THE WHITE MULLET, MUGIL CUREMA IN ARARUAMA LAGOON ABSTRACT: This study aimed to analyze the diet of the white mullet Mugil curema in Araruama Lagoon, the largest hypersaline system in Rio de Janeiro state. Fish surveys were performed on a three-monthly basis in 2011, using a set of 15-45 mm mesh gillnets for 12 hours. All captured fish were identified, measured in size, weighted and dissected for analyses of food content in a stereoscopic microscope. A total of 49 M. curema measuring 16.7cm (EP±0.64) LT and weighing 56.7g (EP±8.4) WT was analyzed. The Relative Importance Index (RII) was used for diet analysis. The feeding composition of M. curema was diversified, with food items of different taxonomic groups: Algae, as the most consumed category, ing for 74.19% RII, followed by Digested Organic Matter (9.55% RII), Mud (5.85% RII) and Polychaetes (5.61% RII), and showing a minimal consumption on Protozoa (Foraminifera; 2.62% RII), Crustacea (harpaticoid copepod; 1.56% RII) and Cnidaria (0.01% RII). Our results indicate that M. curema is an substrate-associated omnivorous species, contributing as an important resource to broaden the knowledge of the biological process that govern the Lagoon. KEYWORDS: Mugilidae, diet, hipersaline ecosystem.

178

INTRODUÇÃO

A família Mugilidae, possui uma ampla distribuição geográfica, sendo encontrada em águas tropicais e subtropicais no mundo todo, principalmente nas regiões costeiras. No Brasil são encontradas espécies do gênero Mugil, dentre elas M. liza, M. platanus e M.curema, que dependendo da região são conhecidas como paratis, tainhas e curimãs, sendo a M. curema conhecida como parati nas regiões sudeste e sul e como tainha na região nordeste (OLIVEIRA & SOARES, 1996). Os juvenis de paratis deslocam-se para regiões costeiras entrando em águas estuarinas e lagunares, ricas em alimento, onde am sua fase de crescimento e na época de desova migram para o mar. Segundo FRANCO (1992) a agem dos paratis de águas marinhas para corpos d’águas estuarinos e continentais é facilitada pelas suas características eurihalinas. Uma das principais características do comportamento alimentar dos mugilídeos é a sua capacidade de adaptação a alimentos de diversas origens, diferenciando seus hábitos alimentares de acordo com a fase de seu ciclo de vida (FRANCO,1992). Estudos relacionados à alimentação das tainhas indicam que estas apresentam hábito alimentar herbívoro a detritívoro (OLIVEIRA & SOARES, 1996), diversificando a preferência alimentar ao longo do desenvolvimento e de acordo com a disponibilidade de alimento no meio, normalmente se alimentando dos níveis tróficos mais baixos em ambiente natural (BENETTI & FAGUNDES NETTO 1991), consumindo microalgas, zooplâncton e detritos (OLIVEIRA & SOARES, 1996), fatores que tornam a espécie apta a criações em sistemas que utilizem o alimento natural como fonte suplementar, possibilitando a redução dos custos de produção. As características biológicas das espécies dessa família fazem com que essas sejam consideradas com grande potencialidade para a aqüicultura (GODINHO, 1988). A piscicultura marinha brasileira não tem cultivo comercial de nenhuma espécie, porém na pesca extrativa, o parati apresenta produção em vários estados do Brasil (Rio de Janeiro, São Paulo, Paraná, Santa Catarina, Rio Grande do Sul) (IBAMA, 2008). Na Lagoa de Araruama M. curema é uma das espécies de maior valor econômico. Ocorrem durante o ano todo ao longo de toda a lagoa em diferentes fases do ciclo de vida (Saad 2003). O presente estudo tem com objetivo analisar a composição do conteúdo estomacal do parati Mugil curema, na Lagoa de Araruama - RJ, visando ampliar o conhecimento bioecológico sobre a espécie em ambientes costeiros neotropicais hipersalinos, identificando através destes estudos, seu potencial para cultivo. MATERIAL E MÉTODOS

Área de Estudo: Circundada por cinco municípios, Araruama, Arraial do Cabo, Cabo Frio, São Pedro da Aldeia e Iguaba, a Lagoa de Araruama é composta por sete enseadas ou embaiamentos delimitadas por pontas arenosas formadas pela ação destrutiva e construtiva das correntes marinhas (Fig. 1). Possui uma área de 220 km2, perímetro de 190 km, profundidade média de 2,9 m e um volume de 636 milhões de m3. Sua largura máxima é de 14 km e comprimento de 33 km. A entrada de água do mar para lagoa se dá através do canal de Itajuru, cuja largura varia entre 100-300m e comprimento de 5,5 km, sendo limitada por uma restinga litorânea pelo lado oceânico (García et al. 2009). A bacia da Lagoa de Araruama é formada por um conjunto de sub-bacias onde quase todos os rios são intermitentes. Limita-se a oeste com a bacia da lagoa de Saquarema e ao norte e nordeste com as bacias dos rios São João e Uma. Os cursos de água que drenam para a lagoa são de oeste para leste: rio Congo, rio das Moças, vala dos Barretos, vala do Hospício, 179

rio Mataruna, rio do Cortiço, rio Salgado, rio Iguaçaba, rio Ubá, riacho Cândido, córrego Piripiri, canal de Parati e o canal da Cia nacional de Álcalis (Bidegain & Pereira, 2006). A Lagoa de Araruama é um ecossistema ímpar devido hipersalinidade, que oscila de 56-77 no corpo principal e de 35-43 no canal de Itajuru, única conexão com o mar aberto, que atua como fonte de água oceânica e de sal. A salinidade da Lagoa é causada pelo pequeno aporte de água doce, elevada evaporação, reduzida precipitação, influência do canal de Itajuru, e um forte e permanente vento nordeste. Como as taxas de evaporação são mais elevadas das que de precipitação, a entrada de água salgada na Lagoa provoca a hipersalinidade (Bidegain & Pereira, 2006). A troca de água através do canal de Itajuru tem sido muito pequena devido ao assoreamento, sendo a onda de maré atenuada a praticamente zero pouco depois de atingir a Lagoa propriamente dita. O tempo de renovação da água é em torno de 83,5 dias. O canal se mantém aberto por estar sua desembocadura localizada entre afloramentos rochosos (morros de Nossa Senhora da Guia e Cruz). Existe também o canal artificial Palmer, outro meio importante de entrada de água na Lagoa nos dias atuais (Bidegain & Pereira, 2006).

Figura 1 - Mapa esquemático da Lagoa de Araruama, indicativo de sua localização geográfica e dos principais ecossistemas aquáticos circunvizinhos. O relevo regional é dominado por colinas e baixadas, onde a cobertura vegetal original foi amplamente suprimida e substituída por pastagens. Restam pequenas manchas isoladas de florestas nas serras do Palmital e Sapiatiba. Classificada com o nome oficial de “savana estépica” pelo IBGE, uma vegetação nativa de árvores e arbustos com grande quantidade de cactos é marcante na região, recobrindo a maior parte dos morros litorâneos e todas as ilhas. Remanescentes de vegetação de restinga podem ser encontrados nas restingas de Massambaba e Cabo Frio (García et al. 2009). Os recursos naturais da região favorecem as suas vocações sócio-econômicas, que são além da pesca, a extração mineral de cálcareo conchífero e do sal, exploração de petróleo em alto mar, o turismo, a construção civil e numerosas indústrias pesqueiras instaladas, principalmente, em Cabo Frio (García et al. 2009). Amostragens e tratamento de dados:

180

Foram realizadas coletas trimestrais da ictiofauna na Lagoa de Araruama, por meio de redes de espera com malhas de tamanhos variados (15-45 mm entre nós adjacentes) num período de 12h, em oito pontos distribuídos ao longo da lagoa, situados entre os municípios de Cabo Frio e Iguaba, nos meses de fevereiro, maio, julho e outubro de 2011 (Fig. 2). As variáveis físicas e químicas da água, como temperatura, oxigênio, pH e salinidade, foram medidas por sonda multiparâmetro em cada local de coleta. Posteriormente, os peixes foram fixados em formol a 10%, colocados em sacos plásticos, etiquetados e, posteriormente, conduzidos ao Laboratório de Aqüicultura da UFF (Faculdade de Veterinária) através de bombonas de plástico. Todos os indivíduos foram identificados de acordo com a literatura corrente em ictiologia para espécies de águas salobras e marinhas (Figueiredo & Menezes 1978, 1980, 2000; Menezes & Figueiredo 1980, 1985).

Figura 2 - Atividades de campo na Lagoa de Araruama e análises de estômagos em laboratório Foram analisados 49 exemplares de M. curema medindo cerca de 16,7cm (EP±0,64) CT e pesando entre 56,7g (EP±8,4) PT. As identificações mais precisas do conteúdo estomacal tiveram ajuda de especialistas da UFF e da UNIRIO. Para a análise da dieta, foi utilizado o Índice de Importância Relativa (Pinkas, 1971): IIR = (%FN + %FP) x %FO, onde: a) Frequência de ocorrência (%FO) = relação em percentagem entre o número de estômagos contendo um determinado item e o número total de estômagos com alimento; b) Frequência numérica (%FN) = relação em percentagem entre o número de indivíduos de um determinado item e o número total de indivíduos de todos os itens; c) Frequência de peso (%FP) = relação em percentagem do peso de determinado item e o peso total dos itens. A percentagem do IIR foi calculada considerando o valor do IIR para cada item alimentar dividido pelo somatório dos valores de IIR. 181

RESULTADOS E DISCUSSÃO

A composição alimentar de M. curema foi diversificada, apresentando itens alimentares de diferentes grupos taxonômicos: Algas sendo a categoria mais consumida chegando a representar 74,19%IIR, seguido de Matéria Orgânica Digerida Digerida com 9,55%IIR, Lodo com 5,85%IIR e Poliquetas com 5,61%IIR, havendo um consumo mínimo de Protozoas (foraminífera) com 2,62%IIR, Crustáceos (copépoda harpacticóide) com 1,56% e Cnidario com 0,01%IIR (Fig. 3). A posição trófica M. curema na Lagoa de Araruama, uama, pode ser considerada como consumidora primária estando próximo das fontes de energia, tanto na cadeia de detrito quanto na de produção, que segundo Alvarez-Lajonchere Alvarez Lajonchere (1983), é uma característica que facilita sua exploração em cativeiro.

45 40 35 30 25 20 15 10 5 0

Figura 3 – Percentagem de IIR da dieta da tainha, M.curema. M. curema é de uma espécie que obtém seus nutrientes de organismos associados a partículas de sedimento. Do ponto de vista da classificação científica, lama e lodo podem englobar grãos de areia, lama, fragmentos de tecidos, restos de escamas, espículas de esponja, hifas de fungo, algas, zooplâncton e invertebrados (Menezes e Figueiredo, 1980). De modo geral, a classificação de M. curema como iliófago se deve a alta freqüência de ocorrência de sedimentos no conteúdo estomacal. Segundo Cunha (2009), na Lagoa de Iquipari, a espécie ingeriu microalgas, zooplâncton e restos vegetais agregados à ingestão de sedimento. Estudos realizados em diferentes ecossistemas, região estuarina de Itamaracá, Pernambuco, Pernambuco, no estuário do Rio Potengi, Rio Grande do Norte, na lagoa do Açu, Rio de Janeiro, no golfo de Cariaco-Estado Cariaco Suche, Venezuela e em estuários de Gana, África, registraram esse hábito alimentar para M. curema,, sendo a iliofagia uma característica da da espécie (Franco & Bashirullah,1992; Vasconcelos-Filho, Filho, 2001; Dankwa et al., 2005; Lopes de Deus, 2007; Vasconcelos-Filho Vasconcelos et al., 2009). Resultados similares foram observados em estudos com lagoas costeiras do litoral norte do Estado RJ, onde identificaram identificaram itens alimentares como: algas, zooplanctônicos, larvas e invertebrados, detritos, pelotas fecais, ovos de invertebrados e grãos de areia, nos estômagos desta espécie (Aguiaro, 1999). Estudos feitos por Silva Neto (2012) revelaram predomínio de 182

estômagos repletos de algas e sedimentos, sendo que os recursos fitoplanctônicos dominantes na dieta foram as espécies: Cyclotella e Coscinodiscus. Na Lagoa do Açu os itens encontrados foram: Bacillariophyceae pennales (diatomáceas), Crustacea como Copépodos, Dinophyceae (dinoflagelados), alga não identificada, e Polychaeta, além da presença de restos orgânicos (detritos) e sedimentos inorgânicos (Rocha, 2007). Furtado (1968) ao analisar a dieta em juvenis de M. curema no Ceará, detectou a predominância de diatomáceas, como alimento secundário crustáceos planctônicos e como ocasional alguns protozoos, além de considerar a ingestão acidental de esporas de fungos e partículas de areia. Yanez-Arancibia (1976) encontrou para a mesma espécie na Laguna de Tres Palos e de Coyuca (México) uma dieta constituída por detritos, matéria orgânica, microflora e restos vegetais. González e AlvarezLajonchere (2000) encontraram no conteúdo estomacal da espécie em águas cubanas, partículas finas de sedimentos, restos orgânicos e diatomáceas. A Matéria Orgânica Digerida encontrada nos estômagos é constituída essencialmente por material vegetal e animal proveniente de algas, poliquetas entre outros. Margalef (1977) menciona que lagunas de manguezais são relativamente ricas em matéria orgânica. Angell (1973) demonstrou detritos podem se misturar com sedimentos inorgânicos e este pode estar associado com microfauna e microflora que pode ser material aproveitado pela espécie que o consome. A seleção alimentar pode ainda estar relacionada a ecomorfologia da espécie, pois a capacidade de apreensão do fitoplancton pelos rastros branquiais delimita o tamanho das partículas que são propriamente ingeridas. Segundo Oliveira & Soares (1996), essa variação na dieta é referida como mecanismo de minimização das possíveis interações intra-específicas e resulta na ampliação do espectro alimentar. CONCLUSÕES Mugil curema é uma espécie onívora que se associa a substratos na Lagoa de Araruama, o que constituí um importante acervo para o incremento do conhecimento dos processos que regulam esse ecossistema. REFERÊNCIAS ANGELL, CH. L. Algunos aspectos de la biología de la lisa Mugil curema Valenciennes, en aguas hipersalinas del Nor-oriente de Venezuela. Mem. Soc. Cienc. Nat. La Salle, 33 (96): 223-238. 1973. BENETTI, DD & J FAGUNDES NETO. 1991. Preliminary results on growth of mullets (Mugil liza and M. curema) fed on artificial diets. Journal World Aquaculture Society, 22: 5557. Bidegain, P.P., Pereira, L.F.M. 2006. Plano da bacia hidrográfica da Região dos Lagos e do Rio São João. 156 p. FIGUEIREDO, L., MENEZES, N.A. 1978. Manual de Peixes Marinhos do Su-deste do Brasil. II. Teleostei (1). São Paulo, Museu Zoologia, Univ. São Pau-lo, 110 p. FIGUEIREDO, L., MENEZES, N.A. 1980. Manual de Peixes Marinhos do Su-deste do Brasil. II. Teleostei (2). São Paulo, Museu Zoologia, Univ. São Pau-lo, 90p. FIGUEIREDO, L., MENEZES, N.A. 2000. Manual de Peixes Marinhos do Su-deste do Brasil. VI. Teleostei (5). São Paulo, Museu Zoologia, Univ. São Paulo, 116p. FRANCO, L., BASHIRULLAH, K.M.B. Alimentación de la lisa (Mugil curema) del golfo de Cariaco-Estado Suche, Venezuela. Zootecnia Tropical, v.10(2):219-238. 1992. FURTADO, E. Algunos datos sobre alimentacao de jovenes do genero Mugil Linn. no Estado de Ceará. Arq. Est. Biol. Mar. Univ. Ceará 8 (2): 173-176.1968. 183

GARCÍA, R.S., TRANNIN, M.C., JÚNIOR M.G. 2009. Considerações ambientais e sociais do ecossistema da Lagoa de Araruama. EGAL, tema 7- Procesos de la interacción sociedadnaturaleza. 15p. GODINHO, H.M., SERRALHEIRO, P. C. da S., SCORVO FILHO, J. D. Revisão e discussão de trabalhos sobre as espécies do gênero Mugil (TELEOSTEI, PERCIFORMES, MUGILIDAE) da costa brasileira (LAT. 3ºS - 33ºS). Boletim do IBAMA, 2008. Estatística da pesca 2006 Brasil: grandes regiões e unidades da federação. Brasília: IBAMA. 174 p Instituto de Pesca, 15 (1), p.67-80, 1988. MARGALEF, R. Ecología. Omega, S. A. Barcelona, Esp. 951 p. 1977 MENEZES, N.A. & FIGUEIREDO, J.L.1980. Manual de peixes marinhos do sudeste do Brasil. São Paulo, Museu de Zoologia - USP, 96 pp. v. 4: Teleostei 3. MENEZES, N.A. & FIGUEIREDO, J.L.1985. Manual de peixes marinhos do sudeste do Brasil. São Paulo, Museu de Zoologia - USP, 105 pp. v. 5: Teleostei 4. OLIVEIRA, I.R., SOARES, L.S. H. Alimentação da tainha Mugil platanus GÜNTHER, 1880 (PISCES:MUGILIDAE) da região estuarino lagunar de Cananéia, São Paulo, Brasil. Boletim do Instituto de Pesca, 23 (único), p.95-104, 1996. PINKAS, L. Food habits study. 1971. Calif. Fish Game, Fish Bull., v. 152, p. 5-10. SAAD, A.M. 2003. Composição e distribuição espacial, dinâmica de populações de peixes e estatística pesqueira na Lagoa hipersalina de Araruama, RJ. Tese (Doutorado) em Ecologia e Recursos Naturais, Universidade Federal de São Carlos, São Carlos-SP. VASCONCELOS FILHO, A. L.; NEUMANN-LEITÃO, S.; ESKINAZI-LEÇA, E. Hábitos alimentares de consumidores primários da ictiofauna do sistema estuarino de Itamaracá . Rev. Bras. Enga. Pesca . 2009. VASCONCELOS-FILHO, A. L. Interações tróficas entre peixes do Canal de Santa Cruz (Pernambuco-Brasil). (Tese de Doutorado em Ciências). Centro de Tecnologia e Geociências. Departamento de Oceanografia. UFPE. Recife, Pernambuco. 2001. 184p. YANEZ-ARANCIBIA, L. A. Observaciones sobre Mugil curema Valenciennes en áreas naturales de crianza. México: Alimentación, crecimiento, madurez y relaciones ecológicas. An. Centro de Ciencias del Mar y Limnol. Univ. Nac. Auton. México. 3 (1): 93-124.1976

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

DETERMINAÇÃO DAS TENSÕES MECÂNICAS EM ESCORAMENTOS METÁLICOS REMANESCENTES POR MEIO DA EXTENSOMETRIA (STRAIN GAGE) DOUGLAS STHÉFANNO DE SENA OLIVEIRA1, NILTON DA SILVA MAIA2 1 2

Graduando em Engenharia de Materiais, CEFET-MG, (31) 75086521, [email protected] Doutor em Engenharia Mecânica, CEFET-MG, (31) 92789960, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Neste trabalho analisa-se um sistema de escoramento metálico no intuito de verificar os efeitos e a distribuição de tensões mecânicas quando este está submetido às cargas provenientes do processo de concretagem de lajes (construção predial). Os ensaios de campo foram realizados em uma obra na região metropolitana de Belo Horizonte. Utilizou-se a extensometria como ferramenta de análise das tensões mecânicas presentes durante a concretagem da lage. Essa ferramenta permite medir as deformações reais em serviço para a estrutura de interesse por meio de um sensor (strain gage). Os procedimentos de seleção do strain gage, colagem do strain gage, proteção de strain gage e de instrumentação elétrica para aquisição dos dados apresentam grande abordagem neste trabalho, pois a execução eficaz dos mesmos é essencial para a obtenção de medições eficazes que realmente revelem a realidade da distribuição e intensidade dos esforços mecânicos. Uma comparação entre as tensões teóricas, calculadas por meio das equações da resistência dos materiais, em relação às tensões reais presentes, obtidas pela extensometria, foi exercida; e a análise de algumas influências externas não esperadas também. Além disso, verificou-se a presença de esforços trativos nas diagonais do escoramento, o que não é esperado pela análise teórica dos esforços mecânicos e usualmente também não é abordado nas considerações de projeto de escoramentos. PALAVRAS–CHAVE: tensões mecânicas, escoramentos metálicos, extensometria.

DETERMINATION OF MECHANICAL STRESS IN REMAINING METALLIC SHORING BY EXTENSOMETRY (STRAIN GAGE) ABSTRACT: This paper analyzes a system of metal shoring in order to the effects and distribution of mechanical stress when it is subjected to loads from the slab concreting process (building construction). Field tests were conducted in a building in the metropolitan area of Belo Horizonte. It was used extensometry as a tool to the analysis of mechanical stresses present during the concreting of the slab. This tool allows measuring the real deformations in service for the structure of interest with a sensor (strain gage). The procedures for strain gage selection, strain gage bonding, protection and strain gage electrical instrumentation for data acquisition have great approach in this work, because the effective implementation of the same is essential for obtaining accurate measurements that truly reveal the reality of the distribution and intensity of the mechanical efforts. A comparison between the theoretical stresses calculated by the equations of materials strength in relation to the real acting stresses, obtained by the extensometer analysis, was carried out; and some unexpected external influences too. Moreover, it was verified the presence of traction efforts on the diagonals of the shoring, which is not expected by theoretical analysis of mechanical stress and usually is not approached in the project considerations of the shoring. KEYWORDS: mechanical stresses, metal shoring, extensometry.

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INTRODUÇÃO Historicamente, os projetos de escoramento metálico têm recebido pequena atenção no processo construtivo. Entretanto, a análise das tensões mecânicas nos escoramentos vem se revelando cada vez mais importante para evitar patologias na concretagem e custos desnecessários. (PINTO JÚNIOR, 2011) No canteiro de obra, a execução de escoramentos geralmente é atribuída aos mestres de obras e/ou encarregados de carpintaria. Este procedimento geralmente resulta em desperdício de material e de mão de obra, pois normalmente as escoras ficam superdimensionadas com conseqüente aumento de consumo de materiais e mão de obra ou ficam sub-dimensionadas, agravando a possibilidades de falhas no escoramento. (SMANIOTTO, 2012 e FARINHA, 2005) Desse modo percebe-se, conforme Pinto Júnior (2011), que a alta incidência de acidentes em obras com escoramento metálico, a complexidade e dificuldade na execução das montagens, a busca pela melhoria da qualidade na prestação de serviço, vem proporcionando ao tema uma abordagem mais científica e ressaltando a importância do estudo na área. As várias técnicas de análise experimental de tensões apresentam utilização difundida nos níveis de pesquisa. E, dentre essas técnicas, a mais utilizada é a extensometria, por apresentar alta precisão nas medidas, desde que tenham sido empregados os procedimentos corretos relacionados à utilização e aplicação dos strain gages. (ANDOLFATO; CAMACHO; DE BRITO, 2004). De acordo com Grante (2004), os extensômetros de resistência elétrica, ou “strain gages”, são dispositivos que ao serem acoplados em uma determinada peça ou componente estrutural permitem mensurar tensões e deformações nos mesmos, por meio de uma variação em sua dimensão (deformação) que acarreta uma variação de sua resistência elétrica. Esta variação é convertida, em alguns casos, em tensão elétrica (voltagem), que então é amplificada para melhor tratamento de dados. O presente trabalho visa avaliar os níveis reais de tensões presentes em um escoramento metálico em ensaio de campo (construção predial) por meio da extensometria, na tentativa de fomentar maiores discussões acerca de projetos de escoramentos metálicos. MATERIAL E MÉTODOS Foram exercidos os procedimentos de seleção, colagem, instrumentação elétrica e proteção dos strain gages para dois apoios (diagonalmente opostos) do escoramento e para as diagonais do mesmo. A seleção dos strain gages foi baseada no que era esperado com relação à distribuição dos esforços no escoramento durante a concretagem da laje. Desse modo, utilizou-se uma roseta extensométrica para os apoios no intuito de mensurar os esforços tanto verticais, já esperados, além de verificar a presença de esforços horizontais, geralmente não abordados nas considerações de projetos de escoramentos. Nas diagonais utilizou-se somente strain gages unidirecionais para verificar a presença de algum esforço trativo ou compressivo. As especificações dos strain gages utilizados estão descritas na tabela 1. Tabela 1 – Especificações dos Strain gages Strain Gage Roseta FRA-5-11 KFG-5-120-C1-11 Fonte: KYOWA

Resistência Elétrica (u) 120 120

Fator do extensômetro 2,10 ± 1,0% 2,10 ± 1,0%

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Para a execução da colagem dos strain gages, primeiramente foram exercidas as preparações das superfícies metálicas das regiões escolhidas para a colagem. Os processos de preparação abrangem o lixamento da superfície e a limpeza com solvente. O lixamento inicial com lixas de granulometria 80 e 120 Mesh, foi exercido mecanicamente, com o auxílio de uma ferramenta. O lixamento subseqüente foi executado manualmente com lixas de granulometria 120, 240 e 320 Mesh, em sequência. A Figura 1 representa uma das superfícies pós-lixamento.

Figura 1 – Superfície pós-lixamento do local de colagem do strain gage em um dos painéis laterais.

A limpeza com solvente foi exercida com algodão e hastes flexíveis embebidas em álcool isopropílico. Este procedimento é executado para auxiliar na remoção de resíduos de tinta e principalmente pra retirada de carbono superficial proveniente do aço, pois o carbono possui propriedades lubrificantes que prejudicam a adesão do strain gage à superfície metálica. Com a superfície preparada, os strain gages foram montados cada um em uma tira de fita adesiva (durex) juntamente com terminais de ligação que possibilitam a ligação dos extensômetros em cabos para aquisição de dados (instrumentação elétrica), conforme figura 2. Os strain gages foram colados com adesivos à base de cianoacrilato, que curam por reticulação, promovendo uma adesão bastante resistente. O tempo de cura dessas colas é geralmente rápido (quase que instantâneo), entretanto, não se manuseou o strain gage por 24 horas no intuito de evitar qualquer dano.

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Figura 2 – Strain gages e terminais de ligação montados na fita de base.

O processo subseqüente consiste na instrumentação do strain gage para aquisição dos dados. Para isso, executa-se um processo de brasagem com deposição de estanho para ligação nos terminais, que são então ligados aos fios que promoverão a interface com a placa de dados. A Figura 3 mostra os fios já conectados aos strain gages. Nesta análise, utilizou-se para medição das deformações, a medição em quatro fios por meio de um circuito em ponte de Wheatstone completa. As deformações são mensuradas pela equação 1. ∆w

ε = w . y

(1)

Em que, ε é a deformação; ∆R é a variação de resistência elétrica do strain gage, em Ω; e R é a resistência elétrica inicial do strain gage, em Ω, e K é o fator do extensômetro.

Figura 3 – Fios de ligação para aquisição de dados ligados aos strain gages (roseta extensométrica à esquerda e strain gage unidirecional à direita).

Os últimos procedimentos que foram executados foram os de proteção do strain gage, visto que as análises em campo (obra da construção civil) estão sujeitas a um ambiente hostil e os sensores e as ligações (brasagem) são bastante sensíveis às interferências externas, como: umidade, esforço de impacto e até mesmo o manuseio. Estes procedimentos se iniciaram com a aplicação de um impermeabilizante líquido para evitar interferências provenientes da umidade do ar e foram seguidas da aplicação de um material borrachoso impermeabilizante (FIGURA 4) e que auxilia na absorção de impacto externo.

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Figura 4 – Material borrachoso impermeabilizante para proteção do strain gage

O escoramento foi montado em ensaio de campo (construção predial), onde foi colocado na posição central do pavimento no qual foi concretada a laje de dimensões 3,90m x 9,875m (largura x comprimento) e carga distribuída de 300 N/m2. A aquisição de dados se iniciou um pouco antes da concretagem da lage instrumentada (aproximadamente duas horas) e o processo de concretagem desta durou aproximadamente 20 minutos.

Figura 5 – Escoramento instrumentado e montado no vão central do pavimento

As medições de variação de resistência elétrica dos extensômetros foram exercidas a cada três segundos por aproximadamente 24 horas, no intuito de não se perder nenhum dado significativo e conseguir uma avaliação dos esforços desde a etapa de concretagem até a cura e estabilização da laje.

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RESULTADOS E DISCUSSÃO CÁLCULO TEÓRICO DAS TENSÕES MECÂNICAS O cálculo das tensões teóricas de compressão foi exercido por meio das equações da resistência dos materiais e considerando-se que a carga da laje se distribui igualmente para os quatro pontos de apoio do escoramento. A força em cada apoio foi mensurada da seguinte forma (equação 2): F=

}~ . 

(2)

€

Em que, F representa a força em cada apoio em N; CD a carga distribuída, em N/m2 e A a área da seção tranversal do apoio em m2.

As dimensões de um apoio, mensuradas por meio de paquímetro analógico de resolução 0,02 mm, foram: ϕ‚ (diâmetro externo) = 42,84 mm e ϕ] (diâmetro interno) = 36,42 mm. Desse modo, pode-se calcular a tensão em cada apoio pela seguinte fórmula (equação 3) em associação com a equação 2: σ=

σ=

„

…

†~ . ‡ ˆ / / ‹ Œ Š ˆ

= ‰ Š

300 N“m; . 3,90 m . 9,875m

=

π 42,84mm; – 36,42mm;

}~ . 

Ž ‹ /   /

(3)

= 7,23 MPa

Em que, F representa a força em cada apoio em N; CD a carga distribuída, em N/m2; A a área da seção transversal do apoio em m2; AU a área da seção transversal de um apoio, ϕ‚ o diâmetro externo do apoio e ϕ] o diâmetro interno do apoio.

CÁLCULO DAS TENSÕES MECÂNICAS POR MEIO DA EXTENSOMETRIA A partir dos dados de deformação obtidos pela extensometria, que foram calculados por meio da equação 1 no decorrer do tempo e considerando-se o valor do módulo de elasticidade do aço que compõe o escoramento como 210 GPa (especificação do fornecedor), foi possível mensurar-se as tensões no decorrer do tempo pela lei de Hooke (equação 4): σ = E . ε

(4)

Em que, σ representa a tensão em MPa; E o módulo de elasticidade, em GPa e ε a deformação.

Com os dados obtidos para as rosetas extensométricas e o cálculo das tensões verticais no decorrer do tempo, verificou-se a presença de tensão de compressão máxima de aproximadamente 28MPa (conforme figura 6) em um dos apoios instrumentados, enquanto que o outro não apresentou esforços significativos. Isso pode ser devido a um desnivelamento horizontal do escoramento, concentrado a carga em um dos lados, ou devido às interferências como umidade, esforço abrupto, solda fria, que podem ter afetado o funcionamento da roseta no outro apoio.

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Figura 6 – Gráfico de Tensão versus tempo para as os apoios diagonalmente opostos do escoramento.

O maior pico representado no gráfico da tensão não foi considerado, pois pelo monitoramento do processo, provavelmente ele foi proveniente de interferências ocasionadas por trabalhadores antes de iniciar a concretagem da laje. Os resultados da extensometria para os strain gages unidirecionais indicaram tensões de tração nas duas diagonais (conforme figura 7). Na diagonal 1, a tensão máxima foi de 12 MPa, entretanto depois se estabilizou em torno de 3 MPa. Na diagonal 2, houve pouca oscilação do valor da tensão que ficou entre 8 e 10 MPa no decorrer de todo ensaio.

Figura 7 – Gráfico de Tensão versus tempo para as diagonais do escoramento.

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A verificação de tensões de tração nas diagonais foi algo significativo, pois apesar dos valores pequenos encontrado para as tensões nas mesmas, os projetistas de escoramentos desconsideram que haja qualquer esforço atuante (teoria). Ou seja, a prática experimental refutou a teoria, pelo menos nesta análise. Comparando-se o valor teórico para a tensão de compressão (7,23 MPa) e o valor obtido pela extensometria (28 MPa), percebe-se que a tensão de compressão encontrada na análise experimental foi aproximadamente quatro vezes maior do que a tensão esperada, o que revela a importância de execução de análises experimentais de tensões em processos da construção predial para se desenvolver linhas de pesquisa voltadas à melhoria dos projetos de escoramento e a possibilidade de redução do número de escoras. CONCLUSÕES Não houve boa correlação entre as tensões teóricas esperadas e as obtidas pela extensometria, sendo que as tensões obtidas pela extensometria foram bem maiores do que as tensões esperadas. Isto ressalta mais uma vez a importância da análise experimental na área para avaliar os esforços reais a qual os escoramentos estão submetidos e assim promover maiores considerações acerca do projeto e execução de escoramento metálico. Os níveis de tensões no escoramento não devem ultraar nem o limite de escoamento do metal, pois ocasionaria empenamento e nem o limite de resistência, pois ocasionaria trincas e conseqüentemente fratura do mesmo. Desse modo, reforça-se que a execução de outros ensaios semelhantes onde haja variabilidade dos níveis de tensões é imprescindível para fornecer conclusões mais precisas que possibilitem discutir mais acerca dos projetos de escoramento. AGRADECIMENTOS Ao CEFET-MG pela disponibilidade e fornecimento de laboratório e materiais para execução dos procedimentos de extensometria e ao CNPQ pelo provimento de bolsa de iniciação científica ao projeto. REFERÊNCIAS ANDOLFATO R. P.; CAMACHO G. S; DE BRITO G. A. Extensometria Básica. NEPAE. Ilha Solteira, 2004. Disponível em: <www.nepae.feis.unesp.br/Apostilas/Extensometria%20basica.pdf> o em: 28 set. 2011 FARINHA, R. B. Estudo comparativo de custos e racionalização de fôrmas e escoramentos para estruturas de concreto em conjuntos residenciais. São Paulo: UAM, 2005. GRANTE. Apostila de Extensometria. Universidade Federal de Santa Catarina. Florianópolis, 2004, 47 p. Disponível em: <www.grante.ufsc.br//SG-Apostila.pdf> o em: 17 ago. 2011 PINTO JÚNIOR, J. Proposta de requisitos de desempenho para execução de escoramento metálico em obra de construção civil. Recife: UPE, Escola Politécnica, 2011. SMANIOTTO, D. Estudo comparativo entre escoras de madeiras e escoras metálicas em obras de construção civil. Sinop: UNEMAT, 2012. 192

I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

SIMULAÇÃO NÚMERICA DA CAVITAÇÃO EM TURBOMÁQUINAS USANDO UM MÉTODO DOS PAINÉIS E UMA ABORDAGEM EULER-LAGRANGE SILVEIRA LUIS VICTORINO1, NORBERTO MANGIAVACCHI1 1

Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, 23324736, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Turbomáquinas são máquinas operacionais que transfere energia mecânica entre um rotor e um fluido. Estas máquinas têm muitas aplicações industriais. Um dos componentes de uma turbomáquina responsável pela transferência da energia, ou recebe a rotação do eixo e transforma em energia de fluido em caso de bomba ou transfere a energia do fluido para o eixo em caso de uma turbina, é o impelidor ou rotor. O fenômeno da cavitação envolve escoamento bifásico: o líquido a ser bombeado e as bolhas de vapor que são formadas durante o processo de bombeamento. O processo de formação dessas bolhas é complexo, mas ocorre principalmente devido a presença de regiões de pressões muito baixas. O colapso dessas bolhas pode muitas vezes levar a deterioração do material, dependendo da intensidade ou da velocidade de colapso das bolhas. O principal objetivo deste trabalho foi estudar o comportamento hidrodinâmico do escoamento nos canais do impelidor de uma turbomáquina (turbobomba) usando recursos CFD e estudar o fenômeno da cavitação que ocorre sobre os perfis do impelidor. Uma abordagem Euler-Lagrange acoplada com o modelo da equação de Langevin foi empregada para estimar a trajetória das bolhas. Resultado das simulações mostra as regiões de colapso das bolhas para diferentes escoamentos e escolhas de parâmetros geométricos e fornecer informações para prevenção da cavitação em turbomáquinas. PALAVRAS–CHAVE: Simulação numérica, cavitação, CFD (computational fluid dynamics)

NUMERICAL SIMULATION OF CAVITATION IN TURBOMACHINES USING A METHOD AND EULER-LAGRANGE FORMULATION ABSTRACT: Turbomachines are operational machines that transfer mechanical energy between a rotor and a fluid. This type of machinery is employed in many. One of the main components of a turbomachine responsible for the energy transference, either receiving the rotation of the shaft and transforming it into fluid energy in the case of a pump or transferring energy from the fluid to the shaft in the case of a turbine, is the impeller or rotor. The cavitation phenomenon involves two-phase flow: the liquid to be pumped and the vapor bubbles which are formed during pumping. The formation process of these bubbles is complex, but occurs mainly due to the presence of regions of very low pressure. The collapse of the bubbles can often lead to a deterioration of the material, depending on the intensity or speed of bubbles collapse. The main objectives of this work were to study the hydrodynamic behavior of the flow in the impeller channels of a turbomachine (radial flow turbopump) using CFD resources and to study the cavitation phenomenon occurring along impeller profiles. An Euler-Lagrange approach, coupled with the Langevin equation model, was employed to estimate the bubbles trajectory. Results of the simulations show the regions of bubbles collapse for different flow and geometric parameter choices, and provide insights for improvements on cavitation prevention in turbomachines. KEYWORDS: Numerical simulation, Cavitation, CFD (computational fluid dynamics)

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INTRODUÇÃO A simulação numérica de escoamentos multifásicos é uma dos mais desafiadores problemas CFD (computational fluid dynamics) que ocorre em muitas aplicações de engenharia. Entre estes está cavitação, cavitação, em que um líquido se vaporiza em regiões onde há queda de pressão abaixo a pressão de vapor deste líquido. O principal objetivo desse trabalho é mostrar a dinâmica das bolhas de cavitação usando a abordagem de escoamento multifásico Euler-Lagrange. Euler Nesta abordagem uma descrição do contínuo é usada para a fase líquida (método de Euler), as bolhas são modeladas individualmente como partículas esféricas com transporte de bolhas resolvido a partir de uma equação de movimento e monitoramento discreto das bolhas. bolhas. As bolhas são geralmente modeladas como modelos ponto-partículas ponto partículas com forças de interação fluido-bolhas fluido e interação bolha-bolha; bolha; a fração vapor-volume vapor volume é obtida pela simulação da evolução das bolhas individuais, compondo a fase discreta [Darmana e Kuipers (2006), Ferrante e Elghobashi (2007)]. A dinâmica dessas bolhas é computada usando equações de Newton do movimento acoplado a equação de Rayleigh-Plesset Rayleigh Plesset (RP) para descrição do tamanho da bolha. Esta descrição considera cada bolha individualmente e isto permite permite tomar em conta várias forças atuando na bolha, bem como interação bolha-parede. bolha parede. O escoamento de um líquido ou de uma mistura líquido-vapor vapor transportam as bolhas monitoradas. DESCRIÇAO DO MODELO FORMULAÇAO MATEMATICA Na modelagem usando abordagem Euler-Lagrange, Lagrange, a fase contínua é resolvida pela estrutura de Euler resolvendo as equações de Navier-Stokes Navier Stokes no domínio computacional. A fase dispersa é simulada considerando partículas afetadas pelas forças do fluido contínuo, aplicando essas forças em cada cada partícula usando a segunda lei de Newton nós temos a aceleração da partícula escoando através da fase contínua. Quando apenas os efeitos da fase contínua são considerados na fase dispersa, chama-se chama regime one-way way coupling [Dukowicz (1980)]. Quando os efeitos itos tanto da fase contínua quanto da fase dispersa são considerados, chama-se regime two-way way coupling; no regime two-way two way coupling, os efeitos das bolhas na fase contínua são considerados introduzindo um termo fonte na equação Navier-Stokes Navier e mudando o volume ume disponível para a fase contínua em células computacionais de acordo com a fração de vazios na célula. O método de simulação numérica usando a abordagem Euleriana-Lagragiana Euleriana foi desenvolvido com bastantes hipóteses. Em problemas tais como dispersão de poluentes p na atmosfera, pode ser assumido que as partículas não perturbam o campo de escoamento. A solução então envolve o monitoramento da trajetória em um campo de velocidades conhecido, isto é, as equações da fase fluida são resolvidas independentemente das partículas [Gauvin e Knelman (1975)].

Figure 1:: Escoamento de partículas ao longo de um canal [Fonte: Rashidi (1990)]

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Esquemas numéricos baseado em modelos matemáticos de escoamento multifásico particulado separado têm usado abordagem do contínuo para todas as fases ou uma abordagem do contínuo para fase fluida e uma abordagem lagrangiana para as partículas. Estes métodos de simulação podem se encontrar em várias configurações, por exemplo, sedimentação e suspensões fluidizadas, transporte lubrificado, fraturação hidráulica de reservatórios, etc. Existem outras formulações, a abordagem Euleriana-Euleriana, que considera a fase particulada como sendo um fluido contínuo interpenetrando e interagindo com a fase fluida [Gidaspow (1994)], o que não é o objetivo desse trabalho. SOLUCIONADOR LAGRANGIANO Neste trabalho o regime one way coupling foi usado, este toma em conta apenas os efeitos da fase contínua na dispersa. Os efeitos da fase contínua são tomados pelo cálculo das forças relativas da fase contínua atuando na dispersa. Estas forças são a força de arrasto, de sustentação, de pressão, força virtual entre outras. Aplicando estas forças na segunda lei de Newton para cada bolha, a aceleração de cada bolha no o de tempo da simulação podem ser expressadas como se segue: (1)

(2) (3) Onde Ub é a velocidade da bolha e Mb massa da partícula. ∑Fb é a soma das forças exercidas pelo fluido na partícula, Fdrag é a força de arrasto, Flift é a força de sustentação, Fpress é a força gradiente de pressão devido ao gradiente de pressão, Fbuoy é a força de empuxo e FAddedMass é a força virtual. (4) (5) (6) (7) (8) Onde ρl é densidade da fase líquida, Ab a área da bolha, CD o coeficiente de arrasto da bolha, Cl é o coeficiente de sustentação da bolha, Ub a velocidade da bolha, Ul é a velocidade da fase líquida, ml é a massa da fase líquida, mb é a massa da bolha, ∇p é o gradiente de pressão e Vb é o volume da bolha. Johnson (1966) realizou simulações lagrangiana de bolhas de cavitação se movendo a volta de um corpo e incluindo a força de arrasto com um coeficiente de arrasto determinado por Haberman (1953) e também a contribuição da mudança de volume da bolha no tempo para a força virtual. Thomas (1984) incluiu as contribuições devido a força de sustentação, com uma constante de sustentação de 0,5. Auton (1988) mostrou que a constante de sustentação de 0,5 é apropriada no limite invíscido e mostrou também que as contribuições para força virtual e aceleração do fluido; a derivada material é um termo apropriado para a aceleração do fluido. 195

A expressão para o coeficiente de arrasto da bolha, uma função do número de Reynolds da bolha determinado experimentalmente por Haberman (1953): , Para Reb<1000 e CD=0.44 para Reb≥1000 Para monitoramento e computação da trajetória das partículas no escoamento foi assumido um campo de velocidade transiente da fase contínua, ¡. é dado pelo escoamento potencial nos canais do impelidor, modificado para solução unidimensional da equação RANS mais uma flutuação turbulenta aleatória. Considerando que as partículas podem ser objeto de diferentes forças (arrasto, sustentação, pressão, etc.), algumas dessas forças podem ser desprezadas com base na sua magnitude estimada. Também foi desprezada a influência da fase dispersa na fase contínua e a interação entre partículas também (isto é, assumindo o regime one way coupling). O código trata as condições iniciais como arbitrárias (tanto para a posição quanto para a velocidade), prescritas na entrada. SOLUCIONADOR DE EULER Geralmente falando, estrutura Euler usa as equações Reynolds Averaged Navier Stokes (RANS) para conservação de massa, momentum e energia baseado em células computacionais para resolver qualquer problema de dinâmica dos fluidos e transferência de calor. Neste trabalho, estamos preocupados apenas com o escoamento das duas fases, assunto que trata da temperatura ambiente com mudança de fase é dado pelo modelo de RayleighPlesset. No tratamento matemático nós resolvemos equações da continuidade e momentum para a primeira fase apenas e para a fase secundária/dispersa as trajetórias são calculadas usando equação do movimento. Para isto, usamos a lei de Newton do movimento acima relatada, que é um balanço de forças tomando em conta a interação entre a fase primária e a secundária. Abaixo estão mostradas as equações aplicadas na modelagem de escoamento com abordagem Euler-Lagrange. Nós lidamos com uma fração-volume de bolhas muito pequena e os efeitos das bolhas na equação da continuidade podem ser desprezados. As equações de conservação neste caso diferem um pouco das equações de dinâmica dos fluidos normal, por existirem duas fases na mesma célula. Assim, os efeitos da fase dispersa quando escritos nas equações de conservação poderiam ser considerados. A interação entre as partículas e o fluido é sentido através da troca de momentum. As equações da continuidade e de Navier-Stokes para a fase contínua se tornam: (9)

(10) Onde U é a velocidade do fluido (fase contínua), P a pressão, ρ é a densidade e µ a viscosidade. A equação da continuidade é exatamente a mesma para um escoamento incompressível sem partículas. A equação de Navier-Stokes tem um termo extra, ℱ , que é a força por unidade de volume devido as partículas. Se a concentração de massa da bolha é muito pequena então F pode ser desprezado na equação 10. As equações da continuidade e Navier-Stokes se tornam exatamente as mesmas para um escoamento sem a presença de bolhas e as equações 9 e 10 são desacopladas. Além disso, para solução de escoamento de uma única fase, o problema simplesmente necessita do uso de um algoritmo para monitoramento das bolhas individualmente (one way coupling). Se F não poder ser desprezado na equação 10, então as equações 9 e 10 precisam ser resolvidas simultaneamente 196

(two way coupling). As equações 9 e 10 são resolvidas juntamente com as equações de trajetória de partículas. Para modelagem da fase líquida nós usamos o modelo de comprimento de mistura Prandtl eddy-viscosity para o escoamento transiente completamente desenvolvido no canal usando o método de volumes finitos. Duas possíveis condições de contorno na parede são considerados. (i) Velocidade prescrita na parede e (ii) Gradiente de velocidade na parede. Em seguida nós resolvemos o escoamento potencial bidimensional no canal do impelidor por um método dos painéis baseado em vórtices e resolvemos a equação 10 para um escoamento unidimensional e obter o perfil da camada limite turbulenta. MODELO DE RAYLEIGH-PLESSET A dinâmica de bolhas de vapor de forma esférica, expressas pela equação de RayleighPlesset, foram estudadas seguindo os trabalhos originais de Rayleigh (1917) e Plesset (1964). A teoria foi resumida na equação diferencial para o raio da bolha R(t) por Gilmore (1952), estendida e refinada por muitos outros pesquisadores. Antes estudos experimentais e analíticos foram feitos por Haberman (1953) e outros pesquisadores. O modelo das equações de Rayleigh-Plesset para o crescimento temporal e o colapso das bolhas esféricas de vapor acontece em ambiente isotérmico. Difusão do gás e os efeitos da transferência de calor são desprezados. A lei isentrópica (aquela em que a entropia do sistema permanece constante) é assumida para gás não condensável dentro da bolha. Algumas modificações que foram feitas por Hsiao (2004) consideram uma velocidade de deslizamento entre a bolha e o fluido, e um campo de pressão não uniforme ao longo da superfície da bolha, chamada de equação da pressão da superfície média. Resultando na equação diferencial para a dinâmica da bolha, como formulado em Chahine (2008):

(11) Onde Rb é o raio da bolha, pb e p∞ são a pressão dentro e fora da bolha, respectivamente, σ a tensão superficial da bolha e µ l e ρl são a viscosidade e a densidade do líquido, respectivamente. Para estimar, pb é geralmente assumido que a bolha contém alguns gases contaminantes que expandem ou contraem de acordo com o processo adiabático ou processo isotérmico [Chahine (1993)]. A pressão da bolha dentro (pb) consiste na contribuição da pressão do gás pg e a pressão de vapor pv. RESULTADOS ESCOAMENTO TURBULENTO DE UNICA FASE A primeira validação dos resultados é obtido pela resolução das equações RANS para um escoamento desenvolvido no canal. A figura 2 mostra o perfil de velocidade obtido empregando o modelo de comprimento de mistura eddy-viscosity de Prandtl. O perfil de velocidades obtido é consistente com as os resultados teóricos. ESCOAMENTO TURBULENTO DE DUAS FASES Nesta sessão, os resultados da simulação das bolhas no canal são apresentados para diferentes densidades de bolhas, obtidos resolvendo a equação 3. As simulações mostram estatisticamente os valores médios convergidos de certo número de bolhas nas figuras 3 e 4. 197

Figura 2: Perfil de velocidade

Figura 3: a) Simulação de ambas fases com 100 bolhas e b) Concentração de bolhas ao longo do canal

Figure 4: a) Simulação de ambas fases com 100 bolhas e b) Concentração de bolhas ao longo do canal

ESCOAMENTO NA AGEM ENTRE OS PERFIS DO IMPELIDOR O método é aplicado para estudar o comportamento das bolhas em uma agem entre os perfis do impelidor de uma turbomáquina. O perfil de velocidade do escoamento é obtido pela combinação do escoamento potencial bidimensional usando um método dos painéis baseado em vórtices e um perfil de velocidade turbulento de uma única fase unidimensional a partir

198

das simulações das equações RANS, com velocidade turbulenta pseudo-aleatória como mostrado na figura 5. Um exemplo para a posição das bolhas é mostrada na agem entre os perfis do impelidor para duas densidades de bolhas. Como o número de bolhas simuladas foi aumentado, a acumulação das bolhas na superfície das lâminas se tornam mais evidentes como esperado pelo efeito da turboforese.

Figure 5: Distribuição típica da concentração de bolhas na agem entre os perfis do impelidor com a) 100 bolhas e b) 1000 bolhas

CONCLUSAO A validação dos resultados aqui apresentados mostram que os esquemas propostos reproduzem resultados que são qualitativamente consistentes. O método desenvolvido é adequado para testes de modelos de dinâmica de bolhas que emprega simulação numérica direta em escoamento de bolhas. Finalmente, esta abordagem (Euler-Lagrange) pode mostrar todas as variáveis de movimento das bolhas instantaneamente. Isto inclui a habilidade de ter informações de diferentes forças atuando em cada bolha, mudança de velocidade, velocidade de flutuação das bolhas, etc. Esta abordagem pode ser considerada uma ferramenta inteligente para testar diferentes modelos para o comportamento físico das bolhas se movendo numa fase contínua. REFERÊNCIAS Auton, T.R. Hunt, J. and Prud’homme, M. 1988. “The force exerted on body in inviscid unsteady non-uniform rotational flow”. Journal Fluid Mechanic Vol. 257, pp. 197–241. Brennen, C.E., 1995. Cavitation and Bubble Dynamics . Oxford university Press, New York, 1st edition. Chahine, G., 2008. “Numerical simulation of bubble flow interaction” In: Proceedings of 2nd International cavitation Forum, WIMRC, University of Warwick, great britain Vol. 1, pp. 72– 86. Chahine, G. and Hauwaert, P., 1993. Study of interaction between a bubble and a vortical structure ASME PUBLICATIONS, Boston Crowe, C. and Sharma, M., 1977 “The particle-source-in cell model for gas-droplet flows”. Trans. ASME J. Fluids Eng, Vol. 99, pp. 325–332. Darmana, N. and Kuipers, J., 2006. “Parallelization of an Euler-Lagrange model using mixed domain decomposition and a mirror domain technique: Application to dispersed gas-liquid two-phase flow”. J. Comput. Phys. Vol. 1, pp. 220–248. 199

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

CARACTERIZAÇÃO E CLASSIFICAÇÃO DE CINZA DE LENHA PARA APROVEITAMENTO CERÂMICO B. C. A. PINHEIRO1, S. F. DE SOUZA2, K. A. C. PÊGO3 1 D. Sc. Engenharia de Materiais, Universidade do Estado de Minas Gerais – Unidade de Ubá, Departamento de Design de Produto, (32) 3532-2459, [email protected] 2 Esp. Design de Móveis, Universidade do Estado de Minas Gerais – Unidade de Ubá, Departamento de Design de Produto, (32) 3532-2459, [email protected] 3 M. Sc. Ambiente Construído e Patrimônio Sustentável, Universidade do Estado de Minas Gerais, Belo Horizonte, Escola de Design, (32) 3532-2459, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: O presente trabalho teve como objetivo caracterizar a cinza resultante da combustão de lenha predominantemente de eucalipto proveniente do município de Cataguases-MG visando sua aplicação em materiais cerâmicos. A cinza foi caracterizada por meio de espectometria de fluorescência de raios-X, espectometria de absorção atômica, análise térmica (ATD/ATG), distribuição de tamanho de partículas e microscopia ótica. A classificação ambiental foi realizada de acordo com as normas da ABNT (ensaios de lixiviação/solubilização). Os resultados mostraram que a cinza é constituída principalmente por CaO, MgO e K2O, sendo classificada como Classe II A – Não Inerte, por causa de altas concentrações de cromo e alumínio, tendo potential para ser usada na manufatura de revestimentos vitrificados para pisos, como o grês porcelanato, e em tijolos do tipo solo-cimento. PALAVRAS–CHAVE: Cinza, lixiviação/solubilização, materiais cerâmicos.

CHARACTERIZATION AND CLASSIFICATION OF FIREWOOD ASH FOR CERAMIC USE ABSTRACT: The aim of this work was to evaluate the ash generated from burning firewood aiming at its incorporation into ceramic materials. The ash was submitted to X-ray fluorescence, atomic absorption spectrometry, thermal analysis (ATD/ATG), particle size distribution and optical microscopy tests. The environmental classification was done according to ABNT standards (leaching/solubilization). The results showed that the ash of the firewood is constituted mainly by CaO, MgO and K2O, being classified as Class II A –“No Inert”, because of its high concentrations of chrome and aluminum, have a potential to be use in the manufacture or floor tiles (porcelain stoneware tiles) and soil-cement bricks. KEYWORDS: Ash, leaching/solubilization, ceramic materials.

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INTRODUÇÃO As atividades industriais geram uma grande quantidade de resíduos, principalmente, os resíduos sólidos. Essas atividades têm como objetivo principal a geração de riqueza utilizando os recursos naturais do planeta, não havendo nenhuma preocupação com o destino final correto dos resíduos gerados nos processos de produção (HOLANDA, MANHÃES, 2008, p. 1301). O gerenciamento e a redução de resíduos durante as etapas de um processo de produção deve ser prática constante nas indústrias (NASCIMENTO, MOTHÉ, 2007, p. 36). Isso é de grande importância, uma vez que os resíduos industriais vêm se tornando um dos maiores problemas que a sociedade atual enfrenta (MENEZES, NEVES, FERREIRA, 2002, p. 303). Este problema está diretamente ligado aos riscos potenciais (periculosidade) que os resíduos, principalmente, os resíduos sólidos industriais podem causar ao meio ambiente e a saúde pública. Essa periculosidade é função das propriedades físicas e químicas ou infectocontagiosas que os resíduos podem apresentar (HOLANDA, MANHÃES, 2008, p. 1301). No município de Cataguases, situado na Zona da Mata Mineira, Estado de Minas Gerais, há diversas indústrias espalhadas pelo seu território. Destacam-se indústrias de importantes setores, como: tecelagem, celulose e papel, mineração, elétrico e metal-mecânica. Em particular, o combustível mais utilizado em caldeiras para a geração de vapor pelo setor de celulose e papel, no município de Cataguases, é a lenha proveniente do eucalipto. Com o uso da lenha, tem-se a geração de cinzas, as quais constituem um tipo de resíduo, contendo inclusive metais, que pode causar poluição do ar e ser responsável por graves problemas respiratórios na população atingida (BORLINI, et al., 2005, p. 192). Com a progressiva implantação de novas diretrizes na gestão de resíduos industriais e em busca de desenvolvimento sustentável, faz-se necessário aplicar alternativas eficazes e econômicas para o aproveitamento dos resíduos industriais, transformando-os em produtos inertes utilizáveis e de boa qualidade, em substituição ao elevado custo econômico de transporte com a destinação em aterros industriais (KAMINATA, et al., 2008, p. 39). Uma alternativa tecnológica para reduzir o impacto ambiental causado pela liberação indiscriminada de resíduos que vem sendo amplamente estudada é a incorporação de resíduos em matrizes sólidas como a argila cerâmica e a argamassa de cimento usadas na composição de produtos para a construção civil. Por sua vez, esta utilização deve ser acompanhada de uma avaliação dos impactos ambientais que pode acarretar. Neste contexto, o primeiro o que deve ser dado para a introdução de resíduos, principalmente, os resíduos industriais, em um processo produtivo é conhecer o seu potencial poluidor. Entretanto, pouca atenção tem sido dada ao conhecimento do potencial poluidor dos resíduos industriais (HOLANDA, MANHÃES, 2008, p. 1301). Assim, o presente trabalho tem por objetivo a caracterização da cinza proveniente da lenha de eucalipto gerada no município de Cataguases visando, principalmente, identificar o seu potencial poluidor, para que a partir disso, se possa propor alternativas mais adequadas para o seu melhor reaproveitamento e incorporação. MATERIAL E MÉTODOS O resíduo estudado neste trabalho foi fornecido por uma indústria do setor de celulose e papel do município de Cataguases/MG. O resíduo foi coletado diretamente na empresa. Inicialmente foi realizada a secagem ao ar livre e, em seguida, foi feita a secagem em estufa à temperatura de 110 ºC por 24 horas. O resíduo (cinza de lenha de eucalipto) foi submetido às seguintes caracterizações. São elas: caracterização física, caracterização química, caracterização ambiental e comportamento térmico. Para a caracterização química determinou-se a composição química da cinza através 202

de espectrometria de fluorescência de raios-X e espectrometria de absorção atômica. A caracterização física foi determinada a partir da distribuição granulométrica e da análise da morfologia das partículas. A distribuição granulométrica foi determinada por meio de uma combinação de técnicas de peneiramento e sedimentação. A morfologia das partículas foi observada por microscopia ótica. A caracterização ambiental foi realizada a partir de ensaios de lixiviação e solubilização. A caracterização da periculosidade ou não do resíduo foi realizada através do teste de lixiviação de acordo com a norma NBR 10005. Os valores do extrato lixiviado foram comparados com os limites máximos definidos na listagem do anexo F da norma NBR 10004. Caso o resíduo seja considerado como Classe II – Não Perigoso, ele deverá ser submetido ao ensaio de solubilização de acordo com a norma NBR 10006. Os valores do extrato solubilizado foram comparados com os limites máximos definidos na listagem do anexo G da norma NBR 10004, para determinar sua classificação como Classe IIA – Não Inerte ou Classe II B – Inerte. Também foram realizados experimentos de análise térmica diferencial (ATD) e analise termogravimétrica (ATG). Para estes experimentos foi utilizado um analisador térmico simultâneo, marca Netzsch, modelo STA 409EP, sob atmosfera de ar da temperatura ambiente até 1200°C, com taxa de aquecimento de 10°C /min. RESULTADOS E DISCUSSÃO A Figura 1 mostra o comportamento térmico (ATD/ATG) da cinza estudada.

Figura 1 – Curva termogravimétrica (TG) e termodiferencial (DTA) da cinza da lenha. Pode ser observado a partir da Figura 1 que existem cinco eventos térmicos. Estes eventos térmicos são representados por quatro vales endotérmicos e um pico exotérmico. Os eventos endotérmicos ocorrem nas temperaturas de 92 ºC, 450 °C, 500 ºC e 799,6 ºC. O evento exotérmico ocorre na temperatura de 429,8 °C. O primeiro vale endotérmico com máximo em 92, °C corresponde à remoção de água fisicamente adsorvida na superfície das partículas da cinza. O segundo vale endotérmico que ocorre em aproximadamente 450 ºC pode estar associado à transformação de quartzo-α para quartzo-β. O terceiro vale endotérmico que ocorre entre 470 °C e 530 °C com máximo na temperatura de aproximadamente 500 ºC pode estar relacionado com a decomposição de argilominerais, com a decomposição de sulfato de magnésio (MgSO4. nH2O) e hidróxido da cálcio. O quarto vale 203

endotérmico que se encontra entre 730 °C e 890 °C com máximo na temperatura de 799,6 °C pode estar relacionado com a decomposição de carbonato de cálcio. Em relação à curva termogravimétrica (ATG) (Figura 1 – curva azul), pode ser verificado que os eventos endotérmicos são acompanhados por um intenso processo de transferência de massa. A amostra da cinza investigada apresenta uma perda de massa total de aproximadamente 23,88 %. Essa perda de massa começa na temperatura de aproximadamente 470 °C e vai até a temperatura de 890 °C. Ela, provavelmente, está associada à decomposição dos argilominerais, do sulfato de magnésio, do hidróxido de cálcio e do carbonato de cálcio. A Tabela I apresenta a composição química da amostra de cinza investigada neste trabalho. Tabela 1 – Composição da cinza de lenha. Composição

(% em peso)

SiO2 Al2O3 Fe2O3

4,80 2,50 1,00

TiO2 MnO K2O MgO P2O5 CaO Na2O SrO Perda Fogo

0,10 1,19 7,74 8,44 4,50 40,67 2,46 0,26 26,28

Pode-se observar que a cinza é constituída por elevada quantidade de CaO, o qual corresponde a 40,68%. A quantidade elevada de CaO pode estar relacionada a presença de carbonato e hidróxido de cálcio. Pode-se observar também quantidades significativas de MgO e K2O, os quais correspondem a 16,20%. O MgO pode estar associado à presença de sulfato de magnésio. Além disso, pode-se ver também quantidades razoáveis de SiO2 e P2O5 (9,30%), pequenas quantidades de Al2O3, Fe2O3, MnO, e Na2O, os quais correspondem a 7,16%. O teor de sílica pode ser devido, principalmente, ao quartzo presente na cinza. O teor de alumina pode estar associado aos argilominerais também presentes na cinza. Pode ser verificado que a cinza apresenta uma elevada porcentagem de perda ao fogo (26,28%). Essa elevada porcentagem de perda ao fogo pode ser devido a decomposição de argilominerais, carbonato, sulfato e hidróxido presentes na cinza. Nota-se uma relação próxima entre os valores de perda ao fogo e a perda de massa total (26,28 % e 23,88 %, respectivamente). A pequena diferença nos valores encontrados pode estar relacionada com a distorção da umidade livre que fica adsorvida na superfície das partículas da cinza. Pois, a curva ATG foi obtida a partir da temperatura ambiente e, a perda ao fogo é sempre determinada com a amostra seca em 110°C. Um ponto que deve ser observado na composição química da cinza investigada é com relação ao elevado teor de óxido de cálcio (CaO) e o teor dos óxidos fundentes K2O+MgO+Na2O, os quais correspondem a 18,64%. Isso é de grande importância tecnológica. O elevado teor de óxido de cálcio (CaO), pode sugerir que a cinza possa ser incorporado em produtos cerâmicos com matrizes sólidas de argamassa de cimento. A cinza entraria na composição de tais produtos em substituição ao cimento, o qual também tem como 204

óxido principal na sua composição química, o óxido de cálcio. Com relação aos óxidos fundentes, os resultados podem indicar que a cinza investigada pode ser incorporada a materiais cerâmicos de matriz argilosa, podendo atuar como um fundente potencial contribuindo para melhorar as propriedades tecnológicas após sinterização através da formação de fase liquida viscosa e redução da porosidade. A distribuição granulométrica da cinza de lenha de eucalipto é mostrada na Tabela 2. Tabela 2 – Distribuição do tamanho de partículas da cinza. Diâmetro de Partícula (µm)

% De Massa Acumulada

>2000 1000 – 2000 500 – 1000

0,1 0,2 0,5

250 – 500 125 – 250 63 – 125 45 – 63 < 45

2,7 8,6 12,4 2,4 73,2

Verifica-se que a cinza investigada apresenta uma larga distribuição de tamanho de partículas. A cinza apresenta maior percentual mássico correspondente a faixa granulométrica inferior < 45 µm. Pode ser observado também que a cinza apresenta baixa concentração de partículas com tamanhos superiores a 250 µm. A Figura 2 (a – b) mostra os aspectos morfológicos do resíduo (cinza de lenha de eucalipto) investigado. a)

b)

Figura 1 – Valores de massa específica aparente dos corpos-de-prova ensaiados após 28 dias de cura. Pode ser observado que o resíduo apresenta uma larga distribuição de tamanho de partículas sendo constituído por uma alta quantidade de partículas muito finas corroborando com os resultados de distribuição granulométrica. Além disso, pode ser observado que a cinza apresenta partículas com morfologia irregular de formato angular. A Tabela 3 apresenta os resultados do ensaio de lixiviação da amostra de resíduo. Este ensaio serve para caracterizar a toxidade, determinar a periculosidade e revelar o potencial de impacto ambiental do resíduo estudado. A Tabela 4 apresenta os resultados relativos ao ensaio de solubilização. Os resultados mostram que considerando as variáveis avaliadas, o resíduo 205

estudado pode ser considerado como de Classe II A - Não Inerte, por apresentar concentrações de cromo e alumínio no extrato solubilizado superiores aos limites estabelecidos por norma. Tabela 3 – Resultados do extrato da amostra do tipo lixiviado. Parâmetros Unidade Alumínio Total Zinco Total mg/L Cromo Total Manganês Total

Resultados 0,32 0,02 0,09 2,19

Tabela 4 – Resultados do extrato da amostra do tipo solubilizado. Parâmetros Unidade Resultados Alumínio Total 4,11 Cobre Total 0,03 mg/L Cromo Total 0,71 Ferro Total 0,06 Manganês Total 0,09 Os resultados das análises no extrato obtido no teste de solubilidade indicam claramente que atenção especial deve ser dada quando da utilização da cinza de lenha de eucalipto como matéria-prima alternativa para a fabricação de produtos cerâmicos para a construção civil, principalmente, com relação ao cromo total, o qual oferece sério risco de contaminação do ambiente devido à possibilidade de solubilização em água (HOLANDA, MANHÃES, 2008, p. 1303). Diante disso, deve-se considerar que produtos de cerâmica vermelha utilizados na construção civil como, tijolos, blocos cerâmicos e telhas não constituem-se na melhor alternativa para promover a inertização e imobilização do resíduo na matriz cerâmica sinterizada. Isso se deve à baixa quantidade de fase vítrea formada durante a sinterização de tais produtos. Geralmente, esses produtos são fabricados numa temperatura da ordem de 950 ºC, a qual é relativamente baixa para inertizar e imobilizar os compostos poluentes do resíduo. Além disso, é conhecido que a maioria das cerâmicas e olarias no Brasil utiliza temperaturas de sinterização bem inferiores a 950 ºC. Assim, é mais indicado a utilização do resíduo estudado em produtos cerâmicos que apresentem maior quantidade de fase vítrea. Entre tais produtos pode-se citar o revestimento cerâmico do tipo grês porcelanato. A maior quantidade de fase vítrea apresentada por este produto pode ser uma alternativa para promover a inertização e imoblização dos componentes do resíduo. Além disso, a cinza por apresentar uma quantidade de óxidos fundentes relativamente alta pode entrar na composição do grês porcelanato em substituição parcial ao fundente convencional, o feldspato, o qual é uma matéria-prima natural, contribuindo para minimizar a escassez das matérias-primas naturais usadas na indústria cerâmica. Outro aspecto de grande importância a ser considerado também a quantidade alta de CaO. Isso indica que a cinza pode ser utilizada em produtos cerâmicos de matriz sólida de argamassa de cimento como o tijolo ecológico do tipo solo-cimento. A matriz cimentícia pode ser uma opção para promover a inertização dos componentes poluentes contidos na cinza. Além disso, a cinza pode entrar na composição de tais produtos como um substituto parcial do cimento, o qual é o componente mais caro da formulação.

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CONCLUSÕES A cinza gerada pela combustão de lenha predominantemente de eucalipto proveniente do município de Cataguases, Estado de Minas Gerais, apresentou-se como um material constituído essencialmente por óxido de cálcio (CaO), apresentando quantidade relativamente alta de óxidos fundentes (K2O+MgO+Na2O), sendo composta por sílica, sulfato de magnésio, hidróxido e carbonato de cálcio. Foi observado também a presença de SiO2 e Al2O3, os quais são óxidos muito comuns em matérias-primas cerâmicas. Além disso, a cinza apresentou uma larga distribuição de tamanho de partículas tendo maior percentual mássico situado na faixa granulométrica inferior < 45 µm. A cinza foi classificada como resíduo Classe IIA – Não Inerte, segundo a norma NBR – 10004. Isto se deve ao fato da cinza apresentar alumínio e cromo acima dos limites estabelecidos por norma para o teste de solubilização. Diante disso, foi proposto que a cinza entre na composição de produtos que apresentem maior quantidade de fase vítrea, como por exemplo, o revestimento cerâmico do tipo grês porcelanato. A maior quantidade de fase vítrea gerada durante a sinterização desse produto pode promover a inertização e imobilização dos compostos poluentes da cinza. Além disso, a cinza pode substituir parcialmente o fundente tradicional usado na composição do grês porcelanato. Além disso, foi proposto também que a cinza entre na composição de produtos que apresentem matriz sólida de argamassa de cimento, como por exemplo, o tijolo ecológico do tipo solo-cimento. Neste produto, a cinza pode entrar como um substituto parcial do cimento por apresentar elevado teor de CaO. Com relação aos produtos de cerâmica vermelha como tijolos, blocos cerâmicos e telhas, os resultados obtidos aqui mostram que essa não é a melhor opção. Tais produtos não apresentam quantidade suficiente de fase vítrea para promover a inertização e imobilização dos compostos poluentes presentes na cinza devido à baixa temperatura de sinterização na qual são fabricados. Os resultados experimentais obtidos indicam que a cinza de lenha de eucalipto tem potencial ser usada como matéria-prima na fabricação de produtos cerâmicos para a construção civil, pois apresenta importantes óxidos que compõem as matérias-primas cerâmicas. Além disso, os resultados também mostram que é de grande importância realizar estudos de impacto ambiental quando da incorporação da cinza em tais produtos. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem à UEMG e a FAPEMIG pelo e técnico e apoio financeiro. REFERÊNCIAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 10004. Resíduos sólidos – classificação. Rio de Janeiro, 2004. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 10005. Procedimento para obtenção de extrato lixiviado de resíduos sólidos. Rio de Janeiro, 2004. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 10006. Procedimento para obtenção de extrato solubilizado de resíduos sólidos. Rio de Janeiro, 2004. BORLINI, M. C, et. al. Cinza da lenha para aplicação em cerâmica vermelha. Parte I: características da cinza. Cerâmica, 51, p. 192-196, 2005.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ - Brasil 21 a 25 de Outubro

ESTUDOS EXPERIMENTAIS SOBRE A PRODUÇÃO DE BIOMASSA E ACUMULAÇÃO DE LIPÍDEOS POR UMA CIANOBACTÉRIA POTENCIALMENTE ÚTIL PARA A PRODUÇÃO DE BIOCOMBUSTÍVEL BRUNO ROCHA SILVA SETTA.¹; SÉRGIO DE OLIVEIRA LOURENÇO²; ELISABETE BARBARINO³ 1

Aluno do curso de Ciências Biológicas, Universidade Federal Fluminense, (21) 6916-5489, [email protected] Pesquisador pós-doutor, Universidade Federal Fluminense, (21) 2629-2307, [email protected] 3 Pesquisadora pós-doutoranda, Universidade Federal Fluminense, (21) 2629-2307, [email protected] 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: A busca por microalgas para produção de biocombustíveis representa, atualmente, uma verdadeira corrida internacional. O Brasil possui tradição na produção de biocombustíveis, grande massa crítica científica no setor agrícola e detém o mais bem-sucedido programa nacional de produção de bioetanol. A presente pesquisa envolveu a avaliação dos efeitos da disponibilidade de CO2 e da redução de disponibilidade de nitrogênio sobre o crescimento e a composição química da cianobactéria Synechococcus subsalsus. A cianobactéria foi cultivada em cultivos estanques, por 12 dias, em três condições experimentais: (1) controle (cultivado com aeração simples); (2) aeração simples mais adição de CO2; e (3) aeração simples com renovação dos nutrientes, exceto nitrogênio, a partir do 7º. dia de cultivo. Diariamente foram realizadas medições de biovolumes celulares, pH, nutrientes dissolvidos e contagem celulares. O conteúdo lipídico não apresentou variação significativa nas amostragens do tratamento controle (P = 0,43) nem no experimento com redução de nitrogênio (P = 0,24), porém apresentou uma variação relevante (P = 0,0009) no experimento com adição de CO2. A microalga apresenta baixo potencial à produção de biodiesel, dadas as suas baixas concentrações de lipídeos. As altas concentrações de carboidratos apontam para o uso potencial desta espécie como matéria-prima em possíveis processos biotecnológicos de geração de bioetanol. PALAVRAS–CHAVE: microalga, biodiesel, cianobactéria

EXPERIMENTAL STUDIES ON BIOMASS PRODUCTION AND ACCUMULATION OF LIPIDS BY A CYANOBACTERIUM POTENTIALLY USEFUL FOR THE PRODUCTION OF BIOFUELS ABSTRACT: The search for microalgae for biofuels production currently represents a real international race. Brazil has a tradition of producing biofuels, large critical mass in scientific agriculture and has the most successful national program for bioethanol production. This research involved the evaluation of the effects of the availability of CO2 and reducing nitrogen availability on growth and chemical composition of the cyanobacterium Synechococcus subsalsus. The cyanobacterium Synechococcus subsalsus was cultivated crops watertight for 12 days, in three experimental conditions: (1) control (grown with aeration simple), (2) aeration simply adding more CO2, and (3) aeration with simple nutrient renovation except nitrogen, from the 7th. day of culture. Daily measurements were made of biovolumes, pH, dissolved nutrients and cell counting. The lipid content did not change significantly in samples from the control treatment (P = 0.43) nor in the experiment with reduced nitrogen (P = 0.24), but showed a significant variation (P = 0.0009) in the experiment with addition CO2. The microalgae has a low potential for biodiesel production, given its low lipid concentrations. The high concentrations of carbohydrates indicate the potential use of this kind as a raw material for biotechnological processes possible generation of bioethanol. KEYWORDS: microalgae, biodiesel, cyanobacteria

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INTRODUÇÃO A busca por novos combustíveis que aliviem a dependência por fontes fósseis é um dos maiores desafios da humanidade. Há várias décadas o mundo vem experimentando um aumento anual da demanda por petróleo. Esta situação tem se agravado em função da redução das reservas mundiais e com a entrada de novos países emergentes no contexto internacional, como a China e a Índia, os quais apresentam elevada demanda por petróleo. Por outro lado, a demanda por combustíveis fósseis conduziu o mundo a um outro problema de enorme impacto: o aquecimento global resultante principalmente das emissões de gases do efeitoestufa resultantes da queima dos combustíveis fósseis, principalmente o CO2 (IPCC, 2007). Os danos ambientais derivados de muitas décadas de emissões de gases provenientes da queima de combustíveis fósseis são evidentes. Iniciativas que levem ao melhor aproveitamento dos combustíveis fósseis e à redução de seu consumo são extremamente necessárias no mundo inteiro (Chisti, 2007). Pode-se dizer que o consumo de petróleo e as emissões de CO2 são duas manifestações de um mesmo problema da humanidade, ainda sem solução: a necessidade de gerar quantidades gigantescas de energia com o menor impacto ambiental possível. Entende-se que duas frentes fundamentais deverão auxiliar a aliviar este problema global: o desenvolvimento de máquinas e motores mais eficientes e a produção de biocombustíveis. Estas duas vertentes, especialmente a segunda, atenderão parcialmente a crescente demanda mundial por energia e contribuirão para reduzir as emissões de gases do efeito estufa. O Brasil é provavelmente o país com o maior potencial do mundo para produzir biocombustíveis, podendo dominar uma fração expressiva deste novo mercado. Matrizes para a produção de biocombustíveis Organismos dotados de altos teores de lipídeos são matrizes úteis para a produção de biocombustíveis como o biodiesel (Faupel & Kurki, 2002; Borges et al., 2007) e o bioquerosene. Vegetais são as fontes mais interessantes devido à conversão de energia pela fotossíntese. Em 1897, o engenheiro alemão Rudolf C.K. Diesel (1858-1913) patenteou motores que funcionavam mediante a queima de óleos de origem vegetal, como o óleo de amendoim. O baixo preço do petróleo no início do século XX inibiu este desenvolvimento, mas no presente a situação vem estimulando fortemente o aproveitamento de matrizes biológicas para gerar combustíveis. As microalgas são os organismos fotossintetizantes mais eficientes conhecidos (Richmond, 2004). Microalgas podem triplicar sua biomassa em menos de 24 horas, dependendo da espécie. Em tese, estas elevadíssimas taxas de crescimento, aliadas à acumulação natural de altas concentrações de óleos, permite estimar que algumas microalgas podem gerar mais de 100.000 litros de biodiesel / ha ao ano, ocupando áreas dezenas de vezes menores que os vegetais (Chisti, 2007). Microalgas são organismos que naturalmente apresentam elevada produtividade, pois não seguem regime de safras, a coleta é diária e viabilizam a biofixação de CO2 (Chisti, 2007; Borges et al., 2007). Além disso, é plenamente possível vislumbrar formas de aumentar ainda mais suas produtividades. Por manipulação das condições de cultivo (nutrientes, por exemplo), muitas espécies podem ser induzidas a sintetizar e acumular altas concentrações de determinadas biomoléculas (triacilglicerídeos), e a serem direcionadas para a produção de cada combustível pretendido (Lourenço, 2006). O presente plano de trabalho consiste numa fração das atividades previstas num grande projeto sobre cultivo de microalgas para produção de biocombustíveis em implantação da UFF, com financiamento da Petrobras. Nesta etapa da pesquisa, a avaliação dos efeitos da disponibilidade de CO2 sobre o crescimento e a composição química de uma microalga 210

marinha foi planejada. A presente proposta consiste na continuação e ampliação das atividades realizadas na vigência 2009-2010 do PIBIC a uma nova espécie, sendo sustentada pelos ótimos resultados colhidos pela equipe. MATERIAL E MÉTODOS Todos os experimentos foram executados com meio de cultura Conway (Walne, 1966). A espécie Synechococcus subsalsus, cepa CMEA UB07, isolada em Ubatuba (SP), foi submetida a cultivos estanques, em triplicada (n = 3), em balões de cultivo de 6,0 litros, contendo 5,0 litros de meio de cultura cada (Figura 1). O delineamento experimental incluiu um fotoperíodo de 12 horas. Diariamente, trinta minutos após o início do período de luz, alíquotas dos cultivos foram retiradas para realização de contagem celular em hemocitômetros, medidas de pH (em potenciômetro portátil Oakton) e medidas de biovolume celular em microscópio invertido (Hund, modelo Wilovert S.), segundo a técnica proposta por Hillebrand et al. (1999). Estas medidas também foram tomadas imediatamente após a preparação dos experimentos, no chamado dia “zero” dos ensaios. As culturas se desenvolveram sob irradiância média de 350 µE m-2s-1(medida com um irradiômetro Biospherical Instruments, modelo 2100) em temperatura de 21 ± 1°C, em salinidade de 33‰ e foram adicionados 10 l ar filtrado min-1a cada frasco de cultivo. A densidade inicial dos cultivos foi de 2,0 x 105cél ml-1e os experimentos foram realizados por 12 dias.

Figura 1: Imagens das bancadas de cultivo dos frascos experimentais. (A): Aspecto dos cultivos de Synechococcus subsalsus no primeiro dia dos experimentos controle, adição de CO2 e com redução das concentrações de nitrogênio. (B): Aspecto dos mesmos experimentos, após 10 dias de desenvolvimento. Notar a redução do volume dos cultivos em função da realização da primeira amostragem de células para análises de composição química. Preparação das amostras para análises químicas

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Amostragens foram realizadas no sexto e no décimo segundo dias de crescimento, para determinações de composição química das microalgas. Nestas amostragens, determinados volumes das culturas (1,6 l a 2,3 l) foram recolhidos, centrifugados a 8.000 rpm, sob temperatura ambiente, por nove minutos, em centrífuga Sigma, modelo 6-15 (Figura 2). Subsequentemente as amostras foram congeladas a -18C e posteriormente submetidas à liofilização (em liofilizador Terroni-Fauvel, modelo LB 1500) por cerca de 24 horas (ou até completa secagem das amostras). As amostras foram armazenadas em dessecadores, sob vácuo e abrigadas de luz. Para as análises de pigmentos fotossintéticos (clorofila a e carotenoides) as amostras foram preparadas através de filtração a vácuo. As células foram retidas em filtros de fibra de vidro Whatman GF/F®, de 47 mm de diâmetro e com porosidade de 0,45 µm (Figura 3), sendo as amostras armazenadas a -18C, no interior de frascos contendo gel de sílica até o momento das análises. Diariamente, o meio de cultura separado das células através de filtração (40 a 60 ml), foi destinado às determinações das concentrações dos sais nutrientes dissolvidos, através de filtração (vide Figura 3). Estas amostras foram mantidas a -18C até o momento das análises, no interior de frascos de polietileno, com 100 ml de capacidade. A evolução do consumo de sais nutrientes foi evidenciada através de medidas realizadas em diversos pontos das curvas de crescimento das culturas. Para as análises de pigmentos fotossintéticos totais, as amostras foram retidas em filtros de fibra de vidro Whatman GF/F (Figura 2) foram dispostas no interior de tubos de centrífuga de vidro, onde foram tratadas em acetona 90%. O procedimento incluiu também a destruição dos filtros por trituração com bastões de polipropileno. Os tubos foram mantidos por 20 horas a 4C, abrigados de luz, a fim de completar a extração dos pigmentos fotossintéticos, para posteriores determinações espectrofotométricas do conteúdo. As equações propostas por Jeffrey & Humphrey (1975) e Strickland & Parsons (1968) foram empregadas para quantificar as concentrações de clorofilas e carotenoides totais, respectivamente.

Figura 2: Imagens do processo de filtração de alíquotas de cultivos para realização de análises de pigmentos fotossintéticos (clorofila e carotenóides totais). À esquerda vê-se a filtração a vácuo de um cultivo e à direita vê-se o filtro de microfibra de vidro com as células retidas. Estes mesmos procedimentos foram adotados para preparar amostras de meio de cultura para a realização de análises de nutrientes dissolvidos. Nutrientes dissolvidos As análises foram realizadas com amostras do meio de cultura separado das células por centrifugação e/ou filtração. As análises de nitrito e de nitrato foram realizadas segundo o procedimento proposto por Strickland & Parsons (1968), seguindo as modificações sugeridas 212

por Aminot & Chaussepied (1983). A determinação do nitrito contido nas amostras foi baseada na reação com sulfanilamida + HCl e N-naftil-etilenodiamino, e leituras espectrofotométricas em 540 nm, adotando-se 20 minutos como tempo de reação. O nitrato foi quantificado como nitrito, mediante redução pela agem das amostras em colunas de cádmio metálico. Foram descontados os valores das concentrações de nitrito encontrados para cada amostra antes da agem pela coluna redutora. As colunas foram mantidas com eficiência de redução superior a 95%. O conteúdo de amônia / amônio foi determinado segundo Aminot & Chaussepied (1983), após reação com fenol e hipoclorito de sódio, sendo adotado o tempo de 3 horas, após o início da reação, para a realização das leituras espectrofotométricas em 640 nm. O fosfato foi determinado de acordo com Grasshoff et al. (1983), incluindo reação com molibdênio + H2SO4 e ácido ascórbico (catalisada por antimônio), e leituras espectrofotométricas executadas 5 minutos após o início da reação, em 880 nm. Análises estatísticas Os resultados obtidos foram comparados através de análise de variância (ANOVA), seguido, onde aplicável, de comparações múltiplas de Tukey, ou através de teste t de Student (Zar, 1996), nos dois casos adotando um nível de significância = 0,05. RESULTADOS E DISCUSSÃO As curvas de crescimento Synechococcus subsalsus, baseadas nas contagens celulares diárias, são apresentadas na Figura 3. Esta figura mostra um crescimento exponencial da espécie até o quarto dia (fase exponencial) e a partir do quinto dia já entrando na fase de transição para a fase estacionária.

Figura 3: Curvas de crescimento de Synechococcus subsalsus, realizadas sob condições padronizadas (controle), sob adição de CO2 e sob redução das concentrações de nitrogênio, a partir do sétimo dia de desenvolvimento. As setas indicam os dias de amostragem, sendo eles o sexto e décimo segundo dias de experimento. Cada ponto representa a média de três réplicas ± desvio padrão (n = 3). Todos os cultivos apresentaram tendência discreta de redução dos biovolumes celulares da cianobactéria ao longo do tempo (Figura 4). Esta tendência parece estar relacionada à redução progressiva das concentrações de nutrientes e à baixa capacidade de acumular reservas energéticas (carboidratos e lipídeos) pela espécie testada. Tendências semelhantes foram registradas por Lourenço et al. (1997) em experimentos realizados com Tetraselmis gracilis, uma clorófita dotada de baixas concentrações de lipídeos. 213

Figura 4: Variações nas medidas de biovolumes celulares de Synechococcus subsalsus, expressas em µm3, realizadas sob condições padronizadas (controle), sob adição de CO2 e sob redução das concentrações de nitrogênio, a partir do sétimo dia de desenvolvimento. Cada ponto representa a média de três réplicas ± desvio padrão (n = 3).

Figura 5: Variações nas concentrações de nitrato (µM) em cultivos de Synechococcus subsalsus, realizados sob condições padronizadas (controle), sob adição de CO2 e sob redução das concentrações de nitrogênio, a partir do sétimo dia de desenvolvimento. Cada ponto representa a média de três réplicas ± desvio padrão (n = 3).

Figura 6: Variações nas concentrações de amônia (µM) em cultivos de Synechococcus subsalsus, realizados sob condições padronizadas (controle), sob adição de CO2 e sob redução das concentrações de nitrogênio, a partir do sétimo dia de desenvolvimento. Cada ponto representa a média de três réplicas ± desvio padrão (n = 3). Tabela 1: Concentrações de proteínas, carboidratos e lipídeos de Synechococcus subsalsus expressos em porcentagem, medidos em duas amostragens distintas, nos experimentos controle, com adição de CO2 e com redução das concentrações de nitrogênio a

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partir do sétimo dia de crescimento (tratamento). Os valores se referem à média de três réplicas ± desvio padrão (n = 3).

CONCLUSÕES Os resultados sugerem que na espécie testada a forma principal de acumulação de reservas ocorre através de carboidratos e não de lipídeos, o que está de acordo com informações sobre a taxonomia do grupo a que pertence - Cyanophyta (Graham et al., 2009). A realização de cultivos de Synechococcus subsalsus em duas fases acarretou acumulação acentuada de carboidratos. Os cultivos devem ser realizados com acréscimo de CO2, para gerar maior eficiência no consumo de nutrientes e crescimento acelerado da microalga testada. Porém, a biomassa formada não será útil para produção de biodiesel, em função dos baixos teores de lipídeos. Pode-se considerar a possibilidade teórica de aproveitamento da espécie como fonte de carboidratos, pois estas substâncias foram incrementadas durante os experimentos. Neste caso, a microalga ainda deveria ser testada como uma possível matriz para a geração de bioetanol através de processos enzimáticos. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Aidar, E.; Ehrlich, R.; Asano, C.S. & Sigaud, T.C.S. 1991. Variação da composição química do meio de cultura e da bioquímica celular de Phaedactylum tricornutum (Bohlin), em cultivos estanques. Bolm. Inst. oceanogr., 39(2): 131-139. Aminot, A. & Chaussepied, M. 1983. Manuel des Analyses Chimiques en Milieu Marin. CNEXO, Brest, 395 p. Borges-Campos, V.; Barbarino, E. & Lourenço, S.O., 2010. Crescimento e composição química de dez espécies de microalgas marinhas em cultivos estanques. Ciênc. Rural, 40(2): 339-347 Chen, M.; Tang, H.; Ma, H.; Holland, T.C.; Ng, K.Y.S. & Salley, S.T. 2011. Effect of Nutrients on Growth and Lipid Accumulation in the Green Algae Dunaliella tertiolecta. Biores. Technol., 102: 1629-1655. Chisti, Y. 2007a. Biodiesel from microalgae. Biotechnol. Advances, 25: 294-306. Dubois, M.; Gilles, K.A.; Hamilton, J.K.; Rebers, P.A. & Smith F. 1956. Colorimetric method for the determination of sugars and related substances. Anal. Chem., 18: 350-356 Fábregas, , C.; Abalde, J. & J.; Herrero. 1989. Biochemical composition and growth of the marine microalga Dunaliella tertiolecta (butcher) with different ammonium nitrogen concentrations as chloride, sulphate, nitrate and carbonate. Aquaculture, 83: 289-304.

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Fábregas, J.; Herrero, C.; Cabeza, B. & Abalde, J. 1986a. Biomass production and biochemical composition of the marine microalga Isochrysis galbana Parke at varying nutrient concentrations. Aquaculture, 53: 101-113. Faupel, K. & Kurki, A. 2002. Biodiesel: a brief overview, ATTRA (Appropriate Technology Transfer for Rural Areas). Disponível em: . o realizado em 22/07/2007. Feng, D.; Chen, Z.; Xue, S. & Zhang, W. 2011. Increased lipid production of the marine oleaginous microalgae Isochrysis zhangjiangensis (chrysophyta) by nitrogen supplement. Biores. Technol., 102: Folch, J.; Lees, M. & Sloane-Stanley, G.M. 1957. A simple method for the isolation and purification of total lipid from animal tissues. J. Biol. Chem., 226: 497-509 Goldman, J.C.; Azov, Y.; Riley, C.B. & Dennett, M.R., 1982. The effect of pH in intensive microalgal cultures, I. Biomass regulation. J. Exp. Mar. Biol. Ecol., 57: 1-13. Graham, L.E.; Graham, J.E. & Wilcox, L.W. 2009. Algae. 2nd ed. Benjamin Cummings (Pearson), San Francisco, 720 p. Grasshoff, K.; Ehrhardt, M & Kremling, K. 1983. Methods of Seawater Analysis. 2nd revised and extended ed. Verlag Chemie, Weinheim, 419 p. Harrison, P.J. & Berges, J.A. 2005. Marine culture media. In: Algal Culturing Techniques (Andersen, R.A., ed.). Elsevier/Academic Press, San Diego, 21-33 p. IPCC – International on Climate Change 2007. Climate Change 2007: Synthesis Report. Disponível em: . o realizado em 11/05/2008. Lourenço, S.O.; Barbarino, E.; Mancini-Filho, J.; Schinke, K.P. & Aidar, E. 2002. Effects of different nitrogen sources on growth and biochemical profile of ten marine microalgae under batch cultures: an evaluation for aquaculture. Phycologia, 41(2): 158-168. Lourenço, S.O.; Lanfer Marquez, U.M.; Mancini-Filho, J.; Barbarino, E. & Aidar, E. 1997. Changes in biochemical profile of Tetraselmis gracilis. I. Comparison of two culture media. Aquaculture, 148(2/3): 153-168. Lowry, O.H.; Rosebrough, N.J.; Farr, A.L. & Randall, R.L. 1951. Protein measurement with Folin phenol reagent. J. Biol. Chem., 193: 265-275. Myklestad, S. & Haug, A. 1972. Production of carbohydrates by the marine diatom Chaetoceros affinis var. willei (Gran) Hustedt. I. Effect of the concentration of nutrients in the culture medium. J. Exp. Mar. Biol. Ecol., 9: 125-136 Richmond, A. 2004. Biological principles of mass cultivation. In: Handbook of Microalgal Culture: Biotecnnology and Applied Phycology (Richmond, A., org.). Blackwell Science, Oxford, 125-177 p. Schenk, P.M.; Thomas-Hall, S.R.; Stephens, E.; Marx, U.C.; Mussgnug, J.H.; Posten, C.; Kruse, O. & Hankamer. B. 2008. Second generation biofuels: high-efficiency microalgae for biodiesel production. Bioenerg. Res., 1: 20-43. Walne, P.R. 1966. Experiments in the large scale culture of the larvae of Ostrea edulis. Fish. Invest. Lond. Ser. 2, 25: 1-53. Wang, B.; Li, Y.; Wu, N. & Lan, C.Q. 2008. Appl. Microbiol. Biotechnol., 79: 707-718. Wikfors, G.H. 1986. Altering growth and gross chemical composition of two microalgal molluscan food species by varying nitrate and phosphate. Aquaculture, 59: 1-14 Zhu, C.J. & Lee, Y.K. 1997. Determination of biomass dry weight of marine microalgae. J. Appl. Phycol., 9: 189-194. Zhu, Y.H & Jiang, J.G. 2008. Continuous cultivation of Dunaliella salina in photobioreactor for the production of β-carotene. Eur. Food Res. Technol., 227: 953-959.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

DESENVOLVIMENTO DE TIJOLO-SOLO CIMENTO PARA CONSTRUÇÃO CIVIL COM SOLO DO MUNICÍPIO DE UBÁ-MG B. C. A. PINHEIRO1, S. F. DE SOUZA2, T. S. ALVES3 1

D. Sc. Engenharia de Materiais, Universidade do Estado de Minas Gerais - Unidade de Ubá, Departamento de Design de Produto, (32) 3532-2459, [email protected] 2 Esp. Design de Móveis, Universidade do Estado de Minas Gerais - Unidade de Ubá, Departamento de Design de Produto, (32) 3532-2459, [email protected] 3 M. Sc. Letras, Universidade do Estado de Minas Gerais - Unidade de Ubá, Departamento de Design de Produto, (32) 35322459, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: O presente trabalho teve como objetivo apresentar um estudo realizado em laboratório avaliando o solo do município de Ubá – Minas Gerais, para a fabricação de tijolo solo-cimento para a construção civil. As matérias-primas utilizadas foram: solo, cimento Portland e água. Um traço contendo 10 partes de solo e 1 parte de cimento foi preparada. Os corpos cimentícios foram confeccionados por prensagem uniaxial e curados durante 28 dias. Os corpos cimentícios curados foram caracterizados em termos da massa específica bulk, absorção de água e resistência à compressão. Os resultados experimentais mostraram que para as condições estudadas, o traço formulado e preparado com o solo de Ubá/MG apresenta potencial para o desenvolvimento de tijolos solo-cimento PALAVRAS–CHAVE: Construção civil, tijolo solo-cimento, Ubá/MG.

DEVELOPMENT OF SOIL-CEMENT BRICKS FOR CIVIL CONSTRUCTION WITH SOIL OF THE UBÁ, STATE OF MINAS GERAIS ABSTRACT: This work has for object to present a study accomplished in laboratory evaluating the soil of the Ubá – State of Minas Gerais, to fabrication the soil-cement bricks for civil construction. The raw materials used were: soil, Portland cement and water. One soil-cement mixture (10:1) were prepared by uniaxial pressing and cured during 28 days. The cimentitious bodies cured were characterized in of bulk density, water absorption and compressive strength. The experimental results showed that for the conditions studied, that the mixture formulated and prepared with soil from Uba – State of Minas Gerais have a potential to be use in the production of soil-cement bricks. KEYWORDS: Civil construction, soil-cement bricks, Ubá – State of Minas Gerais

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INTRODUÇÃO Atualmente, o Brasil apresenta uma alta demanda de moradias populares. A capacidade de produção de novas moradias ou unidades habitacionais ainda é inferior à velocidade de crescimento de tal demanda. Portanto, é preciso aplicar tecnologias mais simples e compatíveis com a realidade econômica brasileira para que ocorra a redução do déficit habitacional existente (PINHEIRO e SOARES, 2010, p. 30). Além disso, profissionais a cada dia buscam novos produtos e técnicas construtivas que causem menos impactos ambientais, visando também minimizar os problemas causados pela extração descontrolada de matéria prima e emissão de gases poluentes na fabricação de determinados materiais para a construção civil. Uma tecnologia que pode se destacar com relação ao que foi mencionado é a construção de moradias utilizando o tijolo solo-cimento (VIEIRA, et. al., 2007, p. 47). O tijolo solo-cimento é um material que resulta da mistura íntima de solo, cimento Portland e água, que após compactação e cura, apresenta boa resistência a compressão, bom índice de impermeabilidade e boa durabilidade (VIEIRA, et. al., 2007, p. 47). Nessa mistura, o solo é o material que entra em maior proporção. Os solos mais adequados são aqueles que se estabilizam com menores quantidades de cimento, sendo necessária a presença de argila na sua composição, visando dar, a mistura, quando umedecida e compactada, coesão suficiente para a imediata retirada das formas (ROLIM, FREIRE e BERALDO, 1999, p. 94). O tijolo solo-cimento pode ser produzido manual ou mecanicamente por meio de prensas. No Brasil, são encontrados fabricantes de prensas manuais que possuem a capacidade de produzir de 500 a 2000 unidades por dia, com operações simples e aprendizado por meio de treinamento de 8 a 24 horas. Os equipamentos são de pequenas dimensões, podendo ser instalados em áreas de 3 a 5 m2 e pé direito de 2,5 m, incluindo os espaços necessários para abastecimento e operação (PISANI, 2005, p. 54). Diversas pesquisas foram realizadas envolvendo o desenvolvimento de materiais (tijolos) e, principalmente, estruturas (construções) obtidas com solo-cimento. Foi verificado em tais pesquisas que as construções com tijolo do tipo solo-cimento apresentam vantagens como: i) utilizar o próprio solo local e no canteiro de obras. Isso faz reduzir ou eliminar o custo de transporte, oferecendo baixo consumo de energia durante a extração da matériaprima; ii) não consome combustível na fabricação por dispensar a etapa de sinterização (queima); iii) a possibilidade de racionalização do processo construtivo já que a planeza e a lisura das faces desses materiais requerem mínima utilização de argamassas e revestimentos, e iv) por meio do uso de tijolos modulares, que possibilitam o uso de técnicas empregadas em alvenaria estrutural, proporcionam a redução de desperdícios e diminuição no volume de entulho gerado. Assim, tem-se maior rapidez no processo construtivo e, principalmente, economia de materiais e de mão-de-obra (PINHEIRO e SOARES, 2010, p. 30; SOUZA, SEGANTINI e PEREIRA, 2008, p. 206). No Brasil, a produção e a aplicação de solo-cimento é mais expressiva em obras de pavimentação (mais de 90 % das bases das rodovias do país são de solo-cimento compactado), reforços e melhorias de solos e, finalmente em barragens e contenções (ALBUQUERQUE, et. al., 2008, p. 554). É preciso aumentar o número de trabalhos que tratam do desenvolvimento e obtenção de tijolo do tipo solo-cimento visando a sua aplicação na construção civil de modo que tais trabalhos possam mostrar que tal material pode ser uma possível tecnologia alternativa para reduzir o problema do déficit habitacional existente nos municípios brasileiros, uma vez que o Brasil é um país que apresenta uma das piores distribuições de renda e alto déficit habitacional, o qual pode estar girando em torno de 7 milhões de unidades residenciais (VAGHETTI, et. al., 2010, p. 2). Assim, o presente trabalho apresenta os resultados de um estudo laboratorial que procurou verificar a possibilidade da utilização de um solo proveniente do município de Ubá/MG, como matéria-prima na 218

fabricação de tijolo do tipo solo-cimento para a construção civil. O estudo desenvolveu-se através da verificação da utilidade e beneficiamento do solo coletado, formulação, preparação e caracterização dos traços cerâmicos, compactação, moldagem, cura e caracterização dos corpos-de-prova cilíndricos. MATERIAL E MÉTODOS No presente trabalho foram utilizadas as seguintes matérias-primas. Solo, cimento e água. O solo utilizado foi coletado no município de Ubá - MG. O cimento utilizado foi o cimento do tipo Portland III – 40RS, devido a facilidade de encontrá-lo, seu baixo custo e de ser o cimento que apresenta a maior resistência a compressão. A água utilizada foi água potável coletada a partir da rede de distribuição de água do município de Ubá, fornecida pela COPASA – MG. Para verificar a qualidade do solo para a fabricação do tijolo solo-cimento foram realizados os seguintes testes preliminares: i) o teste do frasco e ii) um teste de peneiramento. O teste de peneiramento consistiu de peneiramento (via úmido) de 100 g de solo em peneira 200 mesh (75 µm ABNT). A fração retida em peneira foi seca a 110 ºC por 24 h em estufa de laboratório. O solo é considerado ideal se a fração retida em peneira se encontrar entre 50 a 70 %. Para o teste do frasco utilizou-se um frasco de vidro com tampa, de boca larga. Colocou-se no frasco o solo a ser testado até a ocupação da metade do frasco. Em seguida, acrescentaram-se duas colheres de chá de sal e completou-se com água. Em seguida, a mistura foi agitada e deixada em repouso por trinta minutos. Com a divisão da mistura em três partes (na parte inferior - areia, na parte do meio - argila e na parte superior - água), foi realizada a medição com uma régua graduada. O solo é considerado ideal quando a quantidade de areia é maior que a quantidade de argila. Verificada a qualidade do solo, este foi submetido a um processo de secagem ao ar livre durante 10 dias. Em seguida, o solo foi submetido a um processo de secagem em estufa de laboratório a 110 °C por 24 h. Depois da secagem, o solo foi destorroado manualmente até a agem completa em peneira de 4 mesh (4,75 mm ASTM). Ao final, o solo foi colocado em sacos plásticos para sua posterior utilização e também para não absorver umidade. O cimento utilizado foi seco em estufa a 110 °C por 24 h. Em seguida, foi formulado um traço para solo-cimento. A Tabela 1 mostra a composição do traço formulado (em partes por volume). Tabela 1 - Composição dos traços estudados (em volume). Traços (em volume) Solo Cimento T1 10 1 O solo destorroado e o cimento foram misturados manualmente até a mistura adquirir uma coloração uniforme. Em seguida, foi feita a umidificação da mistura. Para isso, a água foi adicionada na forma de “spray” até que a mistura atingisse a umidade ideal. A conformação dos corpos-de-prova foi feita por prensagem uniaxial em prensa hidráulica, modelo PHP com capacidade de 15 toneladas. A carga de compactação utilizada foi de 2 toneladas. Foi utilizada uma matriz de forma cilíndrica (Φ = 30 mm). Após a etapa de conformação, os corpos-deprova foram colocados sobre uma superfície plana e deixados por um período de 6 h. Após esse tempo, eles foram submetidos a uma molhagem freqüente, a qual foi feita com o auxílio de um borrifador por um período de 7 dias. Em seguida, os corpos-de-prova foram deixados sobre a superfície sólida em local coberto até que se complete um período igual ou superior a 28 dias.

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Após a etapa da cura, as seguintes propriedades foram determinadas: massa específica aparente, absorção de água e resistência a compressão. A massa específica aparente foi determinada pelo método geométrico através da medição da massa e das dimensões dos corpos-de-prova. A absorção de água foi realizada de acordo com a norma NBR 10834/94, sendo que consta que a absorção de água para produtos do tipo tijolo solo-cimento não deve ultraar 20 % para valores individuais. Já para valores médios, a norma indica que a absorção de água não deve ultraar 22 %. A resistência mecânica a compressão foi realizada de acordo com a norma NBR 12025 – Ensaio de compressão simples de corpos-deprova cilíndricos. A determinação da resistência a compressão simples foi realizada com o auxílio de uma máquina universal de ensaio Oswaldo Filizola, modelo AME capacidade 2 kN. As especificações de norma para essa propriedade são: valores individuais de resistência mecânica a compressão devem ser superiores a 1,7 MPa e o valor médio deve ser superior a 2,0 MPa. RESULTADOS E DISCUSSÃO A Tabela 2 apresenta os resultados dos testes realizados para a verificação da qualidade do solo estudado em relação ao uso para a produção de tijolos do tipo solo-cimento (testes preliminares). Tabela 2 - Testes preliminares de verificação da qualidade do solo estudado. Testes Preliminares Teor de Areia (%) Teste de Peneiramento (via úmido) 50,40 Teste do Frasco 56 Pode ser observado a partir da Tabela 3 que o solo estudado apresentou um teor de areia de 50,40 %. Esse resultado está relacionado ao ensaio de peneiramento. Com relação ao teste do frasco, é possível observar que o solo estudado apresentou um teor de areia de 56 %. Esses resultados mostram que o solo proveniente do município de Ubá/MG apresenta teor de areia dentro do recomendado para a produção de tijolo solo-cimento (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND, 2002). A Figura 1 apresenta os resultados de massa específica aparente dos corpos-de-prova após cura em 28 dias. Pode ser observado que os corpos-de-prova apresentaram valores de massa específica entre 1,64 e 1,72 g/cm³. O valor médio de massa específica apresentado pelos corpos-de-prova após cura em 28 dias foi de 1,68 ± 0,03 g/cm³. A Figura 2 apresenta os resultados de absorção de água (porosidade aberta) para os corpos cimentícios ensaiados após 28 dias de cura. A Figura 2 também mostra o valor máximo de absorção de água para valores individuais e o valor médio permitido de acordo com a norma NBR 1083/94. Pode ser observado a partir da Figura 2 que os corpos-de-prova apresentaram valores individuais de absorção de água abaixo do valor máximo permitido por norma. Os valores de absorção de água ficaram situados na faixa de 18,52 a 19,49 %. Com relação ao valor médio de absorção de água, os corpos-de-prova apresentaram o valor médio de 19,03 ± 0,35 %. Este valor também se encontra abaixo do valor máximo permitido por norma. Estes resultados são de grande importância, pois mostram que o traço formulado e estudado no presente trabalho atende a especificação, em termos de absorção de água, estabelecida pela norma NBR 1083/94, na qual consta que o valor médio de absorção de água para tijolo solo-cimento deve ser inferior a 22 %.

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1,74

Massa Especifica Aparente (g/cm³)

Traço Formulado 1,72

1,70

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1,66

1,64

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2

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5

6

7

Corpos-de-Prova

Figura 1 – Valores de massa específica aparente dos corpos-de-prova ensaiados após 28 dias de cura. A Figura 3 mostra os resultados de resistência mecânica a compressão dos corpos-deprova ensaiados após 28 dias de cura dos traços estudados. A Figura 3 também mostra o valor mínimo de resistência mecânica a compressão para valores individuais e para o valor médio mínimo de acordo com a norma NBR 12025/90. 1,74

Massa Especifica Aparente (g/cm³)

Traço Formulado 1,72

1,70

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1,62 0

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Corpos-de-Prova

Figura 2 – Valores de absorção de água dos corpos-de-prova ensaiados após 28 dias de cura. Pode ser observado que os corpos cimentícios apresentaram valores individuais de resistência a compressão bem superiores ao valor mínimo exigido pela norma NBR 12025/90. Os valores de resistência a compressão dos corpos cimentícios se situaram na faixa de 4,24 a 4,43 MPa. Em termos do valor médio, os corpos cimentícios apresentaram valor médio de 221

Resistência a Compressao (MPa)

resistência a compressão de 4,33 ± 0,07 MPa. Esse resultado também está de acordo com a norma NBR 12025/90, que diz que para tijolo do tipo solo-cimento a resistência a compressão média deve ser superior a 2,0 MPa. 5,0 4,8 4,6 4,4 4,2 4,0 3,8 3,6 3,4 3,2 3,0 2,8 2,6 2,4 2,2 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0

Traço Formulado RC = Resistência a Cmpressao

NBR 12025/90 (RC≥ 2,0 MPa - Valores médios) NBR 12025/90 (RC≥ 1,7 MPa - Valores Individuais) 0

1

2

3

4

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6

7

Corpos-de-Prova

Figura 3 – Valores de resistência a compressão dos corpos-de-prova ensaiados após 28 dias de cura. Os resultados experimentais deste trabalho demonstram claramente que o solo proveniente do município de Ubá/MG tem potencial para a fabricação de tijolo ecológico do tipo solo-cimento para ser utilizado na construção civil. Ficou evidente que o traço formulado (traço 10:1) proporcionou a obtenção de corpos-de-prova cimentícios que atendem as especificações definidas por normas para tijolos do tipo solo-cimento. Notou-se que os corpos-de-prova apresentaram valores individuais de absorção de água na faixa de 18,52 a 19,49 % com valor médio de 19,03 ± 0,35 %. Para a resistência a compressão os corpos-deprova apresentaram valores individuais na faixa de 4,24 a 4,43 MPa e valor médio de 4,33 ± 0,07 MPa CONCLUSÕES A partir dos resultados experimentais obtidos no presente trabalho pode-se concluir que: Para o ensaio de absorção de água, conforme NBR 1083/94, que requer valores individuais de absorção de água inferiores a 20 % e valor médio inferior a 22 %, foi verificado que o traço formulado atendeu as especificações de norma. Os corpos cimentícios confeccionados apresentaram valores individuais na faixa de 18,52 a 19,49 % com valor médio de 19,20 ± 0,35 %. Para o ensaio de resistência à compressão simples, conforme NBR 12025/90, que requer valores individuais de resistência superiores a 1,7 MPa e resistência a compressão média superior a 2 MPa, foi observado que os corpos-de-prova cimentícios atingiram as especificações exigidas por norma. Os valores individuais de resistência à compressão situaram-se na faixa de 4,24 a 4,43 MPa e valor médio de 4,33 ± 0,07 MPa. Os resultados experimentais obtidos demonstram claramente que o solo proveniente do município de Ubá/MG tem potencial para a fabricação de material cerâmico de baixo 222

impacto ambiental classificado como tijolo ecológico do tipo solo-cimento para serem utilizados na construção civil. Através dos resultados obtidos pode-se ver que o traço formulado com 10 partes em volume de solo e 1 parte em volume de cimento atendeu todos os requisitos exigidos pelas normas NBR 1083/94 e NBR 12025/90. AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem à UEMG e ao CNPq pelo e técnico e apoio financeiro. REFERÊNCIAS ALBUQUERQUE, L. Q. C, et al. Resistência a compressão de tijolo de sol-cimento fabricados com o montículo do cupim Cornitermes cumulans (Kollar, 1832). Ciências Agrotécnicas, Lavras, v.32, n.2, p.553-560, mar/abr., 2008. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 12025. Solo-cimento – Ensaio de compressão simples de corpos de prova cilíndricos. Rio de Janeiro, 1990. 2 p. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 10834. Solo-cimento – Ensaio de determinação da absorção de água. Rio de Janeiro, 1994. 2 p. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND. AB. Guia básico de utilização de cimento portland. BT – 106. São Paulo. 2002. PINHEIRO, R. J. B; SOARES, J. M. D. Utilização se solos arenosos para obtenção de tijolos de solo-cimento. Cerâmica Industrial, v.15, n.5-6, p.30-36, set/dez, 2010. PISANI, M. A. J. Um material de construção de baixo impacto ambiental: o tijolo de solocimento. Sinergia, São Paulo, v.6, n.1, p.53-59, jan/jun, 2005. ROLIM, M. M, FREIRE, W. J, BERALDO, A. L. Análise comparativa da resistência à compressão simples de corpos-de-prova, tijolos e painéis de solo-cimento. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, v.3, n.1, p.89-92, 1999. SOUZA, M. I. B, SEGANTINI, A. S, PEREIRA, J. A. Tijolos prensados de solo-cimento confeccionados com resíduos de concreto. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, v.12, n.2, p.205-212, 2008. VAGHETI, M. A. O, et al. Casa popular eficiente: um benefício ambiental aliado a um custo mínimo. CONGRESSO INTERNACIONAL DE SUSTENTABILIDADE E HABITAÇÃO DE INTERESSE SOCIAL, 2010. Anais do Congresso Internacional de Sustentabilidade e Habitação de Interesse Social, 04 a 07 de maio, Porto Alegre, 2010, 11 p. VIEIRA, A. et al. Estudo do processo de obtenção e caracterização de tijolos solo-cimento. Cerâmica Industrial, v.12, n.6, p.47-50, nov/dez, 2007.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

TECNOLOGIA, DESIGN INTELIGENTE E AÇÕES COLABORATIVAS IVAN S. L. XAVIER1, PAULO J. S. JUNIOR2 1 2

Doutorado, Universidade Federal Fluminense EAU-UFF, (21) 8881-8398, [email protected] Mestrado, Universidade Federal Fluminense EAU-UFF, (61) 9945-4433, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: O futuro da indústria da construção civil no Brasil está diretamente ligado à adoção de uma nova logística industrial, o desenvolvimento de novas tecnologias com design inteligente e o incremento de ações colaborativas aliadas à sustentabilidade. Sabemos que esta inovação tem relação direta com o momento econômico, histórico, empresarial e cultural. A inovação brasileira acontecerá quando estas puderem gerar vantagem competitiva, aumento da produtividade, gerando então valor para as nossas organizações. A baixa qualidade dos projetos, a falta de compatibilização ainda são os principais gargalos da nossa construção civil. O modelo BIM (Building Information Modeling) pode possibilitar o desenvolvimento de novas ações de informações sobre a forma como os elementos são construídos (geometrias parametrizadas) e o desempenho técnico – construtivo, incluindo a sustentabilidade. O desejo é que a indústria de construção civil no Brasil altere sua cadeia construtiva, deixando o processo lento da produção convencional, para tornar-se processo ágil, eficiente, com qualidade, economia e rentabilidade: fazer mais com menos. No mercado atual, temos dificuldade com a qualidade dos projetos e a sua compatibilização, com a mão de obra, desqualificação e escassez dos profissionais. A adoção de novas tecnologias a pela reformulação completa do processo de concepção do projeto – a adoção do design inteligente. As empresas têm que repensar o processo de concepção do projeto, o uso, manutenção e a destinação do resíduo final. Este é um desafio que a pelo planejamento, desenvolvimento tecnológico e mudança de cultura. PALAVRAS–CHAVE: TECNOLOGIA, DESIGN, SUSTENTABILIDADE.

TECHNOLOGY, SMART DESIGN AND COLLABOATIVE ACTIONS ABSTRACT: The future of civil construction industry in Brazil is directly connected to the adoption of a new industrial logistic and the enhancement of collaborative actions allied to sustainability. We know that this innovation has a direct relation with the economic, historical, business and cultural moment of the country. In being so, innovation will happen when these variables are capable to produce competitive advantage and increased productivity. The low quality of projects and the lack of compatibilization are still the main problems of our civil construction. The BIM (Building Information Modeling) can allow the development of new actions of information on how the elements are constructed (parameterized geometries) and technical-constructive performance, including sustainability. The most targeted desire is that civil construction industry in Brazil will change the constructive chain, leaving the low process of conventional production behind, to become agile, efficient, economical, profitable and with quality: make more with less. In our recent market, it is difficult to deal with little quality of projects and their compatibilization and with manpower (disqualified workers and lack of them). The adoption of new technologies necessarily comes from the complete reformulation of the design process conception – the adoption of smart design. Companies must rethink the process of project conception, the use, maintenance and destination of final waste. It is a challenge that goes through planning, technological development and cultural changing. KEYWORDS: TECHNOLOGY, DESIGN, SUSTAINABILITY.

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INTRODUÇÃO Ações Colaborativas

No mundo moderno já é consenso que grupos de profissionais e de empresas compartilhem conhecimentos sobre determinada situação problemática, sendo que os participantes esperam realizar as melhorias com base no que aprenderam com o grupo (BOXWELL, 1994). O compartilhamento de conhecimento por meio do “benchmarking” é fundamental para o desenvolvimento de indicadores, permitindo comparação de desempenho, como compartilhar práticas relativas ao processo projetual, processos gerenciais e de indicadores nas ações relativas à sustentabilidade. A criação de grupos de benchmarking colaborativo pode ser centrada tanto nos indivíduos participantes quanto nas empresas. No processo projetual, por exemplo, por meio de grupos e redes sociais na internet uma empresa e ou equipe de trabalho poderá receber sugestões para o nome do empreendimento, idéias úteis para o projeto da unidade habitacional, áreas de lazer, a sustentabilidade do projeto e tecnologia a ser empregada. Posteriormente constituem-se as atividades necessárias à criação de toda a infraestrutura exigida por meio das ações colaborativas pela apropriação de materiais locais e sistemas eficientes para a concepção de projetos de design inteligente, construção de equipamentos solares, sistemas alternativos de saneamento, reciclagem e abastecimento de água, reaproveitamento de rejeitos da construção civil e beneficiamento da matéria prima local. Os grupos de benchmarking colaborativo envolve a concepção, implementação e avaliação das ações colaborativas, associadas ao desenvolvimento tecnológico e ao design inteligente, desenvolvem conhecimento, geram inovação e permitem transparência ao processo, estabelece um ambiente aberto, igualitário e de confiança para as trocas, gerando compromisso entre os participantes. A INDUSTRIA DA CONSTRUÇÃO CIVIL NO BRASIL Além das tecnologias projetuais, o nosso sistema construtivo, voltado para a habitação multifamiliar, sofreu grandes transformações ao longo dos últimos 20 anos. Houve redução do tamanho das empresas, foram instituídas varias barreiras para entrada no setor e o período foi marcado por forte competitividade, com grandes reduções das margens de lucro, dificuldades de financiamento da produção e taxa de juros elevada. A partir do advento do PAC (Plano de Aceleração do Crescimento) o comportamento do mercado foi marcado basicamente por construções encomendadas (made to order) e pela incorporação imobiliária (pré-sales housing market), com elevado nível de competitividade influenciada pelo plano. A oferta de financiamento e a diminuição das taxas de juros estabeleceram um novo cenário e uma nova ordem econômica, gerando uma definição clara dos preços de mercado para produtos convencionais – apartamentos e residências em condomínios. Estes aspectos induziram os incorporadores a adotarem uma nova sustentabilidade econômica para o setor, com lançamentos adequados às novas exigências do consumidor (o mercado como o grande definidor de preços). Neste sentido para fazer frente a estas novas exigências, as empresas tiveram que ampliar suas ações de planejamento e gerenciamento de obras, além da otimização dos processos construtivos e da implementação de programas de qualidade. Para esta realidade as empresas estão buscando processos de certificação e terceirização de grande parte das atividades necessárias à produção. Esta busca ainda tem como base a adoção de tecnologias incipientes, com implemento de melhorias tecnológicas 225

em algumas áreas do processo construtivo, tendo como base principal o emprego do concreto armado “moldado in loco”. O objetivo destas estratégias basicamente é a redução dos custos, com orientação do foco voltado ao cliente interno em relação à taxa interna de retorno (TIR), pouco explorado em relação à ampliação do valor do produto pelas empresas. Algumas empresas perceberam que a ampliação do “valor do produto”, do ponto de vista do usuário final e não tão somente do valor agregado em termos do capital, é a adoção de uma atuação empresarial mais consciente na fase da concepção do projeto (a melhoria da qualidade projetual), privilegiando agora o cliente externo/usuário em relação aos requisitos de desempenhos técnico construtivo e desempenho das edificações (KOSKELA, 2000; ISO – 6241; ABNT, 2000; FOLIENTE, 2005). O que ocorre, no entanto, apesar do desejo pela busca destas novas exigências a indústria da construção civil brasileira é conservadora e lenta nos processos de inovação, os empresários não estão dispostos ainda a mudar esta realidade. As empresas em geral são economicamente desprovidas de recursos, sem força política, de tecnologia precária e de pouca inteligência competitiva projetual, sem poder de auferir lucros e com pouco tempo de atuação no mercado. Estas empresas não tem como pratica a mecanização, a sua produção está sujeita às intempéries e com baixa produtividade, gerando alto nível de acidentes e apresentam condições de trabalho com grande nível de improvisação. Na sua atuação apresentam problemas com a precisão, qualidade e alto índice de perdas (recursos humanos, materiais e financeiros), além de apresentar mão de obra temporária e pouco qualificada, trabalham em ambiente insalubre, perigoso e com trabalho cansativo. Em relação aos projetos utilizados por estas empresas, estes em geral são fragmentados, confusos, e existindo uma difusão de responsabilidades e improvisação na obra. Em geral o produto é único, com pouca inteligência aplicada ao design e não se aprende com os erros. O usuário não participa no processo de produção, o projeto não é valorizado e não considera o ciclo de vida útil da edificação – custos e recursos (materiais, energia e água). Os custos com a manutenção e demolição representam em muitos casos mais do que o próprio custo da construção. Outro aspecto relevante é a falta de comprometimento social, a despreocupação com as consequências sociais, urbanas e ambientais; estão focadas somente na construção de unidades novas, com empreendimentos estanques e de curto prazo. Em geral o produto é caro, de baixa qualidade e com alto nível de inadequação. O futuro desejável, por meio das ações colaborativas, tecnologia e do design inteligente, apontam para a construção sustentável, inovadora, flexível, baseada em conhecimento, aberta às novas tecnologias e modelos de negócios economicamente sustentáveis. Para este modelo é imprescindível adoção de ações que diminuam a redução de perdas, reciclagem, reaproveitamento, industrialização, com projetos voltados à produção na fábrica e uso das tecnologias de informação e comunicação (TIC). Além da sustentabilidade ambiental devem ser incorporadas a econômica e social, que gerem boas condições de trabalho, continuidade e planos de carreira, capazes de atrair pessoas mais competentes e preparadas. Esta dicotomia entre a realidade existente e o futuro desejável tem como causas principais a ausência de dialogo entre empresas, governo, profissionais envolvidos e a universidade – ausência completa de ações colaborativas. Este conflito é o grande causador dos problemas atuais, tais como consumos elevados de material e mão de obra, geração de resíduos que ocorrem ao longo do ciclo de vida da edificação. Os problemas relacionados com a construção civil poderiam ser minimizados se parte do esforço fosse dedicado na fase inicial do projeto, no planejamento e nos grupos de discussões. A experiência demonstra que 226

eventuais falhas ficam mais caras e difíceis de serem corrigidas quando saímos da fase de planejamento e concepção. As alterações para um futuro desejável am por questões simples tais como o domínio multidisciplinar e a colaboração entre profissionais e também por processos de certificações ambientais adequados à realidade brasileira com foco na eficiência energética e sustentabilidade. É preciso associar às certificações, incentivos fiscais para a sua adoção. Essas questões indicam um uso racional dos insumos e qualidade ambiental interna e externa à edificação. A não adoção dessas ações apresenta em suas justificativas: o tempo , a falta de recursos destinados à fase inicial do projeto, bem como as alterações tecnológicas, social e econômica dos últimos anos que aumentaram a complexidade do projeto gerando imprecisões e incertezas. ADOÇÃO DE NOVAS TECNOLOGIAS As novas tecnologias projetuais, tendo como base o CAD, auxiliam os arquitetos a gerar projetos com precisão, cuja existência é fundamental no mundo moderno. Entretanto ainda geram problemas em relação à compatibilização de projetos (retrabalho e desperdícios na fase de construção), cujo gargalo aponta para o processo de projeto, e a má utilização dos softwares CAD, como afirma Richard Sennett (2012) “Como pode uma ferramenta tão útil ser tão mal empregada? (...) O que depuramos deste mal emprego do CAD, o que aparece na tela oferece uma coerência impraticável, composta de uma maneira que nunca se verifica na visão física.” Todo projeto de arquitetura busca uma personalidade própria, uma marca registrada, entretanto a realização do projeto pelo CAD pode remontar a alguns problemas básicos ligados a subutilização dos softwares, como problema da compreensão entre as diversas etapas do projeto e a visão limitada da imagem na tela, os efeitos do zoom que escondem os problemas e falhas de projeto. Também podem ser citados os diferentes pontos de vistas pelo “girar da imagem”, as falhas de precisão pela inserção dos pontos de referencias que “aparentemente parecem estar corretos”, mas que no detalhamento do zoom nos mostra a imprecisão. Outro fator relevante é a desconexão que envolve a avaliação das proporções que se apresenta na tela ao projetista, pelo manuseio das possibilidades de uso das diferentes escalas, e que jamais será substituído pela observação de alguém que está em campo, ou seja, o que aparece na tela representa soluções que nunca se verificará na visão de quem está no local. As dificuldades encontradas nas nossas obras de construção civil apontam para o projeto como o grande vilão dos erros e das incompatibilidades para os diversos tipos de projetos (arquitetura – estrutura – instalações prediais, etc.), gerando retrabalho e atrasos nos cronogramas de obra. Por sua vez a origem dos erros de forma sistemática ocorre em função do desconhecimento das potencialidades de uma ferramenta tão útil e ao mesmo tempo tão mal empregada. Este é um problema de capacitação grave que tem inicio na formação do profissional nas universidades. O ensino e a utilização do CAD sobrevêm pelo ruído da nossa atual formação universitária. Poucas escolas despendem maiores esforços no ensino de todas as potencialidades do programa, por outro lado os professores também não dominam os softwares. Além disto, o surgimento de novas ferramentas tridimensionais embaralha o caos da formação universitária. Não há consenso entre os profissionais de quais instrumentos devem ser utilizados e incentivados. Na maioria absoluta os alunos que dominam os softwares, obtiveram este conhecimento nos estágios, ou por esforço próprio durante o período de sua formação. 227

O futuro da construção civil no Brasil tem que estar aliado a uma logística industrial, o modelo construtivo “moldado in-loco” tem que dar espaço às novas tecnologias de produção e montagem, com softwares de gestão associados ao design inteligente. A almejada montagem no canteiro tem que tornar-se realidade, não é mais issível à improvisação e o retrabalho. Por trás deste vislumbre se desenha o processo lento de mudança de comportamento, com o superaquecimento do mercado e a imposição de prazos cada vez mais curtos, o modelo convencional apresenta ainda mais patologias. As reclamações voltadas para deficiências das obras entregues e ao atraso na entrega dos produtos apontam para a fragilidade do modelo construtivo. As ações voltadas ao sistema de gestão de qualidade, tecnologia de informação e comunicação, processos de produção e adoção de novas técnicas construtivas, podem agregar qualidade ao produto diminuindo os problemas ligados às patologias construtivas. A realidade atual da construção civil demonstra que a dificuldade com a mão de obra é cada vez maior. A mesma mão de obra é disputada por diversos setores. O modelo existente não é capaz de proporcionar melhores remunerações, além disso, inexistem programas de incentivo e garantias aos trabalhadores de sua permanência em eventuais momentos de crise. O blecaute da mão de obra supera-se com a produtividade, treinamento, planejamento e conscientização dos empresários e entidades de classe. Hoje em algumas etapas da obra a construção civil já remunera melhor que a fábrica, mas este aspecto é muito pontual. A disputa pela mão de obra é por operários qualificados e sem qualificação, a falta de mão de obra é generalizada. BIM E SUA APLICAÇÃO NA INDÚSTRIA DA CONSTRUÇÃO A qualidade e o processo de “design” na tecnologia BIM (Building Information Modeling) é uma inovação tecnológica que modifica o processo e o produto da construção civil (ANDRADE & RUSCHEL 2011). A proposta do BIM é a integração dos processos de desenvolvimento do projeto através da colaboração e trabalho multidisciplinar da equipe (stackholders). Através de uma mudança no paradigma de projeto, todos os envolvidos trabalham em um modelo único virtual que agrega todas as informações (geométricas e não geométricas) características dos edifícios, com significativa redução do tempo, custo e retrabalhos, com melhora da qualidade do processo e do produto apresentado (Eastman, 2011). Segundo CRESPO e RUSCHEL (2007) BIM é um modelo digital composto por um banco de dados que permite agregar informações para diversas finalidades, além de aumento de produtividade e racionalização do processo. É o desenvolvimento e uso de um modelo computacional para simular a construção e operação de um empreendimento. (NASCIMENTO, 2011). O modelo é uma representação do edifício com elementos parametrizados dos quais se pode extrair e manipular informações técnicas e físicas, que auxiliam nas decisões de projeto, na manutenção e na operação da edificação. As dificuldades em relação a qualquer inovação tecnológica, o BIM possui algumas dificuldades para implantação em toda a cadeia da indústria da construção civil, podemos citar estas barreiras: a) custo de implantação - custo de aquisição dos softwares e licenças, além de custos indiretos da baixa produtividade inicial durante o processo de implantação e treinamento; b) Resistência dos profissionais - BIM representa uma mudança no paradigma do processo de projeto, e enfrenta resistência de profissionais já familiarizados com processos tradicionais (cultura dos Seniores) que não estão dispostos a aprender novos processos e resistência natural a qualquer inovação. Para JUNIOR & AMARAL, 228

(2008) a indústria da construção tem maior resistência dos profissionais para assumir os riscos da incerteza em implantar a inovação tecnológica; c) Necessidade de Treinamento da equipe - o treinamento é considerado uma barreira, pois implica em novos investimentos. As empresas devem investir na equipe de projeto com tempo, recursos, espaço físico etc. Contudo nem sempre os empresários estão dispostos a investir, mesmo que o treinamento esteja diretamente associado às possibilidades de retorno; d) Tecnologia de ponta - para Birx (2006) o fato de ser uma nova tecnologia implica em que os softwares ainda estão sendo aprimorados. A cadeia de projetos e demais consultores e colaboradores ainda não aderiram à inovação, isto implica em carência de profissionais treinados no mercado e um longo período de transição. A interface do BIM baseia seu processo de projeto na interoperabilidade, que é a capacidade de troca de informações do modelo entre softwares e disciplinas diferentes. A interoperabilidade em BIM propõe o compartilhamento das informações através de arquivos no formato IFC (Compressed Image File). O modelo IFC que vem sendo elaborado desde 1994 pela IAI (International Aliance for Interoperability – agora chamada building SMART international) e aprovado pela ISO (International Standardization Organization) que viabiliza o intercambio de informações arquitetônicas e construtivas entre software com inteligência baseada no objeto – tais como BIM. (OLIVEIRA, 2011; BIAGINI, 2007). A interoperabilidade é a capacidade de trocar dados entre aplicações, que suaviza os fluxos de trabalho, facilitando às vezes a sua automação. (EASTMAN, 2011). A interoperabilidade garante que diversos especialistas de projeto em diferentes fases do processo possam adicionar informação, independente do software e da fase do empreendimento. O modelo virtual do projeto em BIM concentra os diversos objetos com a suas informações parametrizadas. O processo criativo de novas tecnologias e a implementação de um processo de projeto BIM sugere uma mudança nas etapas do processo tradicional. Acredita-se que essa mudança só ocorrerá quando as novas metodologias de projeto arquitetônico incorporar a diluição da rígida divisão entre as etapas de concepção e desenvolvimento, visando fortalecer a concepção arquitetônica. (BULHÕES, 2012; FLORIO, 2007; EASTMAN, 2011). O paradigma atual entre os profissionais de projeto e os que realizam obra é o distanciamento entre os diversos conhecimentos, enquanto alguns conhecem as ferramentas projetuais (CAD e BIM), outros dominam os conhecimentos necessários à construção. Este “” e retroalimentação dos conhecimentos é um grande desafio à realidade profissional. É importante que se estabeleça uma circularidade entre o domínio das ferramentas do projeto e domínio das técnicas construtivas. Uma das grandes vantagens do projeto em BIM em relação às ações de sustentabilidade é a possibilidade de simulações. A plataforma BIM permite que arquitetos e engenheiros utilizem informações digitais para analisar e entender como seus projetos serão realizados antes de serem construídos, permitindo o desenvolvimento de avaliações e várias alternativas ao mesmo tempo, gerando facilidades de comparação e informações necessárias para as decisões de projeto mais sustentáveis. As decisões de projeto feitas no início do processo podem produzir resultados significativos no que diz respeito ao uso eficiente dos recursos naturais. O emprego de ferramentas de análises de sustentabilidade possibilita arquitetos e engenheiros na tomada de decisões fundamentais e detalhada no início do processo do projeto, permitindo um maior controle sobre a eficiência e o desempenho de um projeto de construção (AUTODESK, 2010).

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BIM oferece formas superiores para medir, simular e analisar desempenho, com seus dados integrados de elementos do sistema de construção e serviço, contexto GIS (Geographic Information System) e definição das atividades humanas e afins (MITCHELL, 2011). Com esta antecipação os projetistas podem tomar a melhor decisão sobre a utilização de um projeto inteligente para construção. BIM nos encoraja a experimentar as melhores soluções no processo de projeto. CONCLUSÃO E RECOMENDAÇÕES O grande desafio na atualidade é a produção de edifícios sustentáveis com custos cada vez menores, redução de prazos, sem perda da qualidade, com inovações tecnológicas de projeto e com design inteligente: • • • • •

Promover ambientes profissionais abertos, igualitários e com ações colaborativas; Adoção de atitudes de planejamento. Investimentos em tecnologia, incorporação de ações relacionadas à sustentabilidade e TIC para adaptação à revolução digital; Desenho inteligente através de novas tecnologias de projeto associado à resolução dos defeitos de imprecisões, incompatibilidades e orientações desfiguradas em relação ao modelo digital; Possibilitar aperfeiçoamento digital para minimizar e evitar retrabalhos na produção em decorrência do mau uso das tecnologias projetuais; Aprimorar e tornar recorrente a prática da simulação para antecipar soluções de projeto e avaliação do desempenho ambiental, técnico e construtivo.

A ação inicia-se desde a concepção do projeto, ando pela construção do edifício, operação e manutenção até a reciclagem e descarte dos resíduos. Isto não significa apenas reuso da água da chuva ou implantação de placas solares, etc. O desafio atual é mais amplo, envolvendo implantação de sistemas apoiados em novas tecnologias para desenvolvimentos de projetos e a transformação do modelo “moldado in loco”, para a montagem no canteiro de obras. Nesse sentido, os nossos projetos, nossa legislação, cultura e exigências devem evoluir paralelamente. Este desenvolvimento de novos produtos, tecnologia e capacitações é a verdadeira revolução tecnológica que necessita de uma mudança cultural de desenvolvimento. BIBLIOGRAFIA AUTODESK, Sustainable Design Analysis and Building Information Modeling. Autodesk Ecotect Analysis 2010. In Autodesk.com, 2010. ANDRADE, M.; RUSCHEL, R. Building Information Modeling (BIM). In. O processo de projeto em arquitetura: da teoria à tecnologia/ DORIS C.C.K. KOWALTOWSKI, DANIEL de CARVALHO MOREIRA, JOÃO R.D. PETRECHE, MARCIO M. FABRICIO (orgs.) São Paulo: Oficina de textos, 2011. BIRX, Glenn W. 2006. How Building Information Modeling Changes ArchitecturePractice. The American Institute of Architects – Best Pratices, 2006. Disponível em:http://www.aia.org/aiaucmp/groups/ek_/documents/pdf/aiap016610.pdf BOXWELL, Robert (1994), Benchmarking for a Competitive Advantage, McGraw Hill, 1994. 230

BULHOES, M.C.S. Impactos do Building Information Modeling (BIM) no Processo de Projeto. Dissertação (Mestrado), Universidade Federal Fluminense – UFF, Niterói-RJ, Brasil, 2012. EASTMAN, Chuck et al. BIM Handbook: a guide to Building Information Modeling for Owners,Managers,Designers, Engineers and Contractors. New Jersey: Jonh Wiley & Sons, 2011. FLORIO, Wilson. Contribuições do Building Information Modeling no Processo de Projeto em Arquitetura. In: III ENCONTRO DE TECNOLOGIA DE INFORMAÇÃO E COMUNICAÇÃO NA CONSTRUÇÃO CIVIL, 3, 2007, Porto Alegre. Anais … Porto Alegre - RS, Brasil, 2007. FOLIENTE GC et al. Performance Based Building R&D Roap. CIB, Rotterdam, The Netherlands, 2005. JUNIOR, I. F.; AMARAL, T. G. do. Inovação tecnológica e modernização na indústria da construção civil. Ciência et práxis, v.1, n2, p5-10, 2008 KOSKELA, Lauri (2000): An exploration towards a production theory and its application to construction, Espoo, VTT Building Technology. 296 p. VTT Publication, 2000. MITCHELL, John. BIM & BUILDING SIMULATION. In Proceedings of Building Simulation 2011:12th Conference of International Building Performance Simulation Association, Sydney, 2011. SENNETT, Richard. O Artifice. Ed Record. 2012.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

AVALIAÇÃO DA INFLUÊNCIA DA UMIDADE NA PRIMAVERA DA REGIÃO AMAZÔNICA NA OCORRÊNCIA DA ZCAS CAROLINE DE SOUZA CONTADOR1, DAVID MARCOLINO NIELSEN2, OLÍVIA SOARES MENDONÇA SMIDERLE3, MARCIO CATALDI4, MÔNICA DE AQUINO GALEANO MASSERA DA HORA5 1 2 3 Graduandos em Engenharia Ambiental, Universidade Federal Fluminense, (21)9584-9584, [email protected], (21)8203-9210, [email protected], (21)9544-1168, [email protected] 45 Professores Orientadores, Universidade Federal Fluminense, (21)8352-0940, [email protected], (21)2629-5354, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Neste estudo foi investigada a influência da umidade na região amazônica, no período de primavera, que antecede a ocorrência da ZCAS, na precipitação mensal ocorrida no verão nas regiões de atuação deste sistema. Foram utilizados dados de médias mensais de precipitação observada no período de janeiro de 1975 a dezembro de 2005, obtidos através do Sistema de Informações Hidrológicas (HidroWeb) da Agência Nacional de Águas (ANA) e dados provenientes das Reanálises do National Centre for Environmental Prediction (NCEP) - National Center for Atmospheric Research (NCAR) Reanalysis. No caso dos dados das reanálises foram avaliadas as seguintes variáveis no período da primavera e do verão: precipitação, umidade específica entre 1000hPa e 850hPa, e entre 850hPa e 700hPa. Em relação aos dados observados nos pluviômetros da ANA, foi utilizada somente a precipitação da primavera como variável explicativa. A região estudada foi dividida em áreas de contribuição da umidade na região amazônica e áreas de atuação da ZCAS. Este estudo enfatiza a eficiência e importância do transporte da umidade realizado pelos Jatos em Baixos Níveis, a leste dos Andes, desde o norte até o sudeste do Brasil, pois as correlações obtidas através dos dados observados e provenientes das reanálises demonstraram resultados positivos moderados a fortes. Por fim, foram realizadas ainda comparações entre as correlações obtidas no estudo com as reanálises com as correlações obtidas a partir dos dados dos postos pluviométricos. PALAVRAS–CHAVE: Reanálise, ZCAS, Transporte de Umidade da Região Amazônica

EVALUATION OF THE INFLUENCE OF SPRING HUMIDITY OF AMAZONIAN REGION ON THE SACZ OCURRING REGION ABSTRACT: The present study analyzes the influence of air moisture in Amazonian region, during spring season, preceding the South Atlantic Convergence Zone (SACZ) occurrence, upon monthly precipitation rates during summer in the SACZ occurring region. Data on average monthly rainfall observed from January 1975 to December 2005 was obtained from the Sistema de Informações Hidrológicas (HIDROWEB) from Agência Nacional de Águas (ANA) and from the National Centre for Environmental Prediction (NCEP) - National Center for Atmospheric Research (NCAR) Reanalysis. In the case of Reanalysis data, the following variables were evaluated during spring and summer period: precipitation, specific humidity between 1000hPa and 850 hPa, and between 850 hPa and 700hPa. Regarding the observed data from ANA gauges, the only explanatory variable used was spring rainfall. The study area was divided into an area of contribution of moisture in the Amazonian region and an area of SACZ occurrence. This study emphasizes the importance of the efficiency of the moisture transport performed by Low Level Jets in the east of the Andes, from northern to southern Brazilian regions, once correlations obtained from the observed data and the reanalysis showed results from moderate positive to strong positive. Finally, further comparisons were made between the correlations obtained in the study with the reanalysis and data from rain gauges. KEYWORDS: Reanalysis, SACZ, humidity transport from Amazonian region

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INTRODUÇÃO A Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS) consiste numa faixa de nebulosidade convectiva, que se origina na bacia amazônica e se estende até a região sudeste do Brasil, chegando ao Oceano Atlântico (Satyamirti at al, 1998), durante o verão. Esse fenômeno, influencia no regime de chuvas dessas regiões, durante essa estação, intensificando a precipitação na região Sudeste e ocasionando estiagem na região Sul do país, pois nessa configuração o Jato de Baixos Níveis (JBN) se enfraquece e o transporte de umidade da região Amazônica é direcionado para região Sudeste do Brasil (Quadro, 1994; Santos e al, 2004). O JBN da América do Sul está situado a leste da cordilheira dos Andes, e consiste numa estreita zona de ventos máximos que ocorre nos primeiros quilômetros da atmosfera, que permite o transporte de umidade da região Amazônica para regiões de latitudes mais altas, modulando o fluxo de umidade entre estas regiões (Marengo et al, 2002). Além disso, o JBN associado a topografia dos Andes, e ao Jato Subtropical da América do Sul (JSAS), que está intimamente ligado a agem e intensidade de sistemas frontais (Kousky e Cavalcanti, 1984; Browing, 1985), permite ocorrência dos Complexos Convectivos de Mesoescala (CCM) na região Sul e no sul da região Sudeste do país (Madox, 1983; Miller e Fritsch, 1991). De acordo com os trabalhos existentes, sabe-se que a umidade fornecida pela região Amazônica interfere na precipitação das regiões Sudeste e Sul do Brasil. Entretanto o objetivo do presente trabalho é investigar a influência da umidade na região amazônica, no período da primavera, que antecede a ocorrência da Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS), na precipitação mensal ocorrida no verão nas regiões de atuação desse sistema, o que pode complementar o entendimento da dinâmica destes sistemas e auxiliar nas previsões dos períodos úmidos das regiões envolvidas. MATERIAL E MÉTODOS Foram utilizados dados de médias mensais de precipitação observada, no período de janeiro de 1975 a dezembro de 2005, obtidos através do Sistema de Informações Hidrológicas (HidroWeb) da Agência Nacional de Águas (ANA) e dados provenientes das Reanálises do National Centre for Environmental Prediction (NCEP) - National Center for Atmospheric Research (NCAR) Reanalysis (Kalnay et al., 1996). No caso dos dados das reanálises foram avaliadas as seguintes variáveis no período da primavera e do verão: precipitação, umidade específica entre 1000hPa e 850hPa, e entre 850hPa e 700hPa. Em relação aos dados observados nos pluviômetros da ANA, foi utilizada somente a precipitação da primavera como variável explicativa. A região estudada foi dividida em áreas de contribuição da umidade na região amazônica e áreas de atuação da ZCAS, chamadas de AM e AB, respectivamente, e compreendidas entre os retângulos formados pelas latitudes 0° e 10°S e longitudes 70°W e 50°W, e latitudes 10°S e 25°S e longitudes 60°W e 40°W. A área de atuação (AB) foi dividida ao meio em duas sub-regiões, a saber: “A” limitada pelas latitudes 10°S e 25°S e longitudes 60°W e 50°W, e “B” limitada pelas latitudes 10°S e 25°S e longitudes 50°W e 40°W. As sub-regiões A e B ainda foram divididas em A1, A2 e B1, B2 de forma que tivessem as mesmas dimensões e fossem separadas pelo paralelo 17.5ºS (FIGURAS 1, 2 e 3). Nestas figuras observa-se também a distribuição espacial dos postos de precipitação da ANA utilizados no estudo.

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Figura 1 - Distribuição das estações pluviométricas utilizadas para obtenção do dado de média mensal de precipitação, plotadas no programa Surfer 9.0 dentro de cada região, AM, A1, A2, B1 e B2.

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(2)

(3) Figuras 2 e 3 - Área de atuação da ZCAS, AB compreendida entre as latitudes 10°S e 25°S e longitudes 60°W e 40°W; e Subdivisões arbitradas da área AB, de ocorrência da ZCAS, em sub-regiões regiões A entre 10°S – 25°S e 60°W - 50°W e B entre 10°S – 25°S e 50°W – 40°W. Definiu-se se os meses de setembro, outubro e novembro como o período de umidade antecedente na região amazônica (primavera), e os meses de dezembro, janeiro e fevereiro, fe como o período de ocorrência da ZCAS (verão). Sendo assim, foram encontradas anomalias mensais, e depois as médias trimensais dessas anomalias de setembro a novembro da região AM, e do trimestre seguinte para região AB, das variáveis de precipitação, precipita umidade específica integrada entre 1000hPa e 850hPa, e entre 850hPa e 700hPa, no período entre 1975 e 2005 para o método da reanálise, e de precipitação mensal de 1975 a 2005 para a análise dos dados observados nos postos pluviométricos. Para cada variável variável e cada região AM, AB, A, B, 235

A1, A2, B1 e B2, nos dois períodos analisados, foi utilizada a correlação linear de Pearson (Bussab e Morettin, 1986), de acordo com a Equação 1. q =

£¤,¥

¦¤ ¦¥

, q ∈ ¨−1©, ©1ª

(1)

onde r é o coeficiente de correlação de Pearson, Cx,y é a covariância, ou variância conjunta das variáveis x e y, e Sx e Sy são os desvios padrão das variáveis x e y, respectivamente.

RESULTADOS E DISCUSSÃO Os coeficientes obtidos pelo método da reanálise estão apresentados na Tabela 1. Tabela 1 - Coeficientes de correlação linear de Pearson (r) entre as anomalias das médias mensais do trimestre de setembro a novembro da região AM (amazônica) com as anomalias nas médias mensais do trimestre seguinte de dezembro a fevereiro para cada uma das regiões, com dados da reanálise. Coeficiente de Coeficiente de Correlação da Umidade Região Correlação da Específica Precipitação 1000hPa e 850hPa 850hPa e 700hPa AB 0,3714 0,6264 0,6346 A 0,1143 0,4915 0,6300 A1 0,1577 0,6690 0,6785 A2 -0,4610 0,2325 0,4976 B 0,2254 0,6430 0,5430 B1 0,6810 0,6659 0,4832 B2 0,2766 0,3994 0,5061 Foram obtidas correlações moderadas positivas (0,5 < r ≤ 0,8) entre as anomalias de precipitação no trimestre setembro-outubro-novembro da região AM e as anomalias ocorridas na região B1 no trimestre dezembro-janeiro-fevereiro das regiões de atuação da ZCAS. No entanto, as correlações das anomalias de precipitação entre as regiões AM e AB, A, A1, B, B2 podem ser classificadas como fracas (0,1 < r ≤ 0,5). Entre AM e A2 houve correlação negativa, ou seja, inversamente proporcional, fraca (-0,5 < r ≤ -0,1), o que está relacionado com a teoria de que quando a ZCAS se configura o JBN, que normalmente transporta umidade para a região A2, se enfraquece. Em relação a umidade específica de 1000hPa e 850hPa, foram obtidas correlações moderadas positivas entre AM e AB, A1, B, B1 e anomalias positivas fracas em A, A2 e B2. Entre os níveis de 850hPa e 700hPa, a anomalia da umidade específica foi positiva moderada em A, A1, B e B2, e positiva fraca em A2 e B1. Os coeficientes de correlação obtidos através dos dados observados estão relacionados na Tabela 2.

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Tabela 2 - Coeficientes de correlação linear de Pearson (r) entre as anomalias das médias mensais do trimestre de setembro a novembro da região AM (amazônica) com as anomalias nas médias mensais do trimestre de dezembro a fevereiro para cada uma das regiões da precipitação mensal observada. Região Precipitação AB 0,0047 A 0,1521 A1 0,0682 A2 0,1936 B -0,0717 B1 -0,0426 B2 -0,1109 A partir dos dados observados, obtiveram-se coeficientes de correlação positivos fracos entre as regiões AM e A, e A2. E correlação negativa fraca entre AM e B2. É importante frisar que nas regiões AB, A1, B e B1 não houve correlações significativas com AM. É notável que os valores de correlação obtidos com os dados de precipitação não apresentaram o mesmo comportamento encontrado com os dados das reanálises. Comparando as correlações encontradas nos dois métodos utilizados, a reanálise e os dados observados, obteve-se uma boa relação entre os dados da região A como demonstrado na Tabela 3, além disso, de modo geral as correlações encontradas para umidade específica, sugerem uma boa relação entre área de contribuição e a área de atuação da ZCAS, o que pode ser reforçado na região B1, onde os coeficientes de correlação são muito próximos, indicando que a umidade entre 1000hPa e 850hPa e a precipitação dessa área estão diretamente ligados. Tabela 3 - Comparação das correlações encontradas pelo método da reanálise, e pelos dados observados. Coeficiente de Correlação da Coeficiente de Correlação da Precipitação Região Precipitação Umidade Específica Observada Reanálise 1000hPa e 850hPa e 850hPa 700hPa AB 0,3714 0,6264 0,6346 0,0047 A 0,1143 0,4915 0,6300 0,1521 A1 0,1577 0,6690 0,6785 0,0682 A2 -0,4610 0,2325 0,4976 0,1936 B 0,2254 0,6430 0,5430 -0,0717 B1 0,6810 0,6659 0,4832 -0,0426 B2 0,2766 0,3994 0,5061 -0,1109 Uma questão importante a ser discutida é a dificuldade em se trabalhar com os dados observados das estações pluviométricas, já que muitos postos apresentam falhas consideráveis, normalmente maiores que doze meses, e/ou acima do que três meses consecutivos, o que seria um bom parâmetro para a utilização ou não dos mesmos. Outro problema é que os postos que não apresentam essas condições, ou seja, aptos para serem utilizados, não estão distribuídos uniformemente nas regiões de estudo, o que pode estar influenciando nas correlações. Uma situação que foi observada no presente estudo é que no Estado do Pará, a maioria dos postos começa a ter dados somente a partir de 1977, 1982 e 1985, ou seja, a maioria 237

necessitou de preenchimento, o que pode causar uma mudança significativa nos dados da região AM, que é a região de contribuição de umidade da ZCAS. No Mato Grosso, a maior parte dos postos começa a ter dados a partir de 1976, já no Mato Grosso do Sul, a partir de dezembro de 1975 e no estado do Paraná, só há dados até 1999, o que altera os resultados da região A como um todo, principalmente na A2. Na região B, influenciam os estados da Bahia com vários postos iniciando seus dados a partir de 1976, e de São Paulo, com postos de início em 1980. Na Tabela 4 estão expostas as correlações entre os dados das reanálises e os dados observados. Foram encontradas correlações moderadas positivas nas regiões AB, B1 e B2, correlações fracas positivas nas regiões AM, A, A1 e A2, e apenas a região B, apresentou correlação fraca negativa, portanto os resultados analisados indicam que existe uma boa correspondência entre os dados obtidos através do método da reanálise e os dados observados. Tabela 4 - Correlações entre os dados das reanálises e os dados observados para cada região estudada. Correlação entre Reanálise Região e Dados Observados AM 0,4821 AB 0,7105 A 0,2567 A1 0,2677 A2 0,1913 B -0,2269 B1 0,5478 B2 0,7222 CONCLUSÕES Esta análise vem comprovar o eficiente transporte desta umidade pelo JBN, a leste dos Andes, desde o norte até o sudeste do Brasil, uma vez que foram obtidos valores positivos de correlação de magnitude fraca para o dado de precipitação obtido através da reanálise e dos dados observados na região A, o que comprova a eficiência do método da reanálise para utilização em pesquisas científicas. Na correlação entre os dados das reanálises e os dados observados encontramos evidências de que o método da reanálise oferece uma boa correspondência ao valor real observado, além de ser um dado mais fácil de ser trabalhado, vide os problemas encontrados durante a validação dos dados observados e da quantidade de postos existentes, que dificultaram a pesquisa. Além disso, existem postos localizados nas mesmas coordenadas geográficas desnecessariamente. Há ainda, evidências de que a umidade e a precipitação da área de contribuição e atuação da ZCAS estão intimamente ligadas, devido aos valores positivos moderados para o dado de umidade específica na região AB em ambos os níveis, e ao valor dos coeficientes de precipitação e umidade específica entre 1000hPa e 850hPa serem muito próximos na região B1, utilizando o método da reanálise. O regime de precipitação do verão na região Sudeste do Brasil é influenciados por um grande número de padrões de teleconexões do sistema climático, ligados à anomalias da Temperatura da Superfície do Mar – TSM dos oceanos Pacífico Equatorial e Atlântico Sul extratropical, por exemplo (Cataldi et al. 2010) e pelas oscilações intrasazonais, entre outros. Desta forma, a previsão sazonal para esta região se mostra como um desafio bastante proeminente da vanguarda da ciência. Este trabalho abre a discussão sobre mais um possível sistema de teleconexão, 238

envolvendo a umidade da região AM na primavera e as anomalias de precipitação da região SE durante o verão. Cabe destacar a importância do regime de precipitação do período de verão da região SE do Brasil para o setor de energia elétrica, por exemplo, já que é neste período que a grande maioria dos reservatórios de cabeceira do Sistema Interligado Nacional – SIN apresentam a elevação de seus níveis. AGRADECIMENTOS O presente trabalho foi realizado com o apoio do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e da Universidade Federal Fluminense. REFERÊNCIAS BROWING, K.A. (1985). Conceptual models of precipitation systems. Meteorological Magazine, Bracknell. Eng. 114(1359), p. 293-319. BUSSAB, W. O.; MORETTIN, P. A. (1986). Estatística básica. 3a ed., Atual, São Paulo, 321p. CATALDI, M. et al. Estudo da influência das anomalias da TSM do Atlântico Sul extratropical na região da Confluência Brasil - Malvinas no regime hidrometeorológico de verão do Sul e Sudeste do Brasil. Revista Brasileira de Meteorologia (Impresso), v. 25, p. 513-524, 2010. KALNAY, E. et al. The NCEP/NCAR Reanalysis Project. Bull. Amer. Meteorol. Soc., 77, 437-471, 1996. KOUSKY, V.E.; CAVALCANTI, I.F.A. (1984). Eventos Oscilação Sul - El Niño: características, evolução e anomalias de precipitação. Ciência e Cultura, 36(11), p. 18881889. MADOX, R.A. (1983). Large-scale meteorological conditions associated with midlatitude, mesoscale convective complexes. Mon. Weather Rev., 111, p. 1475-1493. MARENGO, J.A.; DOUGLAS, M. W.; SILVA DIAS, P.L. (2002). The South American lowlevel jet east of the Andes during the 1999 LBA-TRMM and LBA-WET AMC campaign, J. Geophys. Res., 107(D20), 8079, doi:1029/2001JD001188. MILLER, D.; FRITSCH, J.M. (1991). Mesoscale convective complexes in the Western Pacific region. Mon. Weather Rev, 119, p. 2978-2992. NIELSEN, D. M.; CATALDI, M. Avaliação do Impacto da Umidade Antecedente da Região Amazônica na Ocorrência da Zona de Convergência do Atlântico Sul. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE METEOROLOGIA, 7., 2012, Gramado. p. 5. OLIVEIRA, A. S. (1986). Interações entre sistemas na América do Sul e convecção na Amazônia. Dissertação de Mestrado em meteorologia - INPE, São José dos Campos, (INPE4008-TDL/239). QUADRO, M. F. L. (1994). Um estudo de episódios de Zonas de Convergência do Atlântico 239

Sul (ZCAS) sobre a América do Sul. (INPE-6341-TDI/593). Dissertação (Mestrado em Meteorologia). SATYAMURTI, P.; NOBRE, C.; SILVA DIAS, P. L. (1998). South America. Meteorology of the Southern Hemisphere, D. J. Karoly and D. G. Vincent, Eds., Amer. Meteor. Soc., p. 119–139.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO E CALIBRAÇÃO DO SISTEMA DE PREVISÃO NUMÉRICA DO TEMPO POR CONJUNTOS DE ALTA RESOLUÇÃO ESPACIAL PARA A REGIÃO METROPOLITANA E SERRANA DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO MÁRCIO CATALDI1, EDUARDO B. CORRÊA2, CAROLINA V. F. DE SOUZA3, FERNANDA F. E GRAÇA3, JOÃO P. M. ANDRADE3, JOÃO V. M. DE MIRANDA3, JUSSARA S. OLIVEIRA3, MARIANA DA S. COELHO3, OLÍVIA S. M. SMIDERLE3, RODRIGO S. BAPTISTA3 1

TGH/UFF – Rua os da Pátria, 156, Bloco D, sala 218, São Domingos, Niterói,RJ - CEP 24210-240. Telefones: +55 21 26 29 53 87 / +55 21 26 29 53 88 [email protected] NCQAR/LAMMA/UFRJ – Núcleo Computacional de Estudo da Qualidade do Ar - Laboratório de Modelagem de Processos Marinhos e Atmosféricos - Av. Brigadeiro Trompowski, s/nº Cidade Universitária. 21941-590 - Rio de Janeiro/RJ, Brasil, (21)2598 9470 r26: [email protected] 3 TGH/UFF – Rua os da Pátria, 156, Bloco D, sala 218, São Domingos, Niterói,RJ - CEP 24210-240. Telefones: +55 21 26 29 53 87 / +55 21 26295388 [email protected]; [email protected]; [email protected]; [email protected]; [email protected]; [email protected]; [email protected]; [email protected] 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Nos anos de 2010 e 2011, episódios de forte precipitação ocorridos na região metropolitana e serrana do estado do Rio de Janeiro provocaram sérios danos materiais e fizeram grande número de vítimas, o que revelou a vulnerabilidade dessa população a esse e outros fenômenos atmosféricos extremos. Os impactos desses eventos podem ser amenizados com a previsão do tempo e o alerta aos tomadores de decisão quanto à possibilidade de sua ocorrência, que pode ser obtida pela utilização de modelos numéricos de previsão do tempo por conjuntos de alta resolução espacial, como o Mesoscale Method 5 (MM5). Neste estudo, foi avaliada a habilidade dos conjuntos de parametrizações físicas do modelo MM5 em prever fenômenos atmosféricos extremos nessas regiões a partir da comparação dos resultados alcançados com os dados coletados por estações meteorológicas, estudo que se encontra em fase de desenvolvimento. Como a modelagem numérica da atmosfera possui condicionantes que originam incertezas, é gerado um conjunto de oito previsões, que são lançadas diariamente em um sítio da internet. Os resultados obtidos até então demonstram que é possível capturar a ocorrência de eventos extremos de precipitação e de rajadas de vento em tais regiões pela utilização de previsões por conjuntos do modelo numérico MM5. PALAVRAS–CHAVE: Desastres naturais, previsão do tempo, MM5. PERFORMANCE EVALUATION AND CALIBRATION OF NUMERICAL WEATHER PREVISIONS BY SETS OF HIGH SPATIAL RESOLUTIONS SYSTEM TO METROPOLITAN AND MOUNTAINOUS REGIONS OF STATE OF RIO DE JANEIRO ABSTRACT: In the years 2010 and 2011, episodes of heavy precipitation occurred in metropolitan and mountainous areas of state of Rio de Janeiro have caused serious material damages and made a high number of victims, that which revealed the vulnerability of this population to this and other extreme weather phenomena. The impacts of these events can be reduced by the weather prevision and alert decision makers about the possibility of its occurrence, that which can be obtained by using numerical weather prevision by sets of high spatial resolution models, such as the Mesoscale Method 5 (MM5). In this study, was evaluated the abilities of physical parameterizations sets of MM5 model to predict extreme weather phenomena in these regions from the comparison of the results obtained with the data collected by weather stations, study that is currently under development. As the numerical modeling of atmosphere has conditions that cause uncertainty, was generates a set of eight previsions that are posted daily on an internet site. The results obtained till then show that is possible to capture extreme precipitations and wind gusts events in these regions by the use of numerical model MM5 previsions by sets. KEYWORDS: Natural disasters, weather prevision, MM5

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INTRODUÇÃO Pesquisas têm evidenciado nas últimas décadas um aumento expressivo na frequência e na intensidade de desastres naturais em muitas regiões do mundo, sobretudo aqueles provocados por fenômenos atmosféricos severos (MARCELINO, 2008). No que diz respeito ao Brasil, as precipitações nas regiões Sul e Sudeste aumentaram (IPCC, 2007), e a tendência é que de fiquem cada ano mais intensas, concentradas e mal distribuídas, conforme afirma Marcelino (2008). As precipitações intensas podem desencadear sérios desastres ambientais, como os escorregamentos de encostas e inundações ocorridos na região metropolitana do Rio de Janeiro em abril de 2010 e na região serrana do estado, em 2011. Tais episódios geraram sérias consequências para a sociedade, incluindo a perda de inúmeras vidas humanas, o que mostra a fragilidade dessas regiões em relação a esse tipo de evento. Sabe-se que os fenômenos naturais severos são praticamente impossíveis de serem erradicados, uma vez que fazem parte da geodinâmica terrestre e suas ocorrências têm grande importância para a espécie humana, por serem responsáveis pela formação do relevo, pela manutenção de ecossistemas, pelo abastecimento das fontes hídricas, entre outros (MARCELINO, 2008). No entanto, as situações desastrosas por eles desencadeadas podem ser evitadas ou, no mínimo, amenizadas com ações preventivas e mitigadoras, que não existiam na época dos eventos ocorridos nas regiões afetadas do Rio de Janeiro. Entre essas medidas, pode-se citar a previsão e o alerta aos tomadores de decisão quanto à possibilidade de ocorrência de eventos meteorológicos severos. Essas previsões poder ser obtidas por meio da utilização de modelos numéricos de previsão do tempo com alta resolução espacial configurada para essas regiões. A elaboração deste projeto, que pode ser visto como uma complementação às atividades de monitoramento, previsão e mitigação de desastres ambientais associados a condições atmosféricas severas nas regiões metropolitana e serrana do estado do Rio de Janeiro, objetiva disponibilizar diariamente, em um sítio da Internet, campos prognósticos do modelo numérico MM5, configurado com domínios de alta resolução espacial e com diferentes conjuntos de parametrizações, para um horizonte de 48 horas. Estes campos serão referentes, principalmente, às variáveis de vento, temperatura, pressão atmosférica reduzida ao nível do mar, umidade relativa e precipitação acumulada. Além disso, deverão ser estabelecidos critérios de ocorrência de tempo severo e situações atmosféricas que possam estar associadas a diferentes riscos ambientais, sendo emitidos alertas automáticos de ocorrência destes eventos, sempre que as previsões indicarem uma probabilidade significativa de sua ocorrência. A página inicial deste projeto na Internet já está sendo trabalhada pelos e o seu estado atual pode ser observado na Figura 1, que ilustra o que já está disponível no sítio http://www.temponiteroi.uff.br.

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Figura 1 - Exemplo do sítio da Internet onde ficarão disponíveis as previsões do modelo MM5 com diferentes parametrizações para o município de Niterói. MATERIAL E MÉTODOS Uma das maneiras de se realizar a previsão do tempo é por meio da aplicação da modelagem numérica da atmosfera. Neste projeto, é utilizado o modelo de previsão numérica do tempo MM5 (Mesocale Model 5), cuja descrição abaixo segue aquela formulada pelos autores Dudhia et al. (2005) e Grell et al. (1995). Ele foi escolhido por ser utilizado por outras instituições, como a Universidade Federal do Rio de Janeiro, e apresentar bons resultados. O Sistema MM5 é um modelo de simulação numérica desenvolvido no final da década de 70 pela Penn State University em conjunto com o National Center for Atmospheric Research (NCAR). Atualmente se encontra na quinta geração e possui como características principais a capacidade de múltiplos aninhamentos de grade, dinâmica não hidrostática e assimilação de dados em quatro dimensões, além de várias parametrizações físicas e portabilidade em diversas plataformas computacionais, incluindo o sistema LINUX. O modelo utiliza um sistema de coordenadas sigma que segue a topografia do terreno e resolve as equações de Navier-Stokes em três dimensões: a equação da continuidade, a Primeira Lei da Termodinâmica e a equação de transferência radioativa. Utiliza a grade Arakawa-B, em que as variáveis de quantidade de movimento (componentes u e v do vento e força de Coriolis) são resolvidas nos pontos de grade, enquanto as variáveis escalares são resolvidas no interior da célula da grade. Como todo modelo de área limitada, são necessárias condições iniciais e de contorno. No MM5, todas as quatro fronteiras possuem campos de ventos horizontais, temperatura e umidade especificados. Estes dados podem vir de análises de modelos de grande escala, simulações prévias do próprio MM5 ou de outro modelo prognóstico.

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O modelo traz diversas opções de parametrizações físicas para processos de superfície e Camada Limite Atmosférica (CLA), precipitação, microfísica de nuvens e radiação. Ele deve ser configurado quanto aos domínios das grades, resolução espacial, aninhamento de grade e parametrizações físicas. São utilizados vários domínios aninhados, centralizados sobre a área de estudo, com distintas dimensões, resoluções horizontais e topográficas. Em todos os domínios foram utilizados dados de topografia e uso do solo do United State Geological Survey (USGS), com resolução espacial de 1 km. A configuração utilizada foi escolhida com base na descrição do modelo obtida em Dudhia (2005), em trabalhos encontrados na literatura científica, como o de Tânia (2002) e De Sá (2005), e em resultados obtidos com o modelo em trabalhos anteriores (Corrêa, 2005). A Figura 2 ilustra os diferentes domínios de grade e resoluções espaciais que o modelo MM5 pode gerar e que estão sendo utilizadas neste estudo. Como consta na figura, a variável utilizada nesse exemplo é a umidade relativa do ar. A primeira apresenta resolução de 3 km (Figura 2-a) abrangendo a região Sudeste e parte das regiões Sul e Centro-Oeste, a segunda possui resolução de 9 km (Figura 2-b) abrangendo o estado do Rio de Janeiro e parte do estado de São Paulo e a terceira e última grade, com resolução de 27 km (Figura 3-c), abrangendo a cidade de Niterói e parte da cidade do Rio de Janeiro e da região serrana.

(a) (b) (c) Figura 2 - Domínios utilizados para as previsões numéricas realizadas com o modelo MM5: (a) Domínio 1, com resolução de 3 km ; (b) Domínio 2, com resolução de 9 km ; (c) Domínio 3, com resolução de 27 km. São geradas previsões com intervalo de 3 horas (horizonte da previsão), para catorze variáveis atmosféricas, descritas na Tabela 1, sendo quarenta e oito horas o tempo máximo de previsibilidade. Como a modelagem numérica da atmosfera possui condicionantes que originam incertezas, é gerado um conjunto de oito previsões, que são lançadas diariamente em um sítio da internet.

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Tabela 1 – Listagem dos códigos e das variáveis prognósticas do modelo MM5 que são disponibilizadas no sítio da Internet. Código Variáveis prec precipitação uv1000 vetor vento em 1000 hPa uv850 vetor vento em 850 hPa uv500 vetor vento em 500 hPa uv200 vetor vento em 200 hPa u1000 umidade relativa em 1000 hPa q1000 umidade especifica em 1000 hPa quint umidade especifica integrada em 1000hPa parnm pressão atmosférica reduzida ao nível do mar t2m temperatura do mar em 2m div1000 divergência em 1000 hPa div850 divergência em 850 hPa div500 divergência em 500 hPa div200 divergência em 200 hPa Baseado na descrição das parametrizações feita anteriormente, verificou-se a não existência de um fator que defina com clareza a configuração ou combinação adequada das mesmas, para aplicação na região de estudo. Sendo assim, optou-se por realizar diversas combinações, levando em conta critérios como a resolução espacial para a parametrização de cumulus e as parametrizações mais sofisticadas e recentes que foram implementadas no modelo. Desta forma, foram realizadas diversas simulações para verificar a sensibilidade dos resultados a essas combinações. Os diferentes conjuntos de parametrizações físicas que serão utilizadas neste projeto, resultantes destes testes de sensibilidade, encontram-se na Tabela 2. Os números dizem respeito aos domínios utilizados (três domínios), que podem ter diferentes parametrizações de microfísica e cumulus ativadas. As colunas “Microfísica” e “Cumulus” dizem respeito às parametrizações utilizadas em cada domínio.

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Tabela 2 – Descrição dos conjuntos de parametrizações utilizadas em cada domínio do modelo MM5 nas primeiras simulações realizadas neste estudo. Código da Simulação

Microfísica

IMPHYS_333_ICUPA_888

Warm Rain Warm Rain Warm Rain

IMPHYS_333_ICUPA_888_solo_mrf

Warm Rain Warm Rain Warm Rain

IMPHYS_448_ICUPA_777_solo

Simple Ice Simple Ice Schultz

IMPHYS_448_ICUPA_777_solo_mrf

Simple Ice Simple Ice Schultz

IMPHYS_448_ICUPA_888

Simple Ice Simple Ice Schultz

IMPHYS_448_ICUPA_888_solo

Simple Ice Simple Ice Schultz

IMPHYS_888_ICUPA_888_solo_mrf

Schultz Schultz Schultz

Cumulus KainFritsch 2 KainFritsch 2 KainFritsch 2 KainFritsch 2 KainFritsch 2 KainFritsch 2 BetsMiller BetsMiller BetsMiller BetsMiller BetsMiller BetsMiller KainFritsch 2 KainFritsch 2 KainFritsch 2 KainFritsch 2 KainFritsch 2 KainFritsch 2 KainFritsch 2 KainFritsch 2 KainFritsch 2

CLA

Solo

ETA

Dudhia 2 camadas

MRF

Noah 4 camadas

ETA

Noah 4 camadas

MRF

Noah 4 camadas

ETA

Dudhia 2 camadas

ETA

Noah 4 camadas

MRF

Noah 4 camadas

RESULTADOS E DISCUSSÃO As simulações realizadas com o MM5 são realizadas diariamente. Um dos principais eventos detectados com a utilização do MM5 até então foram as chuvas dos dias 05 e 06 de abril de 2010 ocorridas na região metropolitana do Rio de Janeiro. A Figura 2 mostra as simulações da variável precipitação de seis parametrizações para essas datas em resolução de 3 km. 246

Figura 2 - Simulações da variável precipitação de acumulada em 24 horas entre os dias 05 e 06 de abril de 2010 com resolução espacial horizontal de 3 km. Observa-se na análise destas figuras que pelo menos dois conjuntos de parametrizações conseguiram capturar a ocorrência dos eventos extremos de precipitação ocorridos nesse período na região metropolitana do Rio de Janeiro, em particular no município de Niterói. No entanto, os outros conjuntos de parametrizações não capturaram totais de chuva acumulados superiores a 80 mm nesta região. É importante lembrar que foi nessa data que foram registrados mais de 180 mm de precipitação acumulada em 24 horas, que culminaram com a queda do morro do Bumba. Após este evento de abril de 2010 e desde que o projeto teve o seu início, não foi observado nesta região nenhum outro evento de precipitação tão intensa. No entanto, vários outros episódios relacionados com sistemas atmosféricos significativos foram capturados pelo modelo, como um ciclone extratropical ocorrido em 26/07/2013 no litoral sul do Brasil, que é considerado um evento de difícil predição e que pode ser observado principalmente no litoral dos estados de Santa Catarina, Paraná e São Paulo, como apresenta a Figura 3, estando associado com rajadas de vento superiores a 80 km/h nestas regiões. 247

Figura 3 – Exemplo da sequência de simulações realizada por uma das parametrizações, em que se detectou a ocorrência de um ciclone extratropical no dia 25/07/2013. CONCLUSÕES O presente projeto tem o objetivo de auxiliar nas atividades de monitoramento, previsão e mitigação de desastres ambientais associados a condições atmosféricas severas nas regiões metropolitana e serrana do estado do Rio de Janeiro, além de fornecer resultados de 248

simulações numéricas que permitirão a elaboração de estudos científicos que poderão contribuir para um melhor entendimento do funcionamento dos esquemas paramétricos do modelo MM5 para a região Metropolitana e Serrana do Rio de Janeiro. Outro aspecto importante do projeto é disponibilizar diariamente, em um sítio da Internet, campos prognósticos do modelo numérico MM5, configurado com domínios de alta resolução espacial e com diferentes conjuntos de parametrizações, para um horizonte de 48 horas. Atualmente, tais campos são gerados e disponibilizados no sítio da Internet apenas na data de sua criação. Apesar de ainda não ser possível estabelecer critérios de ocorrência de tempo severo e situações atmosféricas associadas a riscos ambientais, os principais resultados obtidos já demonstram a viabilidade de capturar a ocorrência de eventos severos de precipitação e de rajadas de vento na região de estudo, a partir dos resultados das previsões por conjuntos do modelo numérico MM5. Por fim, podemos concluir que a utilização de várias simulações do modelo, utilizando diferentes conjuntos de parametrizações, nos permite ter um espectro melhor da gama de soluções possíveis em relação, principalmente, às previsões de precipitação, já que esta é uma das variáveis que mais dependente da solução dos esquemas paramétricos. REFERÊNCIAS ARAKAWA, A.; SHUBERT, W. Interaction of a cumulus cloud ensemble with the largescale environment- part I. Journal of the Atmospheric Sciences, Vol. 31, pp674-701, 1973. CORRÊA, E. B. Análise da sensibilidade dos resultados do modelo mm5 a diferentes modelagens dos fluxos turbulentos na camada limite atmosférica. Departamento de Meteorologia. B Sc. Meteorologia, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2005. DE SÁ, R. V. Impacto da temperatura da superfície do mar na precipitação modelada do município do Rio de Janeiro. Dissertação (mestrado), UFRJ/ COPPE. Rio de Janeiro, 2005. DUDHIA, J.; GILL, D.; GUO Y.; MANNING, K.; WANG, W.; CHISZAR, J. Mesoscale Modeling System Tutorial Class Notes and ’s Guide: MM5 modeling system version 3. PSU, Middletown, PA, NCAR, Boulder, CO, Estados Unidos, 2005. GRELL, G. A.; DUDHIA, J.; STAUFFER, D. R. A description of the fifth-generation Penn State/ NCAR mesoscale model (MM5). NCAR Technical Note, NCAR/TN-398+STR, 117 p. , 1995. MARCELINO, E. V. Desastres naturais e geoteconologias: conceitos básicos. Santa Maria, RS, 20 p: INPE., 2008. COSTA E SOUZA, T. A. S. Previsão meteorológica em Portugal Continental utilizando o modelo operacional e de investigação MM5. M. Sc. Instituto Superior Técnico. Lisboa, Universidade Técnica de Lisboa: 144 p. , 2002.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

ANÁLISE ESTATÍSTICA DA RESISTÊNCIA MECÂNICA DE PISO CERÂMICO VITRIFICADO B. C. A. PINHEIRO1, G. M. ESTEVÃO2, K. A. C. PÊGO3 1

D. Sc. Engenharia de Materiais, Universidade do Estado de Minas Gerais – Unidade de Ubá, Departamento de Design de Produto, (32) 3532-2459, [email protected] 2 Graduando de Design de Produto, Universidade do Estado de Minas Gerais – Unidade de Ubá, Departamento de Design de Produto, (32) 3532-2459, [email protected] 3 M. Sc. Ambiente Construído e Patrimônio Sustentável, Universidade do Estado de Minas Gerais, Belo Horizonte, Escola de Design, (32) 3532-2459, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO Este trabalho apresenta os resultados de um estudo sobre a avaliação da resistência mecânica de piso cerâmico vitrificado em função da temperatura de sinterização por meio da estatística de Weibull. Uma mistura contendo caulim, quartzo e feldspato sódico foi formulada. Os corpos cerâmicos foram preparados por prensagem uniaxial em 50 MPa e sinterizados em 1180, 1200 e 1220 °C. A tensão de ruptura em carregamento de três pontos dos corpos cerâmicos foi determinada. A Estatística de Weibull foi aplicada aos dados de tensão de ruptura para a determinação do módulo de Weibull e da resistência características das amostras. Para isso utilizou-se um método que é baseado na regressão linear. A análise dos diagramas de Weibull revelou que o módulo de Weibull foi maior para a temperatura de 1220 °C. PALAVRAS–CHAVE: Estatística de Weibull, resistência mecânica, revestimentos cerâmicos.

STATISTICAL EVALUATION OF THE MECHANICAL STRENGTH OF VITRIFIED FLOOR TILE ABSTRACT: This work present the results of a study on the evaluation of the mechanical strength of vitrified floor tile as a function of the sintering temperature through Weibull Statistical. A ceramic paste were formulated and prepared with kaolin, quartz and sodic feldspar. Ceramic pieces were prepared by uniaxial pressing at 50 MPa and sintered at 1180, 1200 and 1220 °C. The flexural strength of the ceramic pieces fired was determined. Weibull statistic was applied to the data of modulus of rupture in order to determine the Weibull modulus and characteristic strength of the samples. The flexural strength test data resulted in Weibull distributions. The analysis of the Weibull diagrams revealed that the weibull modulus was high at 1220 °C. KEYWORDS: Weibull statistical, mechanical strength, floor tile.

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INTRODUÇÃO Os materiais cerâmicos apresentam grandes variações da resistência mecânica dentro de um mesmo lote. Tais variações estão relacionadas diretamente com a natureza frágil dos materiais cerâmicos. Além disso, tais variações influenciam de maneira significativa a qualidade dos materiais cerâmicos. É possível relacionar a resistência mecânica de um produto cerâmico como dependente de sua microestrutura e, principalmente, da distribuição e do tamanho dos defeitos presentes (VIEIRA, MONTEIRO e PINATTI, 1999, p. 46202). Uma das principais características dos produtos cerâmicos é a alta fragilidade, se rompem sem se deformarem plasticamente. Ademais, os defeitos existentes na microestrutura (microdefeitos) podem comprometer toda a estrutura. Assim, os materiais cerâmicos podem ser comparados com correntes, pois estas se rompem no seu elo mais fraco, ou seja, a resistência mecânica desses materiais é determinada pelo ponto de menor resistência mecânica (MONTEIRO, 2001, p.16). Aproveitando-se disso, Weibull desenvolveu um método estatístico que vem sendo utilizado com grande sucesso para quantificar a dispersão dos valores de resistência mecânica apresentada pelos materiais cerâmicos. Esse método é conhecido como distribuição de Weibull. Através desta distribuição pode-se conhecer a resistência característica do material, a qual descreve a probabilidade de falha sob um determinado nível de tensão e o módulo de Weibull (m), o qual fornece um indicativo da reprodutibilidade da resistência mecânica do produto, ou seja, a qualidade do material. Quanto maior é o módulo de Weibull, menor é a dispersão dos valores de resistência mecânica (MENEGAZZO et. al., 2002, p. 25). Diante do exposto até aqui, o presente trabalho tem como objetivo avaliar a avaliação da resistência mecânica de piso cerâmico vitrificado utilizado na construção civil por meio da estatística de Weibull. Ênfase é dada à influência da temperatura de sinterização na resistência à flexão em três pontos dos revestimentos cerâmicos. MATERIAL E MÉTODOS No presente trabalho foram utilizadas as seguintes matérias primas: caulim, quartzo e feldspato sódico (albita). As matérias primas fornecidas na forma de um pó fino, foram inicialmente secas em estufa a 110 ºC por 24 h e adas em peneiras de 200 mesh (75 µm ABNT). Em seguida, as matérias primas foram pesadas em balança digital (± 0,01g) nas quantidades pré-estabelecidas de 45 % em peso de caulim, 12,5 % em peso de quartzo e 42,5 % de feldspato sódico. Logo após, as matérias primas foram submetidas a um processo de mistura, a seco, por 60 minutos em moinhos de bolas. Em seguida, as misturas obtidas foram umidificadas com 7% em peso de umidade, usando um borrifador e as mãos para misturar e espalhar a umidade. Finalmente, a massa obtida foi armazenada em saco plástico, colocada dentro de um dessecador, permanecendo neste por um período de 24 h, visando obter uma melhor homogeneização da umidade adicionada. Corpos-de-prova em forma de barras retangulares com 11,5 x 2,54cm², com espessura inferior a 7,5mm foram conformados por prensagem uniaxial com pressão de compactação de 50MPa. Em seguida, as amostras foram secas em estufa a 110 ºC por 24 h e sinterizadas nas temperaturas de 1180, 1200, e 1220 ºC, utilizando um ciclo de queima rápido de aproximadamente 1 h. Após sinterização, foi determinada a tensão de ruptura à flexão dos corpos-de-prova (ensaio de carregamento em três pontos). Esta foi determinada de acordo com a norma C67477 (ASTM, 1989), utilizando-se uma máquina de ensaios, marca Instron, modelo 4301, capacidade de 5kN. A velocidade do ensaio foi de 0,1 mm/min, com distância entre os cutelos de apoio de 90 mm. A tensão de ruptura à flexão foi calculada pela equação 1 mostrada a 251

seguir:

σ =

3 PL 2 bd 2

(1)

onde σ é a tensão de ruptura à flexão, em MPa , P é a carga aplicada em N, L é a largura entre os cutelos de apoio, em mm, b é a largura do corpo cerâmico, em mm e d é a espessura do corpo cerâmico, em mm. Em seguida, os dados experimentais de tensão de ruptura à flexão para cada amostra de foram tratados estatisticamente por meio da Estatística de Weibul. Os parâmetros importantes da distribuição de Weibull (resistência característica e módulo de Weibull) foram estimados através de um modelo que faz o uso de um método de regressão linear seguindo os os descritos abaixo: i. Ordenação de forma crescente dos valores de tensão de ruptura á flexão obtidos para cada amostra; ii. Cálculo do ranking mediano para cada observação, usando a equação 2:

F = ( i − 0 ,5 ) N i

(2)

onde i corresponde ao valor da ordem de cada observação e N representa o número total de observações. iii. Cálculo do logaritmo natural da tensão de ruptura à flexão (σ) (ln (σ)) de cada observação (amostra); iv. Cálculo do logaritmo natural do logaritmo natural do inverso de 1 menos o ranking mediano de cada observação ( ln [ln (1/1-F)]); v. Construção dos gráficos com ln (σ) no eixo das abscissas (x) e ( ln [ln (1/1-F)]) no eixo das ordenadas (y); vi. E por fim, determinação do módulo de Weibull através da tangente da curva de ( ln [ln (1/1-F)]) em função de ln (σ). Foram utilizados os softwares: (a) Excel, para o cálculo dos dados descritos acima na forma de tabela e, (b) o software Origin 8.0, para a construção dos gráficos e análises de regressão linear. RESULTADOS E DISCUSSÃO As Figuras 1 mostra os diagramas de Weibull ln(ln[1/1-P]) versus ln(σ), para corpos-deprova sinterizados em 1180, 1200 e em 1220 ºC. O valor do módulo de Weibull (m) pode constituir-se num valioso critério para a determinação da qualidade dos corpos-de-prova em questão. É desejável que o valor do módulo de Weibull (m) seja o maior possível, pois quanto maior é o módulo de Weibull (m) menor é a dispersão dos dados. Pode-se notar que os valores obtidos para o módulo de Weibull (m) foram 17,69 em 1180 °C, 8,16 em 1200 ºC e 31,96 em 1202 °C. Pode-se notar também que ocorre um deslocamento da reta para a direita quando a temperatura de

252

sinterização é aumentada para 1220 ºC. Este comportamento observado e o maior valor do módulo de Weibull (m) obtido em 1220 °C comprovam o efeito positivo da temperatura final 1,5

Temperatura de sinterização = 1180 °C Temperatura de sinterização = 1200 °C Temperatura de sinterização = 1220 °C

1,0

Ln[Ln(1/1 - F)]

0,5 0,0 -0,5

m = 8,16 R = 0,97

-1,0

m = 17,69 R = 0,92

-1,5

m = 31,96 R = 0,96

-2,0 -2,5 3,2

3,3

3,4

3,5

3,6

3,7

3,8

Ln tensão

Figura 1 – Gráfico da ln(ln(1/1-P)) versus ln(tensão de ruptura) dos corpos-de-prova. de sinterização na resistência mecânica a flexão dos corpos-de-prova. Provavelmente, o aumento da temperatura contribui para maior formação de fase líquida, a qual promoveu um fechamento mais eficiente da porosidade existente no corpo cerâmico. Isto influencia de forma positiva a resistência mecânica das amostras estudadas. Pode ser observado também que os coeficientes de correlação apresentam valores de R→1. Isto é importante, pois indica que os dados experimentais de tensão de ruptura a flexão para os corpos-de-prova de revestimento vitrificado para pisos estudados neste trabalho são ajustados de acordo com a teoria de Weibull, bem como podem ser representados por uma equação de 1°grau. Ou seja, os valores dos coeficientes de regressão lineares obtidos (R), indicam a validade do uso da análise de Weibull na avaliação do comportamento mecânico do produto cerâmico aqui estudado (THURLER, SOUZA, HOLANDA, 1999, p. 11406). Os gráficos apresentados nas Figuras 2, 3 e 4 mostram a distribuição de probabilidade acumulada até a ruptura para os corpos-de-prova sinterizados em 1180 ºC, 1200 ºC e em 1220 ºC, respectivamente. Os gráficos também mostram um valor de referência (Rc), para o qual a probabilidade de falha é 0,632. Esse valor de referência (Rc) é chamado de resistência ou tensão característica. Ele é um parâmetro de localização, ou seja, ele define quão baixa ou quão alta é tensão de ruptura dos corpos-de-prova. Assim, como para o módulo de Weibull (m), é desejável que o valor de (Rc) seja o maior valor possível. Pode ser observado que os valores de resistência característica variam de 34,13 a 41,71 MPa. O maior valor de resistência característica se deu para os corpos-de-prova sinterizados na temperatura de 1220 ºC. Isto mostra que os corpos-de-prova sinterizados nesta temperatura (1220 ºC) apresentam menor qualidade com relação resistência mecânica, medida em termos da tensão de ruptura a flexão. Além disso, o maior valor de resistência característica também pode indicar que a temperatura de 1220 ºC contribuiu de forma mais eficiente para a redução da porosidade. Os poros são concentradores de tensão e afetam de forma significativa a resistência mecânica dos materiais cerâmicos. Uma análise final dos resultados apresentados neste trabalho permite concluir que os corpos-de-prova sinterizados em 1220 ºC apresentaram melhor desempenho mecânico. Provavelmente, esta temperatura de sinterização proporcionou a obtenção de uma 253

microestrutura mais homogênea e com menos micodefeitos (poros) do que nas temperaturas de 1180 e 1200 ºC.

Figura 2 – Gráfico Probabilidade de Falha versus Tensão de ruptura para os corpos-de-prova.

Figura 3 – Gráfico Probabilidade de Falha versus tensão de ruptura dos corpos-de-prova

254

Figura 4 – Gráfico Probabilidade de Falha versus tensão de ruptura dos corpos-de-prova CONCLUSÕES Os coeficientes de correlação obtidos (R→1) indicam que a tensão de ruptura à flexão para o revestimento cerâmico para pisos utilizados na construção civil sinterizados nas temperaturas de sinterização de 1180 °C, 1200 ºC e 1220 °C se ajustam a teoria de Weibull. O módulo de Weibull para as amostras de revestimento cerâmico para piso estudado aqui apresentou maior valor de módulo de Weibull na temperatura de 1220 ºC. Isso indica uma menor dispersão dos dados de tensão de ruptura à flexão para as amostras sinterizadas nesta temperatura. A resistência característica para as amostras sinterizadas em 1220 °C foi maior do que a resistência característica das amostras sinterizadas em 1180 ºC e em 1220 °C. Isso mostra que a probabilidade de falha para os corpos-de-prova de revestimento vitrificado para pisos sinterizados em 1340 °C é maior do que para os corpos-de-prova sinterizados em 1180 ºC e em 1200 ºC. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem à UEMG e a FAPEMIG pelo e técnico e apoio financeiro. REFERÊNCIAS MENEGAZZO A.P.N, et. al. Avaliação da resistência mecânica e modulo de Weibull de produtos tipo grês porcelanato e Granito. Cerâmica Industrial, 2002, v. 7, nº 1, p. 24-32 MONTEIRO, A.L.A. Um sistema para o cálculo da resistência mecânica de materiais frágeis pelo uso do método estatístico de Weibull. Guaratinguetá: Faculdade de Engenharia, Campus Guaratinguetá, Universidade Estadual Paulista, 2001. 63 páginas:

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L. M. THURLER; G. P. SOUZA; J. N. F. HOLANDA. Avaliação do módulo de Weibull para argilas de Campos-RJ. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE CERÂMICA, 43, 1999, Florianópolis. Anais do 43° Congresso Brasileiro de Cerâmica. Florianópolis: ABM, 1999. p. 11401-11409. C. M. F. VIEIRA; S. N. MONTEIRO; D. G. PINATTI. Aplicação da estatística de Weibull na avaliação da resistência mecânica de revestimento cerâmico. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE CERÂMICA, 43, 1999, Florianópolis. Anais do 43° Congresso Brasileiro de Cerâmica. Florianópolis: ABM, 1999. p. 46021-46210.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

PRODUÇÃO DE HIDROGÊNIO A PARTIR DA OXIDAÇÃO DO ÁCIDO ACÉTICO LAURA ESTEVES1,2*, MARIA HELENA BRIJALDO1, MARIA FILIPA RIBEIRO2, FABIO BARBOZA OS1 1

Universidade Federal Fluminense, Departamento de Engenharia Química e de Petróleo; Rua os da Pátria, 156, São Domingos; Niterói, RJ. 2 Instituto Superior Técnico, Departamento de Engenharia Química; Avenida Rovisco Pais 1, 1049-001; Lisboa, Portugal. * [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Com vista à redução da dependência por combustíveis fósseis, é importante que novos processos na área das energias renováveis sejam estudados. Na pirólise rápida da biomassa produzem-se grandes quantidades de bio-óleo, que pode ser usado para produzir H2. O uso do H2 revela-se uma opção promissora para a geração sustentável de energia. Neste trabalho usou-se o ácido acético como molécula representativa do bio-óleo e prepararam-se catalisadores ados de paládio (Pd/TiO2, Pd/Nb2O5 e Pd/Al2O3), usando o acetilacetonato de paládio como precursor. Os catalisadores foram caracterizados por DRX, XPS, Fisissorção de N2, TPR-H2 e por espectroscopia do IV (DRIFTS in situ), acoplado a um espectrômetro de massas. Nos resultados de TPR, em todos os sistemas, o PdO se reduz para Pdº à temperatura ambiente. Os catalisadores Pd/TiO2 e Pd/Nb2O5 formaram as espécies reduzidas TiOx (377 ºC) e Nb2Ox (259 ºC) respectivamente. Observou-se também a existência de um pico negativo a 79 ºC e a 62 ºC, para Pd/TiO2 e Pd/Nb2O5, respectivamente, devido à decomposição de β-hidretos de Pd (β-HPd). Da análise dos espectros de DRIFTS, verificou-se que a conversão do ácido acético a CO2, CH4, CO e H2 se inicia a partir de 400 ºC devido à decomposição das espécies acetato que formam intermediários para gerar metano que reagindo com o CO2 forma CO e H2. O emprego de diferentes es influenciou na conversão de ácido acético. Conclui-se que o CH3COOH pode ser convertido em hidrogênio, via oxidação sobre catalisadores ados de Pd. PALAVRAS – CHAVE: Hidrogênio, catalisadores ados de paládio, oxidação.

PRODUCTION OF HYDROGEN BY OXIDATION OF ACETIC ACID ABSTRACT: In order to reduce the high dependence on fossil fuels, it is important that new processes in the renewables field are studied. The present paper reports the study of application of fast pyrolysis derived bio-oil which can be applied to the hydrogen production. H2 is a promising option for a sustainable generation of energy. Using acetic acid as a representative molecule of bio-oil, palladium ed catalysts (Pd/TiO2, Pd/Nb2O5 and Pd/Al2O3) were prepared using palladium acetylacetonate as precursor. The catalysts were characterized by XRD, XPS, N2-Physisorption, H2TPR and IR spectroscopy (DRIFTS in situ) coupled to a mass spectrometer. In TPR results, in all systems, the PdO was reduced to Pdo, at room temperature. The Pd/TiO2 and Pd/Nb2O5 catalysts formed their reduced species, TiOx (377 ºC) and Nb2Ox (259 ºC), respectively. Negative peaks at 79 ºC were observed and 62 ºC, for Pd/TiO2 and Pd/Nb2O5, respectively, due to the decomposition of β-hidride (β-HPd). Analyzing the DRIFTS results, it was verified that the conversion of acetic acid to CO2, CH4, CO and H2 begins at 400 ºC due to the decomposition of acetate species. These species form intermediates that generate methane, which can react with CO2 and form H2 and CO. The use of different s influenced the conversion of acetic acid. In conclusion, CH3COOH can be converted to hydrogen by oxidation with Pd ed catalysts. KEYWORDS: Hydrogen, Pd ed catalysts, oxidation.

257

INTRODUÇÃO A produção de hidrogênio utilizando fontes de energias renováveis é atualmente uma opção promissora de geração de energia aliada à tentativa de diminuir a dependência por combustíveis fósseis e consequentemente reduzir a emissão de gases de efeito de estufa. O H2 pode ser produzido através de diferentes matérias-primas e processos, sendo que atualmente é produzido à escala industrial via steam reforming do gás natural, oxidação parcial de óleos residuais pesados ou por gaseificação do carvão. Claro que, sendo todos combustíveis fósseis ou derivados de combustíveis fósseis, todos contribuem para o aumento das emissões de gases de efeito de estufa (HU, X.; LU, G.N., 2010). É no sentido de diminuir estas emissões que a produção de hidrogênio a partir do bio-óleo proveniente da pirólise rápida da biomassa é uma forma vantajosa de produção de H2, para posterior utilização em células de combustível (CHATTANATHAN, S.A. et al., 2012). Como o bio-óleo é constituído por uma variedade de compostos oxigenados, à escala laboratorial são normalmente usadas moléculas modelo para o representar, tais como o acetol, a acetona, hidroxiacetaldeído e ácido acético (BASAGIANNIS, A.C.; VERYKIOS, X.E., 2007). Neste trabalho escolheu-se o ácido-acético e prepararam-se catalisadores ados de paládio com o intuito de estudar o efeito destes es na reacção de oxidação do ácido acético. Os catalisadores preparados foram caracterizados por DRX, XPS, Fisissorção de N2, TPR-H2 e por espectroscopia do IV (DRIFTS in situ), acoplado a um espectrômetro de massas. MATERIAL E MÉTODOS Preparação dos catalisadores Os es TiO2 (P-25), Nb2O5 (HY-340), e Al2O3 (Sba200-Sasol) foram calcinados a 500 ºC numa mufla durante 3h (3 ºC/min). Posto isto procedeu-se à impregnação seca do paládio de modo a obter-se um teor metálico de 1%, usando uma solução de acetilacetonato de paládio (C10H14O4Pd, Merck, 99%) e o solvente utilizado foi a acetona (VETEC, 99%). A etapa de secagem foi realizada numa estufa a 120 ºC durante 15h. Por fim os catalisadores foram calcinados a 500 ºC durante 3h (3 ºC/min). Métodos de Caracterização A área específica dos catalisadores preparados foi determinada por Fisissorção de nitrogênio (método BET) num equipamento Asap 2020, da Micromeritics. As amostras foram submetidas a uma temperatura de 250 ºC durante 4h sob vácuo. A análise propriamente dita foi efetuada através da adsorção de N2 a -196 ºC, à pressão atmosférica. A difracção de raios X (DRX) foi realizada num equipamento RIGAKU utilizando radiação CuKα (1,540Å) através do método dos pós com 10 <2θ <100º e um o de 0,05º. As medidas de redução a temperatura programada (TPR) foram realizadas numa unidade multipropósito. Inicialmente secaram-se as amostras com He (30 mL/min) a 250 ºC (30 min e 10 ºC/min) e depois aqueceram-se até 900 ºC sob fluxo de uma mistura gasosa 5% H2/Ar. O consumo de H2 foi acompanhado por espectrometria de massas num espectrômeto Pfeiffer do modelo Prisma.

258

A técnica de espectroscopia de fotoeletrons de raios X (XPS) foi efetuada num equipamento Thermo Scientific modelo Escalab 250 XI. A radiação incidente foi uma radiação monocromática de AlKα (1486,6 eV) a uma pressão de 1×10-9 mbar. As análises foram realizadas à temperatura ambiente. As amostras foram preparadas num porta amostras utilizando uma fita de cobre de dupla face. Inicialmente efetuou-se um survey para analisar qualitativamente os elementos presentes na superfície dos catalisadores e usou-se uma energia de o de 100 eV e um o de 1 eV. Para a análise elementar (Pd, Ti, Nb, Al, O e C) o analisador foi operado com um o de 0.05 eV e uma energia de o de 25 eV. Antes do survey usou-se uma Flood Gun para neutralizar as cargas da amostra. Nas análises de espectroscopia na região do infravermelho (IV) com reflectância difusa com transformada de Fourrier (DRIFTS) utilizou-se um espectrômetro FT-IR Bruker Vertex 70, com um detector (LN-MCT) e um ório de reflectância difusa com geometria Praying Mantis e uma câmara reacional com janelas de ZnSe da Harrick. Usou-se uma resolução de 4 cm-1 e acumularam-se 256 scans. Inicialmente efetuou-se uma secagem dos catalisadores a 250 ºC com He (30 mL/min), durante 40 min. A redução dos catalisadores foi efetuada sob fluxo de H2 (30 mL/min) a 350 ºC durante 2h. Posto isto, a temperatura foi elevada a 400 ºC sob fluxo de He e tiraram-se backgrounds a 400, 300, 200, 100 e 40 ºC. Por fim a reação de oxidação consistiu em ar uma corrente de 5% O2/He por um saturador com ácido acético mantido a 42 ºC, tirando espectros na região infravermelha às temperaturas mencionadas (40, 100, 200, 300 e 400 ºC) e fazendo seguimento das espécies num espectrômetro de massas (Balzers, Omnistar) ligado ao espectrômetro FT-IR. RESULTADOS E DISCUSSÃO Na Tabela 1 encontram-se os resultados obtidos da área específica, do volume e diâmetro dos poros dos catalisadores em estudo. Tabela 5- Resultados de Fisissorção de N2 dos catalisadores preparados. Área BET V poros Diâmetro poros Catalisador (m2/g) (cm3/g) (Å) Pd/TiO2 55 0,19 150 Pd/Nb2O5 39 0,13 154 193 0,47 93 Pd/Al2O3 O sistema com maior área específica é o Pd/Al2O3 e consequentemente possui maior Vporos e menor D poros. As isotermas resultantes da adsorção-desorção de N2 (não apresentadas neste trabalho), para os três catalisadores, são isotermas tipo IV caracterizadas por mesoporos, apresentando ciclos de histerese distintos. No catalisador Pd/TiO2 obteve-se um ciclo de histerese tipo H3 (poros em fenda), no Pd/Nb2O5 observam-se dois ciclos de histerese, tipo H2 e H3 (poros em garrafa e poros em fenda, respectivamente) e por último, o Pd/Al2O3 apresentou um ciclo de histerese tipo H2 (poros em forma de garrafa). Pela análise dos resultados do DRX (Figura 1) verificou-se que o paládio se encontra bem disperso nos catalisadores preparados pois não se observaram picos correspondentes a este nos difratogramas obtidos. No catalisador Pd/TiO2 observou-se a presença de duas formas cristalinas da Titânia, a Anatase (2θ = 25, 38, 48, 54, 56, 71 e 76 º) e o Rutilo (30 e 63 º) (CHEN, H. et al., 2011). Relativamente ao catalisador Pd/Nb2O5, apresentou uma estrutura cristalina hexagonal e os picos correspondentes a 2θ = 22,5; 28,5 e 46 º são característicos do óxido de Nióbio TT (CHARY, K. V.R. et al., 2001). Quanto ao catalisador Pd/Al2O3 o difratograma obtido é característico da γ-Alumina.

259

* Anatase + Rutilo

Intensidade (u.a)

+

*

*

+

**

Pd/TiO2

* *

Pd/Nb2O5

Pd/Al2O3 20

40

60

80

100

2θ

Figura 1- Difratogramas obtidos para os catalisadores preparados.

Sinal (u.a)

Na Figura 2, apresentam-se os perfis de TPR obtidos para os catalisadores em estudo.

377ºC

79ºC

Pd/TiO2

259ºC

Pd/Nb2O5

62ºC

Pd/Al2O3 T amb

250

500

750

Temperatura (ºC)

Figura 2 8- Perfis de TPR dos catalisadores preparados. Da análise dos perfis de TPR observa-se que o óxido de paládio (PdO) se reduz-se para paládio metálico (Pdº) numa faixa de temperatura, desde a temperatura ambiente até 60 ºC, em todos os catalisadores. Exceto o catalisador Pd/Al2O3, os outros catalisadores apresentam sinais de interação entre o paládio e o e e formaram as espécies reduzidas dos es, mais propriamente TiOx (377 ºC) e Nb2Ox (259 ºC). Estas espécies reduzidas formaram-se a temperaturas inferiores às temperaturas de redução dos es devido à presença do paládio (BABU, N.S. et al., 2009). Observa-se a existência de um pico negativo a 79 ºC e a 62 ºC, no catalisador Pd/TiO2 e Pd/Nb2O5, respectivamente. Este pico negativo é devido à decomposição de β-hidretos de paládio (β-HPd) (NERI, G. et al., 2009), instáveis até 60 ºC. O catalisador Pd/Al2O3 não apresenta picos característicos da redução do e uma vez que a 260

Al2O3 não se reduz a temperaturas inferiores a 900 ºC. No mesmo sentido, neste catalisador, não foi observado o sinal correspondente aos β-HPd, possivelmente devido ao baixo tamanho das partículas, pois partículas metálicas menores têm menor capacidade de formar os hidretos (FERNÁNDEZ, M. B. et al., 2009). Na Tabela 2 encontram-se as energias de ligação obtidas nas análises de XPS dos catalisadores calcinados. Esta técnica foi utilizada para determinar a distribuição das espécies na superfície. Foram obtidos espectros para cada catalisador e detectados os seguintes elementos em todos os catalisadores: Pd, O, C. O carbono detectado provém do precursor de paládio e também de carbono presente no ambiente laboratorial (MOULDER, J.F. et al., 1992). Tabela 2- Energias de ligação dos catalisadores calcinados. Pd 3d (eV) Energia de ligação Catalisador (eV) 5/2 Ti 2p 3/2 457,4 Pd/TiO2 335,6 336,2 Ti 2p1/2 463,4 Nb 3d 3/2 208,7 Pd/Nb2O5 335,7 Nb 3d 5/2 205,9 Pd/Al2O3 Al 2p 85,1 336,3 337,8

3/2 341,1 341,1 341,8

Os resultados obtidos para Ti 2p3/2 (457,4 eV) e Ti 2p1/2 (463,4 ev) afastam-se um pouco dos valores presentes na literatura 459,2 eV e 464,3 eV, respectivamente, para o e TiO2 (MOULDER, J.F. et al., 1992). Este comportamento significa que no catalisador Pd/TiO2 existe interacção entre o paládio e o e. Na Figura 3 encontram-se representadas as bandas obtidas para Pd 3d5/2 e Pd 3d3/2 para os três catalisadores e a linha a verde vertical indica a energia de ligação do paládio metálico (Pd0) segundo a literatura (MOULDER, J.F. et al., 1992). No catalisador Pd/TiO2 e Pd/Al2O3 os picos correspondentes a Pd 3d5/2 dividem-se em dois picos referentes a diferentes estados de oxidação do paládio na superfície do catalisador. No catalisador Pd/TiO2 as energias de ligação obtidas para Pd 3d5/2 foram 335,1 eV e 336,2 eV. Estes resultados referem-se às energias de ligação do Pd0 e Pd2+ (MOULDER, J.F. et al., 1992). Tal fato não era de se esperar, uma vez que os catalisadores não foram reduzidos, só calcinados, pelo que se esperaria apenas um pico respectivo ao Pd2+. Da análise de outros resultados presentes na literatura, o aparecimento destes dois picos pode ser explicado pelo baixo ângulo de molhamento do óxido em relação ao e que é comum em catalisadores com percentagens baixas de metal (1% neste caso). A interação entre o Pd e o e foi confirmada pelo deslocamento na banda de Ti 2p, como referido anteriormente e também nos resultados de TPR (VOOGT, E.H. et al., 2006).

261

Pd 3d 3/2

Pd 3d 5/2

Pd/TiO2

Pd/Nb2O5

Pd/Al2O3

352

350

348

346

344

342

340

338

336

334

332

330

328

326

B.E.(eV)

Figura 3- Perfis de energia de ligação para Pd 3d dos catalisadores estudados. No catalisador Pd/Al2O3 o pico correspondente a Pd 3d5/2 possui as seguintes energias de ligação 336,3 eV e 337,8 eV, referentes ao estado de oxidação Pd2+ e às espécies PdO2, respectivamente (GUIMARÃES, A. L. et al., 2004; SIMPLÍCIO, L.M.T. et al., 2006). Este valor de energia de ligação para PdO2 também já foi encontrado em outros trabalhos onde se usou o acetilacetonato de paládio como precursor (SIMPLÍCIO, L.M.T. et al., 2006). Outro fato é que a calcinação da amostra a baixas temperaturas tem uma grande influência na transformação PdO/Pd0. O aparecimento de dois picos correspondentes a Pd 3d5/2 é comum em amostras onde as partículas de PdO se encontram bem dispersas, exactamente o que acontece nos catalisadores preparados pois nas análises de DRX não foram detectados sinais referentes ao paládio (SIMPLÍCIO, L.M.T. et al., 2006) Por fim, no catalisador Pd/Nb2O5 a energia de ligação do Pd 3d5/2 é de 335,7 eV e apesar de haver um pequeno afastamento relativamente à energia de ligação do PdO, verifica-se que este é devido à interação entre o paládio e o e (Nb2O5). Quanto à banda Nb 3d esta também se encontra dentro da gama de valores esperados (MOULDER, J.F. et al., 1992). Nas Figuras 4 e 5 apresentam-se, respectivamente, os espectros de DRIFTS e de massas do catalisador Pd/TiO2, na reacção de oxidação do ácido-acético a diferentes temperaturas e em diferentes intervalos de número onda. O espectro de DRIFTS a 40 ºC, indica que o ácido acético é adsorvido na superfície devido à dissociação da ligação O-H do grupo carboxila, confirmado pela banda a 1777 cm-1 (ν(C=O)). As bandas a 1626 cm-1 (νas (OCO)), 1417cm-1 (νs(OCO)) e a 1396 cm-1 (δ(CH3)) evidenciam a presença de grupos acetato (RACHMADY, W. et al., 2002). As bandas relativas às vibrações ν(CH) do ácido acético e do acetato observam-se a 2890 cm-1 e a 3020 cm-1, respectivamente. Com o aumento da temperatura, verifica-se que estas bandas perdem intensidade, notando-se uma forte perda de intensidade a 400 ºC. Pode-se portanto afirmar que se iniciou a formação de H2, CH4, CO e CO2, confirmada através do espectro de massas (Figura 5), onde se observa um aumento da intensidade das linhas respectivas destes compostos a partir dos 400 ºC. Este fato sugere que as espécies acetato foram oxidadas (desaparecimento das bandas 2890 cm-1 e a 3020 cm-1), produzindo metano e espécies carbonato, seguindo-se a decomposição do carbonato formando CO2, confirmado pelo aparecimento da banda a 2363 cm-1 a 400 ºC 262

(RACHMADY, W. et al., 2002; RIBEIRO,V. et al., 2011). Outra possibilidade é que as espécies acetato formadas e adsorvidas podem sofrer decomposição produzindo CO, espécies carbonato e CH3. Estas últimas, podem-se recombinar com o H do grupo hidroxila formado gerando CH4, que reagindo com o CO2 forma CO e H2 (RACHMADY, W. et al., 2002). 40ºC

3020

2890 40ºC

40ºC

100ºC

200ºC 300ºC

100ºC

200ºC

300ºC

2363

Absorbância (u.a)

Absorbância (u.a)

1777

Absorbância (u.a)

14171396

1626

100ºC

200ºC

300ºC 400ºC

400ºC

400ºC

1800

1600

1400 -1

Número de onda (cm )

2400

2350

2300 -1

Número de onda (cm )

3000

2900 -1

Número de onda (cm )

Figura 4- Espectros de DRIFTS do catalisador Pd/TiO2 na reacção de oxidação do ácido acético a diferentes temperaturas. H2 400

CO CO2

300

Intensidade (u.a)

Temperatura (ºC)

CH4

200

100

0

Ciclo

Figura 5- Espectros obtidos no espectrômetro de massas ao longo do tempo obtidos no DRIFTS de ácido acético a diferentes temperaturas do catalisador Pd/TiO2. Para estudar o efeito dos es na reacção de oxidação do ácido acético, apresentam-se de seguida os espectros de DRIFTS e de massas obtidos para os catalisadores Pd/Nb2O5 e Pd/Al2O3, que são semelhantes aos obtidos para o sistema Pd/TiO2. Na Figura 6, encontram-se os espectros de DRIFTS obtidos para o catalisador Pd/Nb2O5 e verifica-se pelo espectro a 40 ºC que a banda a 1772 cm-1 corresponde ao ácido acético adsorvido. As bandas a 1605 cm-1 (νas (OCO)), 1415cm-1 (νs(OCO)) e a 1360 cm-1 (δ(CH3)) evidenciam a presença de grupos acetato (RACHMADY, W. et al., 2002). As bandas relativas às vibrações ν(CH) do ácido acético e do acetato observam-se a 2914cm-1 e a 3020 cm-1, respectivamente.

263

1360

40ºC

40ºC

100ºC

200ºC

Absorbância (u.a)

Absorbância (u.a)

3020

100ºC

200ºC

2914

40ºC

Absorbância (u.a)

1772

1415 1605

100ºC

200ºC

300ºC

300ºC

300ºC

2356 400ºC

400ºC

400ºC

1800

1600

1400 -1

Número de onda (cm )

2400

2350

2300 -1

Número de onda (cm )

3000

2900 -1

Número de onda (cm )

Figura 6- Espectros de DRIFTS do catalisador Pd/Nb2O5 na reacção de oxidação do ácido acético a diferentes temperaturas. H2 400

CH4 Intensidade (u.a)

Temperatura (ºC)

CO CO2 300

200

100

0

Ciclo

Figura 7- Espectros obtidos no espectrômetro de massas ao longo do tempo obtidos no DRIFTS de ácido acético a diferentes temperaturas do catalisador Pd/Nb2O5. Na Figura 8 encontram-se os espectros do catalisador Pd/Al2O3. Tal como anteriormente, a 40 ºC as bandas indicam que o ácido acético é adsorvido na superfície devido à dissociação da ligação O-H do grupo carboxila, confirmado pela banda a 1790 cm-1 (ν(C=O)). As bandas a 1649 cm-1 (νas (OCO)), 1447cm-1 (νs(OCO)) e a 1385 cm-1 (δ(CH3)) evidenciam a presença de grupos acetato (RACHMADY, W. et al., 2002). As bandas relativas às vibrações ν(CH) do ácido acético e do acetato observam-se a 2898 cm-1 e a 3032 cm-1, respectivamente.

264

3032

1366

1740

1434 1623

2898

40ºC

200ºC

100ºC

200ºC 300ºC

40ºC

Absorbância (u.a)

100ºC

Absorbância (u.a)

Absorvância (u.a)

40ºC

100ºC

200ºC 300ºC

2359 300ºC 400ºC

400ºC 400ºC

1800

1700

1600

1500

-1

1400

Número de onda (cm )

2400

2350

2300 -1

Número de onda (cm )

3000

2900

-1

Número de onda (cm )

Figura 8- Espectros de DRIFTS do catalisador Pd/Al2O3 na reacção de oxidação do ácido acético a diferentes temperaturas.

400

H2 CO CO2

Intensidade (u.a)

Temperatura (ºC)

CH4

300

200

100

0

Ciclo

Figura 9- Espectros obtidos no espectrômetro de massas ao longo do tempo obtidos no DRIFTS de ácido acético a diferentes temperaturas do catalisador Pd/Al2O3. Analisando as Figuras 6 e 8, verifica-se que com o aumento da temperatura as bandas perdem intensidade (tal como para o catalisador Pd/TiO2) principalmente a partir de 400 ºC e dá-se a decomposição das espécies acetato formando intermediários que geram metano que reagindo com o CO2 (aparecimento da banda a 2356 cm-1 e 2359 cm-1 para Pd/Nb2O5 e Pd/Al2O3, respectivamente) gera CO e H2. Tal como para Pd/TiO2, estes fatos são sustentados pelos espectros de massas a partir de 400 ºC (Figuras 7 e 9). Apesar de os resultados terem sido semelhantes, verifica-se que a intensidade das bandas correspondentes às espécies acetato foram diferentes de acordo com a seguinte ordem decrescente de intensidades: PdTiO2>PdNb2O5>PdAl2O3, o que vai de encontro à ordem de basicidade dos respectivos es TiO2 > Nb2O5 >Al2O3. Portanto a quantidade de espécies acetato formadas depende da natureza do e.

265

CONCLUSÕES Conclui-se pelos resultados de DRX que o paládio ficou bem distribuído na superfície dos es. Pd/TiO2 e Pd/Nb2O5 apresentaram uma forte interação entre o paládio e o respectivo e, formando as espécies reduzidas TiOx e Nb2Ox a temperaturas inferiores às esperadas, devido à presença do paládio. Nestes dois catalisadores formaram-se β-hidretos de paládio. Dos resultados de DRIFTS, conclui-se que a conversão do CH3COOH em CO2, CH4, CO e H2, se inicia a partir de 400 ºC devido à decomposição das especies acetato e carbonato que formam intermediários para gerar metano que reagindo com o CO2 forma CO e H2. A quantidade de espécies acetato formadas depende da natureza do e, sendo mais elevada no catalisador Pd/TiO2. REFERÊNCIAS HU, X.; LU, G.N. Bio-oil steam reforming, partial oxidation or oxidative steam reforming coupled with bio-oil dry reforming to eliminate CO2 emissions. Internacional Journal of Hydrogen Energy, 35, p. 7169-7176, 2010. CHATTANATHAN, S.A; ADHIKARI, S; ABDOULMOUMINE, N. A review on current status of hydrogen production from bio-oil. Internacional Journal of Hydrogen Energy 16, p. 2366-2372, 2012. BASAGIANNIS, A.C.; VERYKIOS, X.E. Catalytic steam reforming of acetic acid for hydrogen production. Internacional Journal of Hydrogen Energy 32, p. 3343-3355, 2007. CHEN, H. et al. Effective catalytic reduction of Cr (VI) over TiO2 nanotube ed Pd catalysts. Apllied Catalysis B: Envirronmental 105, p. 255-262, 2011. CHARY, K. V.R. et al. Characterization and Reactivity of Molybdenum Oxide Catalysts ed on Niobia; The Journal of Physical Chemistry 105, p. 4392-4399, 2001. BABU, N.S. et al. Influence of particle size and nature of Pd species on the hydrodechlorination of chloroaromatics: Studies on Pd/TIO2 catalysts in chlorobenzene conversion. Catalysis Today 141, p. 120-124, 2009. NERI, G. et al. ed Pd catalysts for the hydrogenation of campholenic aldehyde: Influence of and preparation method. Applied Catalysis A: General 356, p.113-120, 2009. FERNÁNDEZ, M. B. et al. Hydrogenation of sunflower oil over different palladium ed catalysts: Activity and selectivity. Chemical Engineering Journal 155, p.941-949, 2009. MOULDER, J.F.; Stickle,W.F.; Sobol, P.E.; Bomben, K.D. Handbook of X-ray Photoelectron Spectroscopy, Perkin-Elmer, Minnesota, 1992. VOOGT, E.H. et al. XPS analysis of palladium oxide layers and particles. Surface Science 130, p. 21-31, 1996. GUIMARÃES, A. L.; DIEGUEZ, L.C.; SCHAMAL, M. The effect of precursors salts on surface state of Pd/Al2O3 and Pd/CeO2/Al2O3 catalysts. Anais da Academia Brasileira de Ciências 76, p. 825-832, 2004. SIMPLÍCIO, L.M.T. et al. Methane combustion over PdO-alumina catalysts: The effect of palladium precursors. Applied Catalysis B: Environmental 63, p.9-14, 2006. RACHMADY, W.; VANNICE, M. A. Acetic Acid Reduction by HAcetic Acid Reduction by H2 over ed Pt Catalysts: A DRIFTS and TPD/TPR Study. Journal of Catalysis 207, p. 317-330, 2002. RIBEIRO,V.; NETO, R.; OS, F.B.; NORONHA, F.B. Catalisadores de Ni ados para a produção de H2 a partir da reforma do ácido acético. In: 16º CBCAT- CONGRESSO BRASILEIRO DE CATÁLISE, Campos do Jordão, 2011, p. 1733-1738. 266

I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

PROPOSTA TECNOLÓGICA PARA TRATAMENTO DE EMISSÕES GASOSAS EM PROCESSO DE PINTURA INDUSTRIAL DAMIÃO COSTA DEVENS1, RAFAELA SOARES COSTA PROTI2, GIOVANA ESPÍNDOLA BORGO3, SAULO BIASUTTI, VICTOR DEVENS VASCONCELLOS, ADILSON RIBEIRO PRADO 1

Eng. Mecânico, Mestre em Eng. Ambiental, SENAI-ES, (27)3334-5220, [email protected] Eng. Ambiental, Mestre em Geologia Ambiental, SENAI-ES, (27) 3334-5218, [email protected] 3 Arquiteta, Pós Grad. Construção sustentável SENAI-ES, (27) 3334-5217, [email protected] 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: O processo de pintura industrial gera gases, que podem contaminar o ambiente, trazendo impactos locais e regionais. A exposição a poeiras, gases e vapores produzidos nos processos industriais pode gerar diversos danos à saúde dos trabalhadores e aos ecossistemas externos. Portanto é de fundamental importância realizar a captura e o tratamento dos gases e particulados gerados antes de seu lançamento na atmosfera. O presente estudo foi realizado como objetivo de elaborar um sistema de captação e tratamento desses poluentes resultantes do processo de pintura industrial. Para isto foi desenvolvida uma Cabine de Pintura que promove a sucção por meio do sistema de exaustão (rotor – tubulação e motor); a separação dos particulados por meio do ciclone; a absorção realizada no tanque de sedimentação e no lavador de gases e adsorção (carvão ativado). Este sistema realiza a redução da concentração de particulados e gases poluentes no ambiente interno e externo. A eficiência do projeto foi comprovada qualitativamente por meio de entrevistas com funcionários, com o proprietário e com a vizinhança da empresa estudada e quantitativamente por meio de análises químicas, que revelaram a eficiência de 99,7% do sistema de captação e tratamento de gases proposto. O projeto foi implantado em cinco indústrias que realizam pintura de peças de 3m de comprimento a 20m de comprimento. Ressalta-se que o projeto encontra-se em fase de patenteamento. PALAVRAS–CHAVE: exaustão de gases, absorção, adsorção.

TECHNOLOGICAL PROPOSE TO GASES TREATMENT FROM THE INDUSTRIAL PAINTING PROCESS ABSTRACT: The industrial painting process generates gases that can contaminate the environment bringing local and regional impacts. The exposition to dust, gases and vapors generated in the industrial processes may cause damage to workers' health and to the environment. Therefore, it is of fundamental importance to capture and treat gases and particulates generated before its release into the atmosphere. The aim of this study was to develop a system to capture and treat these pollutants from the industrial painting process. For this reason, it was developed the Painting Cabin, that promotes the suction through an exhausting system (impeller - tubing and engine); the separation of particles through the cyclone; the absorption held in a sedimentation tank and in the gas scrubber and adsorption (activated carbon).This system performs the reduction of particulate and gaseous pollutants concentration in the internal and external environment. The project efficiency was confirmed qualitatively by means of interviews with employees, with the owner and with the company studied neighborhood and quantitatively by means of chemical analysis, which showed the efficiency of 99.7% of capturing system and gas treatment proposed. The project was implemented in five industries that perform parts painting 3 m long up to 20 m in length. It should be noted that the project is in the process of patenting. KEYWORDS: gases exhaustion, absorption, adsorption.

267

INTRODUÇÃO O aumento da preocupação com a conservação e a melhoria da qualidade do ambiente e com a proteção da saúde humana, conduz a indústria de todos os setores a voltar suas atenções aos impactos ambientais potenciais de suas atividades, produtos ou serviços. O desempenho ambiental de uma organização é de crescente importância para as partes interessadas internas ou externas. O processo de pintura industrial gera gases, que se lançados sem tratamento adequado podem contaminar o ambiente, trazendo impactos locais e regionais. A exposição a vapores, gases, e poeiras produzidos nas operações ou processos industriais podem gerar diversos danos à saúde dos trabalhadores. A captura e tratamento de forma corretas podem reduzir esses impactos. Os benefícios de um projeto de controle da poluição atmosférica adequado incluem a redução de impactos ambientais adversos, melhoria de eficiência e como conseqüência a melhoria da qualidade sócio-ambiental e da imagem da empresa. O objetivo do presente estudo é propor um sistema de captação e tratamento de gases capaz de reduzir as concentrações de poluentes presentes no ambiente de trabalho e lançados na atmosfera, minimizando os impactos ambientais resultantes do processo de pintura industrial. MATERIAL E MÉTODOS Este trabalho foi desenvolvido baseado no processo de pintura realizado no setor automotivo. A elaboração da proposta tecnológica para tratamento de emissões gasosas foi baseada nos princípios de exaustão, separação, absorção e adsorção, que permite a captura dos gases e particulados no local de geração e a redução da concentração dos poluentes a serem lançados para o meio externo. Os resultados apresentados são baseados em dados qualitativos e quantitativos, uma vez que, o presente trabalho é parte integrante de um estudo mais aprofundado sobre o assunto de tamanha relevância e complexidade. Ventilação local exaustora O projeto prevê a captura dos gases pela base do recinto, e a entrada do ar ambiente pela parte superior da cabine, provocando um fluxo descendente dos gases, conforme figura 1.

Figura 1 - Cabine de pintura proposta para atendimento de exigências ambientais e de segurança do trabalho. 268

O modelo matemático de captura dos gases segue nas definições a seguir: Q= 100 cfm/pé2 de seção transversal da cabine; ou Q= 50 cfm/pé2 de seção transversal ( quando W.H for maior que 150 pés). W = Espaço de trabalho + 6 pés (largura) H = Espaço de trabalho + 3 pés (altura) Vd= 1.000 a 3.000 rpm (velocidade no interior do duto principal) O sistema de exaustão (exaustor, rotor, caixa de entrada, característica das pás, ciclone e etc) foi dimensionado, baseado nas necessidades ambientais de forma a otimizar a eficiência energética e a qualidade ambiental das emissões resultantos. A tabela 1 mostra o modelo matemático desenvolvido para a situação em estudo. Tabela 1 - Modelo matemático para o projeto em estudo. DIMENSÕES DA CABINE DE PINTURA DO PROJETO EM ESTUDO PARÂMETROS GEOMÉTRICOS DIMENSÕES EM METROS L - Largura interna da câmara de pintura 6,00 m C- Comprimento interno da câmara de aplicação de Gel 31,00m H - Altura interna da câmara de aplicação de Gel 6,00m 2 A - Seção transversal (m ) 36,00 m2 2 S = Seção longitudinal (m ) 182,9,00m2 V = Volume útil (m3) 1.097,40m3 CABINE DE PINTURA PARA VEÍCULOS (ACGIH) – PINTURA A PISTOLA PARÂMETROS TÉCNICOS RECOMENDAÇÕES DA ACGH Q – fluxo de ar dentro da cabine Como L*H 387,36 ft2 maior que 150ft2 a vazão será usado o modelo, Q = 50cfm por pé quadrado de seção transversal ∆pe – perda de carga de entrada Ve2 ∆pe = 0,50 2 + perda de carga no filtro sujo

(4.005)

Vd – velocidade no duto 1000 a 3000 fpm CÁLCULO DO FLUXO DE AR NO INTERIOR DA CABINE ACGH Q = 50cfm por pé quadrado de seção transversal; A = 36,00m2 Q= 9,50m3/s fluxo de ar para a cabine em estudo A figura 2 apresenta o detalhamento do projeto do sistema de coleta (ventilação local exaustora) de gases provenientes da pintura industrial.

269

Figura 2 – Rotores, pás e dutos dimensionados para sistema de captura de gases provenientes de pintura industrial. Separação das Partículas O processo de pintura é antecedido por uma fase de raspagem e limpeza dos resíduos da tinta anterior, esses resíduos são succionados e seguem junto com os gases do processo de pintura para o ciclone, onde ocorre a separação dos mesmos, sendo que as partes sólidas são depositadas em bags, e os gases seguem para o processo de absorção e adsorção. A figura 3 mostra o detalhamento do sistema de separação de partículas realizado pelo ciclone.

Figura 3 - Sistema de coleta e tratamento de gases provenientes do processo de pintura industrial. Absorção dos poluentes Trata-se de fazer o gás ar ou ter contato com um líquido no qual seja solúvel, e o poluente na forma gasosa é transferido para o líquido por meio da dissolução. O presente trabalho foi desenvolvido de modo que o processo de absorção ocorra em 2 fases: - na piscina, conforme mostrado na figura 4; - no sistema de lavador de gases, conforme apresentado na figura 5;

Filtros de entrada de ar

Meio Aquoso para absorção

Figura 4 – Vista interna da Cabine de Pintura destinada à captura e tratamento de gases provenientes de pintura industrial.

270

Os gases são succionados, am pelo rotor, e são lançados no lavador de gás (figura 5) a uma velocidade de aproximadamente 15 m/s. Ao entrar no lavador de gás, ocorre uma expansão, consequentemente redução de velocidade, o que faz com que as partículas interajam com as gotículas de água aspergidas, promovendo a absorção.

Figura 5 - Vista detalhada e externa do sistema onde se realiza a absorção dos gases. Adsorção dos poluentes Após ar pelo processo de absorção, as partículas se chocam com anteparos, que reduzem ainda mais sua velocidade. Os gases são direcionados à adsorção, realizada por meio de carvões ativados, que são substâncias dotadas de “alta superfície específica” e que por afinidade química ou por forças de atração superficiais intermoleculares (de Van der Waals), são capazes de atrair e manter presas moléculas gasosas e de fumaça. Não ocorre nenhuma reação química. A figura 5 apresenta a câmara de adsorção, constituída de carvão ativado.

Figura 6 - Câmara de carvão ativado, responsável pela adsorção dos gases. Monitoramento do Sistema de Tratamento

271

Para verificar a eficiência do processo de tratamento de gases dimensionado, foi realizado o monitoramento das emissões atmosféricas no interior da cabine durante o processo de pintura, e na chaminé, após a agem pelo sistema de tratamento. Durante a pintura de um veículo foi dispostos 2 frascos interligados, o primeiro contendo solvente para retenção de acetato de etila, acetato de butila e outros compostos polares. Os gases não solúveis no meio aquoso são induzidos pela conexão ao outro frasco que realiza a absorção dos gases não retidos no primeiro frasco (tolueno e xileno), totalizando 99,7% dos gazes absorvidos. A figura 7 mostra a montagem montagem do experimento para monitoramento e avaliação do sistema de tratamento de gases.

Figura 7 – Montagem do experimento para monitoramento e avaliação do sistema de tratamento de gases. Em seguida as amostras foram conduzidas ao laboratório e realizados rea testes de transmitância. O mesmo procedimento foi realizado para coleta dos gases emitidos na saída da chaminé, após o tratamento das emissões atmosféricas, com o propósito de avaliar a eficiência do sistema de tratamento.

RESULTADOS E DISCUSSÃO DISCUSSÃ Após as análises de comprovação de ácido acético via infravermelho realizadas em Laboratório, percebe-se se no eixo vertical do gráfico (a) apresentado na figura 8 o índice de transmitância no interior da cabine de pintura, durante o processo de pintura foi fo de 15, com picos em torno de 5, devido a interferência da água. O gráfico (b) da figura 8 mostra que o índice de transmitância foi em média de 100, após a adição de agente alcalino, com picos 105 devido a interferência da água.

272

(a)

(b)

Figura 8 – Resultados de transmitância do ácido acético obtido por infravermelho. As análises de diclorometano realizadas antes do sistema de tratamento de emissões atmosféricas revelaram transmitância variando de 5 a 14, conforme apresentado na figura 9. Após o tratamento em m meio neutro, a transmitância variou de 10 a 16 (figura 9). Após o tratamento, utilizando meio alcalino para absorção dos poluentes, observou-se observou que o índice de transmitância foi em média de 100 (figura 9).

Figura 9 – Resultados de transmitância do Diclorometano Diclorometano obtido por infravermelho, antes e após o tratamento dos gases em meio neutro e alcalino. As análises realizadas por meio de cromatografia de gás mostram a mistura gasosa retida antes e após o sistema de tratamento de emissões atmosféricas. No gráfico (a) da figura 10, nota-se se a presença de 5 picos próximos, ou seja, cinco substâncias antes do processo de tratamento de emissões atmosféricas. No gráfico da figura b observa-se observa se nitidamente a redução destes picos, indicando que estas substância foram foram retidas no processo de tratamento implantado da Cabine de Pintura. 273

(a)

(b)

Figura 10 – Resultados de cromatografia de gás antes e após o tratamento.

CONCLUSÕES O processo de separação, absorção e adsorção são essenciais para um tratamento eficientee dos efluentes gasosos. Para a realização de um projeto que atenda os requisitos ambientais ligados à segurança e bem estar dos trabalhadores e da população do entorno fazfaz se necessário a realização de cálculos para o correto dimensionamento do sistema de ventilação exaustor, na absorção e na adsorção do poluente. Qualitativamente, o sistema proposto foi satisfatório, segundo o proprietário da empresa estudada, sendo inclusive referência para o Ministério do Trabalho. As análises químicas realizadas nas amostras mostras coletadas antes e após o processo de tratamento das emissões atmosféricas relevaram a redução em níveis satisfatórios dos poluentes polares e apolares presentes na tinta. A adição de meio alcalino potencializou a retenção dos poluentes presentes na emissão. REFERÊNCIAS MACINTYRE, Archibald Joseph. Equipamentos industriais e de processo. processo Rio de Janeiro: LTC, 1997. 277 p. MACINTYRE, Archibald Joseph. Ventilação industrial e controle da poluição. poluição 2a. ed. Rio de Janeiro: LTC, 1990. 403 p. Resolução CONAMA Nº. 05/1989. 05/1989. Dispõe sobre o Programa Nacional de Controle da Poluição do Ar – PRONAR. 4 p. Resolução CONAMA Nº. 03/1990. 03/1990 Dispõe sobre padrões de qualidade do ar, previstos no PRONAR. 5 p.

274

I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

LIXO E SEGURANÇA DO VOO JOSIE ANTONUCCI DI CARVALHO1, SAVIO FREIRE BRUNO2 1 2

Mestranda, Universidade Federal Fluminense, 21-85582818, [email protected] Doutor, Universidade Federal Fluminense, 21-98735547, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: À semelhança das aves, os humanos criaram o avião, sendo o primeiro idealizado, construído e pilotado pelo brasileiro Alberto Santos Dumont, em 1906, chamando seu grande aparelho de 14-Bis. Porém, em 1905 os irmãos Wright, nos Estados Unidos, já haviam criado uma aeronave, diferente do 14-Bis, à qual foi atribuído o primeiro registro de colisão entre uma ave e uma aeronave. O primeiro acidente que vitimou fatalmente um humano envolvendo uma ave ocorreu em 1912, na Califórnia. Desde então as aves representam uma ameaça para a aviação mundial e, para se ter uma ideia da gravidade do problema, uma ave de 2,0 kg que é atingida por uma aeronave a 300 km/h, gera uma força de impacto que pode alcançar sete toneladas. As aves são atraídas para o entorno dos aeroportos na busca de abrigo e alimento, fatores que estão relacionados à sua sobrevivência. Os lixões a céu aberto podem ser um dos principais fatores atrativos de aves devido à grande oferta de alimento. Visando contribuir para a segurança dos voos, esse trabalho consistiu na identificação de lixões e aterros que existem a uma distancia de até 20 Km (caracterizando a Área de Segurança Aeroportuária – ASA) dos aeroportos istrados pela INFRAERO no Estado do Rio de Janeiro. Foram cinco aeroportos identificados. A localização desses focos foi realizada por meio de pesquisa sobre o descarte de lixo nas cidades sedes dos aeroportos e, mapas foram gerados com os pontos identificados. Concluiu-se que ainda há lixões funcionando irregularmente no Estado e os aterros se localizam bem próximos aos aeroportos, proporcionando riscos à aviação. PALAVRAS–CHAVE: Aviação, segurança, lixão.

GARBAGE AND FLIGHT SAFETY ABSTRACT: Like the birds, humans created the airplane, the first being designed, built and flown by Brazilian Alberto Santos Dumont, in 1906, calling his great device 14-Bis. However, in 1905 the Wright brothers in the United States had created an aircraft, other than the 14-bis, which was awarded the first record of a collision between a bird and an aircraft. The first accident that killed a human fatally involving a bird occurred in 1912 in California. Since then the birds represent a threat to global aviation and to get an idea of the gravity of the problem, a bird of 2.0 kg which is hit by an aircraft at 300 km / h, generates an impact force that can achieve seven tons. The birds are attracted to the area surrounding the airport in search of shelter and food, factors that are related to their survival. The open dumps can be one of the main attractions of birds due to the large supply of food. Aiming to contribute to flight safety, this work consisted in identifying dumps that exist at a distance of up to 20 Km (characterizing the Area of Airport Security – ASA) of airports istrated for INFRAERO in the State of Rio de Janeiro. Was five airports identified. The location of these focuses was made through research on waste disposal in the headquarters towns to airports, and a map was generated with the identified points. We conclude that there are still working irregularly dumps in the state and landfills are located in close proximity to airports, providing risk to aviation. KEYWORDS: Aviation, security, dump.

275

INTRODUÇÃO O tema perigo aviário é de grande relevância para a aviação mundial, no sentido de que é o causador de muitas perdas, envolvendo estas tanto perdas materiais, ocasionando prejuízos financeiros, como perdas de vidas humanas. Esse perigo é ocasionado pela presença de aves principalmente na região dos aeroportos representando um risco de colisão com aeronaves. Condições ambientais e sanitárias precárias ao redor dos aeroportos podem ser prejudiciais, pois contribuem para o agravamento do problema devido ao aumento de material orgânico disponível. Desse modo, faz-se de extrema importância para a segurança da aviação, a realização de estudos que envolvam a identificação dos fatores que contribuem para a ocorrência de superpopulações de aves ao redor dos aeroportos. A Resolução número 4 do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA) estabeleceu, em 09 de outubro de 1995, a Área de Segurança Aeroportuária (ASA), que é definida pela área correspondente ao círculo a partir do centro geométrico do aeródromo (BRASIL, 1995), diferindo de acordo com o tipo de operação do aeroporto. Em aeroportos que operam com Regras de Voo por Instrumento (IFR), a ASA é de 20 km, já para os demais aeroportos, a ASA é de 13 km (MORAIS, 2012). Dentro das limitações dessa área, é proibida a ocorrência de atividades com potencial atrativo de aves, como curtume, matadouros, culturas agrícolas, vazadouros de lixo, entre outras. Segundo o Plano Básico de Gerenciamento do Risco Aviário – PBGRA - (2011), são atividades consideradas potenciais atrativos de aves: aterros sanitários, culturas agrícolas, atividades de aquicultura, espelhos d’água, depósitos de grãos, valas de drenagem, pântanos, bosques, construções, centros de reciclagem de resíduos sólidos, criação e pastos para animais de corte, dentre outros. Quanto aos aterros sanitários, de acordo com o Ministério do Meio Ambiente (2006), a autorização de implantação dos mesmos próximos aos aeroportos, dentro da ASA, vai depender da autorização da Autoridade da Aeronáutica – COMAR (Comando Aéreo Regional) de cada região. Atualmente, o aterro sanitário é o local mais adequado para o destino final dos resíduos sólidos, porém o mau uso das técnicas e o gerenciamento precário para sua correta operação pode transformar essa atividade, que já é um potencial para atrair aves, em um foco de atração das mesmas, assim como os lixões (PBGRA, 2011). Isso ocorre quando o lixo depositado no aterro não recebe diariamente uma camada de terra, deixando-o exposto. Esse trabalho deteve-se a analisar a existência de focos de atração no que diz respeito a lixões e aterros sanitários próximos aos cinco aeroportos istrados pela INFRAERO. São cinco aeroportos presentes no Estado do Rio de Janeiro, a saber: MATERIAL E MÉTODOS A área de estudo do trabalho se limitou à ASA de cada aeroporto (Tabela 1). Tabela 1 - Aeroportos no Estado do Rio de Janeiro registrados na INFRAERO. AEROPORTOS Aeroporto Internacional de Campos - Bartolomeu Lisandro Aeroporto de Macaé Aeroporto Internacional do Rio de Janeiro/Galeão - Antonio Carlos Jobim Aeroporto do Rio de Janeiro - Santos Dumont Aeroporto de Jacarepaguá - Roberto Marinho

Sobre os aeroportos presentes no Estado do Rio de Janeiro segundo a INFRAERO (2013), sabe-se: 276

- Aeroporto Bartolomeu Lisandro - está situado no município de Campos dos Goytacazes, norte do Rio de Janeiro. Este aeroporto é localizado numa área de 957.347,97 m² nas margens da BR-101, no trecho que liga Campos a Vitória (INFRAERO, 2013a); - Aeroporto de Macaé - começou a ser construído nos anos 60 e hoje é a maior base de apoio à exploração de petróleo Nacional. Anualmente movimenta 60.000 pousos e decolagens e recebe 450.000 ageiros. Desde 2000 o aeroporto desenvolve ações ambientais junto às escolas da região objetivando envolver a população com a preocupação do descarte adequado do lixo, principalmente nas proximidades do aeroporto (INFRAERO, 2013b); - Aeroporto Internacional do Rio de Janeiro/Galeão - Antônio Carlos Jobim foi fundado em 20 de janeiro de 1977, é o maior aeroporto do Estado do Rio de Janeiro (INFRAERO, 2013c); - Aeroporto Santos Dumont - foi instalado em 1936 na cidade do Rio de Janeiro, mais especificamente no aterro do calabouço. Opera basicamente voos da ponte aérea, voos oriundos de dentro do Estado do Rio de Janeiro e voos regionais ligando as principais capitais do país (INFRAERO, 2013d); - Aeroporto de Jacarepaguá - foi inaugurado em 1971. Possui instalações e facilidades para apoio às operações da Aviação Geral, dentre elas as operações Offshore (plataforma marítima) (INFRAERO, 2013e). Foi feito um levantamento da política de descarte de lixo de cada cidade sede dos aeroportos segundo o Governo do Rio de Janeiro (2012). Os programas computacionais utilizados para a identificação dos aeroportos, dos lixões e aterros sanitários, e para a medição de distâncias entre os focos e os aeroportos, foram: Google Earth, Wikimapia e Quantum GIS. RESULTADOS E DISCUSSÃO De acordo com a análise das publicações do Governo do Rio de Janeiro, foi possível observar que todas as cidades sedes dos aeroportos em questão possuem, desde o ano de 2012, aterros sanitários para o descarte final dos resíduos sólidos urbanos (Quadro 1). Quadro 1 - Aeroportos presentes no Estado do Rio de Janeiro, as cidades onde se localizam e a destinação final dos RSU. Aeroporto Municípios sede dos aeroportos Destinação do Lixo Aeroporto Internacional de Campos Campos dos Goytacazes Aterro sanitário (Campos dos - Bartolomeu Lisandro Goytacazes) Aeroporto de Macaé - Macaé - Aterro sanitário (Macaé)

Aeroporto Internacional do Rio de Rio de Janeiro Janeiro/Galeão - Antonio Carlos Jobim Aeroporto do Rio de Janeiro - Rio de Janeiro Santos Dumont Aeroporto de Jacarepaguá - Roberto Rio de Janeiro Marinho Fonte: GOVERNO DO RIO DE JANEIRO (2012)

Aterro (Seropédica)

sanitário

Aterro (Seropédica) Aterro (Seropédica)

sanitário sanitário

Analisando as imagens de satélite do Google Earth (2013) e as imagens disponibilizadas no Wikimapia, alguns pontos considerados potenciais focos de atração de aves foram encontrados próximos às regiões dos aeroportos e suas coordenadas geográficas foram registradas. O Aeroporto Internacional de Campos fica localizado próximo à focos de lixo e ao aterro controlado – CODIN (Figura 1) da cidade. Foi possível identificar um local de depósito 277

de lixo denominado “Entulhódromo “Entulhódromo Municipal” (WIKIMAPIA, 2013) à uma distância aproximada de 7 km do aeroporto; e o aterro controlado da cidade que fica à uma distância de 3 km aproximadamente.

Figura 1 - Distância entre o Aeroporto Internacional de Campos e os focos de lixo. Legenda:

•

- Aeroporto Internacional de Campos – Bartolomeu Lisandro (21°41'54"S 21°41'54"S 41°18'6"W); - “Entulhódromo Municipal” – à 7 km do aeroporto (21.7613448S, -41.3097933W) 41.3097933W);

- Aterro Controlado CODIN – à 3 km do aeroporto (21°43'11"S 41°17'2"W). Fonte: WIKIPAPIA, (2013)

Nas proximidades do Aeroporto de Macaé foi localizado o aterro sanitário da cidade, potencial atrativo de aves, à 12,8 km do aeroporto, ou seja, dentro de sua área de segurança. Além disso, foi localizado um possível depósito de lixo à 4 km aproximadamente aprox do aeroporto (Figura 2).

278

Figura 2 - Distância entre o Aeroporto de Macaé e o Aterro Sanitário da cidade e outro foco de Legenda - Aeroporto de Macaé (22°20'30"S 41°45'57"W); - Aterro Sanitário de Macaé– à 12,8 km do aeroporto (22°13'29"S 41°46'54"W); - Possível depósito de lixo – à 4 km do aeroporto (22°18'52"S 41°44'19"W). Fonte: WIKIPAPIA (2013)

lixo.

O Aeroporto Internacional do Rio de Janeiro (Galeão) está localizado à 6,3 km do aterro sanitário do Jardim Gramacho; à 20 km do aterro sanitário de Magé (Lixão de Piabeta) e à 19,3 km do aterro sanitário de Belford Roxo (Figura 3). Além dos aterros, o Galeão está inserido em uma área muito habitada, rodeado por muitas comunidades que normalmente são constituídas por moradias precárias e falta de infraestrutura, incluindo a falta de saneamento. Dessa maneira, a presença desses complexos habitacionais é um potencial foco de atração de aves.

279

Figura 3 - Distância entre o Aeroporto Internacional do Rio de Janeiro e três aterros sanitários. Legenda - Aeroporto Internacional do Rio de Janeiro (Galeão) (22°48'40.80"S 43°14'53.57"O); - Aterro Sanitário do Jardim Gramacho – à 6,3 km do aeroporto (22°44'56"S 43°15'32"W); - Aterro Sanitário de Magé – à 20 km do aeroporto (22°38'36"S 43°10'33"W); - Aterro Sanitário de Belford Roxo – à 19,3 km do aeroporto (22°42'1"S 43°23'13"W). Fonte: WIKIPAPIA (2013)

O Aeroporto Santos Dumont se localiza na enseada de Botafogo, na Baía da Guanabara, local que pode ser caracterizado como um chamariz de aves que são atraídas tanto para alimentação como para a dessedentação (Figura 4). Além disso, as comunidades de São Gonçalo, RJ, que estão à aproximadamente 10 km do aeroporto, também representam um foco de atração desses animais. Na figura 5 é possível observar um foco de lixo presente no morro da Coruja, localizado em São Gonçalo, retratando as condições precárias que normalmente são encontradas nas comunidades, e que desencadeiam diversos problemas, dentre eles, a atração de aves.

Figura 4 - Localização do Aeroporto Santos Dumont (22°54'35"S 43°9'56"W).

280

Fonte: WIKIMAPIA (2013)

Figura 5 - Foco de lixo (22°50'47"S 43°5'15"W) localizado à 10 km do Aeroporto Santos Dumont e à 16 km do Aeroporto do Galeão. Fonte: WIKIMAPIA (2013)

Bem como o Aeroporto do Galeão, o Aeroporto de Jacarepaguá também se localiza em uma região ocupada por muitas comunidades (Figura 6), além de ter grandes porções d’água nas suas proximidades como a Lagoa de Jacarepaguá e a Lagoa da Tijuca.

Figura 6 - Aeroporto de Jacarepaguá (22°59'10"S 43°22'21"W) e a sua localização próxima às comunidades e à Lagoa de Jacarepaguá. Fonte: WIKIMAPIA (2013)

A localização dos aeroportos do Estado do Rio analisados e os pontos identificados como possíveis focos de atração de aves foram reunidos no mapa a seguir (Figura 6).

281

Figura 7 - Mapa do Estado do Rio de Janeiro demonstrando os aeroportos e os focos de atração de aves identificados. Legenda - Aeroportos; - Focos de lixo. Fonte: GOOGLE EARTH (2013)

CONCLUSÕES Esse estudo nos permite concluir que os aeroportos do Estado do Rio de Janeiro estão localizados em regiões desfavoráveis à segurança dos voos. Pode-se destacar a proximidade com as regiões habitadas, principalmente quando as habitações são comunidades desprovidas de infraestrutura. Os aeroportos do Galeão e de Jacarepaguá foram os que mais despertaram a preocupação por estarem inseridos em regiões com essa falta de estrutura básica. Os problemas ambientais encontrados são diversos como lixo, esgoto a céu aberto, a poluição da Baía da Guanabara, depósitos de matéria orgânica e, também, os aterros localizados próximos aos aeroportos. Desse modo, percebe-se que o problema é público e é de todos. A prefeitura tem a responsabilidade de regulamentar as áreas que ainda não possuem e de infraestrutura como saneamento básico e deve limitar a implantação de atividades na ASA dos aeroportos. Deve-se controlar a ocupação do solo. Porém, o que fazer com as áreas que já estão totalmente habitadas e descontroladas no que diz respeito ao uso e ocupação do solo? Essa preocupação deve existir e medidas de controle devem ser postas em prática para que o problema não se agrave cada vez mais. Além da responsabilidade do poder público, a conscientização da população se faz de extrema importância, pois grande parte do lixo descartado inadequadamente é proveniente das pessoas que, muitas vezes, não têm o conhecimento das consequências ocasionadas por essa ação equivocada. REFERÊNCIAS INFRAERO. Aeroportos. Estado RJ. 2013. Disponível em: . o em: 25 ago. 282

2013. INFRAERO. Aeroportos. Estado RJ. Aeroporto Internacional de Campos – Bartolomeu Lisandro. 2013a. Disponível em: . o em: 25 ago. 2013. INFRAERO. Aeroportos. Estado RJ. Aeroporto Internacional de Macaé. 2013b. Disponível em: < http://www.infraero.gov.br/index.php/br/aeroportos/rio-de-janeiro/aeroporto-demacae.html>. o em: 25 ago. 2013. INFRAERO. Aeroportos. Estado RJ. Aeroporto Internacional do Rio de Janeiro/Galeão. 2013c. Disponível em: . o em: 26 ago. 2013. INFRAERO. Aeroportos. Estado RJ. Aeroporto Santos Dumont. 2013d. Disponível em: . o em: 30 ago. 2013. INFRAERO. Aeroportos. Estado RJ. Aeroporto de Jacarepaguá – Roberto Marinho. 2013e. Disponível em: < http://www.infraero.gov.br/index.php/br/aeroportos/rio-dejaneiro/aeroporto-de-jacarepagua.html>. o em: 30 ago. 2013. GOVERNO DO RIO DE JANEIRO. Ambiente. Lixão Zero. 2013. Disponível em: . o em: 20 ago. 2012.

BRASIL. Ministério do Meio Ambiente. Resolução n 004, de 09 de outubro de 1995. Estabelece a Área de Segurança Aeroportuária – ASA. Diário Oficial da República Federativa do Brasil, Brasília, DF, 1995, v.236. MORAIS, F. J. A. Método de Avaliação do Risco Aviário em Aeroportos. 2012. 130f. Dissertação de Mestrado Profissional em Segurança de Aviação e Aeronavegabilidade Continuada – Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos. MINISTÉRIO DO MEIO AMBIENTE. INFRAERO e Meio Ambiente. 2006. Disponível em:< http://www.mma.gov.br/estruturas/sqa_pnla/_arquivos/46_10112008103206.pdf>. o em: 25 ago. 2013. PBGRA. Plano Básico De Gerenciamento Do Risco Aviário. 2011. Ministério da Defesa. Comando da Aeronáutica. Disponível em: < http://www.cenipa.aer.mil.br/cenipa/Anexos/article/205/PCA_3-2_PBGRA.pdf>. o em: 25 ago. 2013. WIKIMAPIA. Google satélite. 2013. Disponível em: < http://wikimapia.org/#lang=pt&lat=22.900000&lon=-43.233300&z=12&m=b>. o em: 20 ago. 2013. GOOGLE EARTH. Data SIO, NOAA, U. S. Navy, NGA, GEBCO. Image Landsat. US Depto f State Geographer. 2013.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

AVES E LIXO PRÓXIMOS AOS AEROPORTOS JOSIE ANTONUCCI DI CARVALHO1, SAVIO FREIRE BRUNO2 1 2

Mestranda, Universidade Federal Fluminense, 21-85582818, [email protected] Doutor, Universidade Federal Fluminense, 21-98735547, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: O termo “Perigo Aviário” se refere ao risco existente de colisão entre uma aeronave e uma ave, seja no solo ou no espaço aéreo, afetando a segurança do voo. Esse problema é considerado de grande relevância para a aviação mundial por ser o causador de muitas perdas envolvendo tanto perdas materiais quanto perdas humanas. Muitos são os fatores que atraem as aves aos aeroportos, e eles estão sempre relacionados à sua sobrevivência. Condições ambientais e sanitárias precárias ao redor dos aeroportos podem ser prejudiciais contribuindo para o agravamento do problema devido principalmente à grande oferta de alimento. Desse modo, faz-se de extrema importância para a segurança da aviação, a realização de estudos que envolvam a identificação de lixões próximos à área aeroportuária. Esse trabalho foi realizado na Base Aérea Naval de São Pedro da Aldeia, pertencente à Marinha do Brasil, mais especificamente no seu aeródromo, que constitui toda a área destinada a pouso, decolagem e movimentação de aeronaves. Para a identificação dos lixões, um sobrevoo da região, que incluiu cinco cidades (São Pedro da Aldeia, Búzios, Cabo Frio, Arraial do Cabo e Araruama), foi realizado com o helicóptero Superpuma e registros foram feitos através de fotografias. Muitos atrativos de aves foram identificados e um dos principais fatores foi o descarte de lixo inadequado pelas cidades visitadas. Cinco lixões em funcionamento foram registrados. PALAVRAS–CHAVE: Lixo, aves, voo.

BIRDS AND GARBAGE NEXT TO AIRPORT ABSTRACT: The term "Bird Strike" refers to the existing risk of collision between an aircraft and a bird, either on the ground or in space, affecting flight safety. This problem is considered of great importance to the aviation world for being the cause of many losses involving both material and human losses. There are many factors that attract birds to airports, and they are always related to their survival. Environmental conditions and sanitary conditions around airports can be harmful contributing to the worsening of the problem mainly due to the large supply of food. Thus, it is of utmost importance to aviation safety, the studies involving the identification of dumps near airport area. This study was conducted at Naval Air Station São Pedro da Aldeia, belonging to the Marine of Brazil, specifically in airfield, which is the whole area for landing, takeoff and aircraft movement. For the identification of the garbage dumps, a flypast of the region, which included four cities (São Pedro da Aldeia, Buzios, Araruama, Cabo Frio and Arraial do Cabo), was performed with the Super Puma helicopter and records were made from photographs. Many attractive birds were identified and one of the main factors was the garbage disposal inadequate for the population of the cities visited. Five dumps were recorded. KEYWORDS: Garbage, birds, flight

285

INTRODUÇÃO A preocupação com o meio ambiente nos dias atuais é um tema constante e está presente em tudo que fazemos. É necessária a consciência individual das pessoas para que possamos cuidar do meio no qual vivemos. Porém, todos nós já nascemos poluindo o meio ambiente, pois estamos constantemente produzindo lixo, ou seja, até o recém-nascido já contribui com a produção de resíduos sólidos. Daí surgem questões importantes para a sociedade, tais como: Qual é o destino mais apropriado dos resíduos sólidos urbanos? Há investimento do setor público brasileiro para adequar o descarte de lixo? Perguntas muitas vezes possuem uma resposta na teoria e outra na prática. Segundo Guerra (2011), a solução mais adequada atualmente para o destino do lixo é o aterro sanitário, sendo aceitável a deposição em aterros controlados. Estes diferem dos aterros sanitários por não terem uma preparação prévia do terreno com nivelamento de terra e com selamento da base com argilas e mantas de PVC, o que impermeabiliza o solo evitando a contaminação do lençol freático pelo chorume. Entretanto, os dois tipos de aterros recebem cobertura diária do lixo (LIXO, 2013). Somente 33% do total dos municípios brasileiros adotam a destinação correta do lixo gerado em seus territórios (GUERRA, 2011). De acordo com a Pesquisa Nacional de Saneamento Básico, em sua última versão disponibilizada em 2008, 50,8% dos municípios destinam o lixo para os chamados lixões, vazadouros de lixo a céu aberto (KRONEMBERGER et al., 2011). A Associação Brasileira de Empresas de Limpeza Pública e Resíduos Especiais – ABRELPE – fundada em 1976, elabora estudos como o Panorama dos Resíduos Sólidos no Brasil, colaborando com o setor público e privado no que diz respeito ao lixo das cidades. Em uma pesquisa realizada em 2012, a 10ª edição do documento, foi constatado que mais de 3 mil cidades brasileiras enviaram quase 24 milhões de toneladas de resíduos para destinos considerados inadequados, podendo comparar essa quantidade à 168 estádios do Maracanã preenchidos com lixo (ABRELPE, 2012). O diretor executivo da ABRELPE, Carlos Silva Filho, disse em entrevista que o problema se encontra na carência de recursos, principalmente financeiros, para solucionar a questão dos resíduos sólidos que são mais graves nas cidades menores, com menos de 10 mil habitantes, onde acontece a maior parte do descarte inadequado de lixo. O depósito de lixo a céu aberto ocasiona muitos problemas para saúde humana e também para o meio ambiente devido a degradação e a poluição do mesmo e, principalmente, a contaminação dos lençóis freáticos. Além dessas consequências, podemos também relacionar o problema do lixo à segurança dos voos. E qual seria essa relação? A aviação mundial sofre, desde seus primórdios (o primeiro acidente ocorreu em 1912) com o perigo aviário, ou seja, com o risco de uma aeronave se colidir com uma ave, seja no céu ou no solo. Desse modo, a presença de aves próximas aos aeroportos é uma ameaça constante para a segurança dos voos. Os fatores de atração de aves são diversos, mas muitas vezes estão relacionados à busca por alimentos ou água, segurança, abrigo, descanso e nidificação (NETO, TSCHÁ e FILHO, 2006). Portanto pode-se determinar alguns fatores que atraem as aves como: descarte de lixo à céu aberto, incluindo lixões; aterros sanitários, quando não manejados corretamente; formações aquáticas tais como lagos, rios e alagadiços; matadouros; curtumes; usinas de compostagem; valos sanitários; entre outros (SOUZA, 2001). Muitas vezes é possível relacionar as espécies de aves aos tipos de focos de atração. Segundo o PBGRA (2011), o aterro sanitário é o local mais adequado para o destino final dos resíduos sólidos, porém o mau uso das técnicas e o gerenciamento precário para sua correta operação pode transformar essa atividade, que já é um potencial para atrair aves, em um foco de atração das mesmas, assim como os lixões. 286

A Base Aérea Naval de São Pedro da Aldeia – BAeNSPA - sofre com a presença de aves que ameaçam a segurança dos voos na região. A principal espécie de “ave-problema” é o Coragyps atratus, conhecido como urubu-de-cabeça-preta. Esse animal é facilmente encontrado no Brasil se caracterizando como uma das aves que mais ameaça a segurança dos voos no Brasil, ficando atrás somente do quero-quero (CENIPA, 2012). Os urubus são atraídos principalmente pela oferta de alimento que existe nessas regiões ocasionadas muitas vezes pelo descarte inadequado de lixo, merecendo destaque os lixões irregulares. Desse modo, esse trabalho objetivou identificar possíveis focos de atração dessas aves no aeródromo da BAeNSPA. MATERIAL E MÉTODOS O estudo foi realizado na região do aeródromo da BAeNSPA (Base Aérea Naval de São Pedro da Aldeia) que representa, de acordo com o Código Brasileiro de Aeronáutica (Lei n 7.565, de 19 de dezembro de 1986), toda a área destinada a pouso, decolagem e movimentação de aeronaves dessa base. Foi realizado um sobrevoo nas limitações da Área de Segurança Aeroportuária (ASA) com o helicóptero Superpuma (Foto 1) cedido pela Marinha do Brasil para a realização do trabalho, em fevereiro de 2012. A ASA corresponde à área com raio de 20 km a partir do centro geométrico do aeródromo (FIGURA 1).

Foto 1 - Helicóptero – modelo Superpuma HU-14 – cedido pela Marinha do Brasil para a realização do sobrevoo à ASA da BAeNSPA.

287

Figura 1 - Área de estudo do trabalho que corresponde à ASA da BAeNSPA. Fonte: Google Earth.

Na Tabela 1 é possível observar os municípios que estão dentro dos 20 km da ASA da BAeNSPA e que foram sobrevoados na tentativa de identificar os focos de atração das aves. Tabela 1 - Cidades que se localizam dentro da ASA da Base Aérea Naval de São Pedro da Aldeia. Municípios Distância aproximada do Aeródromo Cidade sede São Pedro da Aldeia 9,65 km Cabo Frio 14 km Iguaba Grande 17 km Arraial do Cabo 20 km Araruama 19,88 km Armação dos Búzios

Os focos considerados atrativos atrativos de aves foram registrados através de fotografias feitas durante o sobrevoo com duas máquinas fotográficas, uma NIKON e uma CANON. Além disso, foi realizada uma pesquisa das publicações do Governo do Rio de Janeiro para saber se as cidades dentro daa ASA estudada já possuem aterro sanitário para o descarte final do lixo. RESULTADOS E DISCUSSÃO O Plano Nacional de Saneamento Básico, realizado pelo IBGE, avalia o manejo e a destinação dos resíduos sólidos pelas cidades do Brasil. São três edições sendo sen a mais recente publicada em 2010 com dados referentes à 2008. Portanto ainda não se sabe os valores exatos do número de lixões e de aterros para o ano de 2013 no Brasil, somente até o ano de 2008 (Gráfico 1).

288

88,2 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

72,3 50,8

22,3

22,5

17,3

27,7

9,6 1,1 1989

2000

Vazadouro a céu aberto (%)

2008

Aterro controlado (%)

Aterro sanitário (%)

Gráfico 1 - Evolução do destino final dos do resíduos sólidos no Brasil de 1989 a 2008. Fonte: IBGE, Pesquisa Nacional de Saneamento Básico 1989/2008.

A meta do Governo do Estado é conseguir até 2014 a erradicação de todos os lixões municipais, e isso implica que todas as 92 cidades pertencentes ao estado do Rio de Janeiro devem descartar seus resíduos sólidos em aterros sanitários ou em centrais de tratamento de resíduos (CTRs). De 2007 à 2012 foi possível observar uma evolução na destinação do lixo nos municípios do RJ, indicando que o Programa Lixão Zero, coordenado pela Secretaria de Estado do Ambiente (SEA), está obtendo resultados positivos (GRÁFICO 2) (GOVERNO DO RIO DE JANEIRO, 2012) .

100 80

62 49 43

60 40

92

82

76

30

58 34

16

10

20

0

0 2007

2010

Lixões

2011

2012

Previsão Previsão para para 2013 2014

Aterros sanitários ou controlados

Gráfico 2 - Resultado do Programa Lixão Zero – Descarte dos resíduos sólidos pelos os municípios fluminenses. fluminen Fonte dos dados: GOVERNO DO RIO DE JANEIRO (2012)

As cidades pertencentes à ASA da Base Aérea Naval de São Pedro da Aldeia, segundo o Governo do Estado do Rio de Janeiro (2012), estão destinando os seus Resíduos Sólidos para o aterro sanitário de São Pedro da Aldeia desde o ano de 2011 (FIGURA 2), com exceção da cidade de Araruama que ainda descarta os RSU em lixão (TABELA 2).

289

Figura 2 - Aterro Sanitário de São Pedro da Aldeia e a BAeNSPA. Fonte: WIKIMAPIA (2013) Legenda Base Aérea Naval de São Pedro da Aldeia. Aterro Sanitário de São Pedro da Aldeia – Dois Arcos.

Tabela 2 - Destinação final dos RSU nas cidades da ASA da Base Aérea Naval de São Pedro da Aldeia e a quantidade de lixo gerada por cada uma. Municípios Destinação final do lixo Geração de RSU (t/dia) Aterro Sanitário – São Pedro da 61,61 São Pedro da Aldeia Aldeia Aterro Sanitário – São Pedro da 126,43 Cabo Frio Aldeia Aterro Sanitário – São Pedro da 12,56 Iguaba Grande Aldeia Aterro Sanitário – São Pedro da 18,01 Arraial do Cabo Aldeia Lixão de Araruama 79,86 Araruama Aterro Sanitário – São Pedro da 17,91 Armação dos Búzios Aldeia Fonte de dados: GOVERNO DO RIO DE JANEIRO (2012)

Durante o sobrevoo da Área de Segurança Aeroportuária da BAeNSPA, muitos foram os focos identificados e considerados atrativos de aves, como lixões, alagadiços e plantações . As cidades sobrevoadas já possuem aterro sanitário para a destinação dos RSU desde 2011, que é o Aterro Sanitário de São Pedro da Aldeia, segundo o Governo do Rio de Janeiro (2013). Porém, verificou-se a presença de lixões funcionando nessas cidades, sobrevoadas em fevereiro de 2012 (Figura 3). Outros focos foram registrados durante o sobrevoo, como um açude em São Pedro da Aldeia (Figura 4), que pode ser utilizado pelas aves para a dessedentação ou, se aves piscívoras, para se alimentarem; alagadiços com a presença de animais (Figura 5);

290

A

B

C

D

E

F

G Figura 3 - Lixões identificados dentro da ASA da BAeNSPA durante o sobrevoo em fevereiro de 2012. Localização dos lixões: A - São Pedro da Aldeia; B e C - Arraial do Cabo; D e E - Búzios; F e G – entre Iguaba Grande e Araruama.

291

Figura 4 - Presença de aves ao redor de um açude localizado em São Pedro da Aldeia.

Figura 5 - Alagadiço com bovinos (à esquerda) e urubus ao redor do gado (à direita) em São Pedro da Aldeia.

O aterro sanitário é a medida mais correta de descarte do lixo, evitando a atração de aves para o local devido à inexistência de alimento para esses animais. Porém, essa disponibilidade de material orgânico, e, consequentemente o potencial de atração de aves do aterro, vai variar de acordo com as técnicas que são utilizadas para que o lixo não fique exposto. O aterro sanitário de São Pedro da Aldeia (Figura 6) foi fotografado durante o sobrevoo sendo considerado um potencial atrativo de aves por possuir lixo exposto como é mostrado na Figura 7.

292

Figura 6 - Aterro Sanitário de São Pedro da Aldeia.

Figura 7 - Foco na presença de lixo à céu aberto no aterro sanitário de São Pedro da Aldeia.

CONCLUSÕES Esse trabalho nos permite concluir que o Governo do Rio de Janeiro possui metas interessantes para o Estado com relação ao lixo e os resultados do Programa Lixão Zero mostram uma evolução na erradicação dos lixões. Porém a identificação dos lixões na ASA da BAeNSPA mostra que mesmo com a implantação do aterro sanitário para ser o destino final do lixo, os lixões ainda funcionam proporcionando poluição ao meio ambiente, além dos riscos diversos à saúde e à aviação. Os aterros sanitários são atividades cujo potencial atrativo de aves varia de acordo com as técnicas de gerenciamento. É o destino mais adequado para os resíduos sólidos urbanos, porém, se ele não for bem manejado e seguir à risca suas determinações, como cobrir diariamente o lixo com uma camada de terra, os resultados serão negativos como em vazadouros de lixo, ocasionando consequências negativas ao meio ambiente e à aviação. Nota-se que depósitos de lixo e aeroportos possuem as mesmas necessidades, no que diz respeito ao seu posicionamento geográfico. Ambos devem se localizar nas proximidades da cidade, a fim de reduzir os custos do transporte terrestre, e, ao mesmo tempo, longe o bastante para não afetar a população. Assim, a implantação desses empreendimentos deve ser bem planejada respeitando as limitações de área e de atividades impostas pela legislação brasileira. 293

REFERÊNCIAS ABRELPE. Associação Brasileira de Empresas de Limpeza Pública e Resíduos Especiais. Notícias. Lançamento Panorama 2012; 2012. Disponível em: < http://www.abrelpe.org.br/noticias_detalhe.cfm?NoticiasID=1420>. o em: 20 ago. 2013. GUERRA, A. E. Atlas de Saneamento 2011. Qualidade e Eficiência dos Serviços de Saneamento. IBGE. Rio de Janeiro. 2011. LIXO. Gestão de Resíduos. Lixão X Aterro. Disponível em: < http://www.lixo.com.br/index.php?option=com_content&task=view&id=144&Itemid=251>. o em: 20 ago. 2013. PNSB. Pesquisa Nacional de Saneamento Básico 2008. Rio de Janeiro: IBGE, 2010. 218 p. Acompanha 1 CD-ROM. Disponível em: . o em: 20 ago. 2013. KRONEMBERGER, D. M. P. et al. Atlas de Saneamento 2011. Saneamento e meio ambiente. IBGE. Rio de Janeiro. 2011. GOVERNO DO RIO DE JANEIRO. Ambiente. Lixão Zero. 2013. Disponível em: . o em: 20 ago. 2012. WIKIPAMIA. Base Aérea Naval de São Pedro da Aldeia. Google satélite. 2013. Disponível em: . o em: 20 ago. 2013. NETO, J. A. P; TSCHÁ, E. R.; FILHO, M. X. P. Controle do Perigo Aviário causado por aves com adoção de medidas mitigadoras. 2006. XLIV Congresso da SOBER: Questões Agrárias, Educação no Campo e Desenvolvimento. UFRPE. Recife. PE. Brasil. SOUZA, C.A.F. Procedimentos de Gestão Ambiental em Aeroportos. Monografia de Especialização, Publicação E-TA02A/2001, Centro de Formação de Recursos Humanos em Transportes, Universidade de Brasília, 2001. CENIPA. Anexos. Artigos. Risco Aviário 2012. Disponível . o em: 21 ago. 2013.

em:

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

COLETOR AUTÔNOMO DE BOLAS DE TÊNIS MARCOS VINÍCIUS RAMOS CARNEVALE1, ARMANDO CARLOS DE PINA FILHO2 1

Graduando, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola Politécnica, Departamento de Engenharia Mecânica, (21)9196-7170, [email protected] 2 Professor D.Sc., Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola Politécnica, Programa de Engenharia Urbana, (21)2562-8053, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: A Robótica tem sido progressivamente utilizada em ambientes urbanos, ou para execução de tarefas repetitivas e exaustivas, ou para execução de trabalhos de alta precisão. Desta forma, existem muitos trabalhos que demandam robôs; um deles dedicado ao esporte e ao lazer. O presente artigo, portanto, tem a intenção de descrever o modelo de um robô cuja função é coletar - de uma forma completamente autônoma - bolas de um campo de tênis. Este projeto, chamado de RobôGandula, objetiva uma simulação computacional e construção de protótipo. Com essa finalidade, análises foram realizadas em diferentes ramos da robótica, dentre eles o Mecânico e o Eletrônico. Em seguida, componentes e processos de fabricação foram especificados, tais como microcontrolador, sensores, atuadores, juntas e elementos de transmissão de energia. Tudo isso permitiu a modelagem 3D com um software CAD paramétrico. É importante destacar que o Robô-Gandula irá encontrar as bolas de tênis por meio de um sensor de imagem CCD, que pode discriminar objetos através de sua cor e sua forma. Além disso, ele irá apanhar tais objetos com um sistema de transporte feito de uma correia dentada. Finalmente, o protótipo irá verificar a plausibilidade de uma produção comercial do robô. Espera-se também, com este projeto, um incentivo para pesquisas e para o desenvolvimento tecnológico nacional, dedicado principalmente à robótica. PALAVRAS–CHAVE: robôs autônomos, ambientes urbanos, coletor de bolas de tênis.

AUTONOMOUS TENNIS BALL COLLECTOR ABSTRACT: Robotics has been progressively employed in urban environments, either executing repetitive and exhaustive tasks, or performing high precision jobs. In this manner, there are many works that request robots; one of them devoted to sports and to leisure. The present article, therefore, intends to describe the model of a robot whose function is to collect – in a completely autonomous way – balls from a tennis court. This project, called Ball-boy-Robot, aims for a computer simulation and for a prototype construction. To that end, analyses were conducted on the different robotics’s branches, among them the mechanics and the electronics. Then, components and manufacturing processes were specified, such as single-board microcontroller, sensors, actuators, ts and power transmission elements. All this has allowed the 3D modeling with parametric CAD software. It is important to highlight that the Ball-boy-Robot will find the tennis balls by a CCD image sensor, which can discriminate objects through their color and their shape. In addition, it will catch them with a conveyor system made of a timing belt. Finally, the prototype will the plausibility of a commercial manufacture of the robot. It is also expected, with this project, an incentive to researches and to a national technological development, mainly dedicated to robotics. KEYWORDS: autonomous robots, urban environments, tennis ball collector.

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INTRODUÇÃO O desenvolvimento de tecnologias ligadas à robótica, nos últimos anos, tem se voltado não só para aplicações industriais, mas também para diversas utilidades em meios urbanos. Dessa maneira, serviços fundamentais da sociedade vêm sendo muitas vezes equipados com robôs, sejam autônomos ou operados remotamente. Podem-se citar – dentre esses serviços – a segurança, a saúde, o entretenimento e o lazer. Assim, certas necessidades cada vez mais são atendidas de modo rápido e eficiente por robôs (CAPARROZO, 2011). Têm-se como exemplos de muito sucesso os robôs de diversão da Sony Corporation (FIGURA 1).

Figura 1 – Robôs de entretenimento da Sony: QRIO e AIBO. Fonte: http://www.engadget.com

Foi nesse contexto que se desenvolveu o projeto nomeado de Robô-Gandula pelo grupo de pesquisas ARMS (Automação, Robótica e Modelagem de Sistemas) da Universidade Federal do Rio de Janeiro (FIGURA 2).

Figura 2 – Robô-Gandula: coletor autônomo de bolas de tênis. O Robô-Gandula tem como função recolher bolas de uma quadra de tênis, evitando que essa tarefa – notadamente repetitiva e cansativa – seja realizada pelo homem. Dispondo de sensores, ele deve detectar possíveis obstáculos dos quais tem de desviar e, especialmente, as bolas de tênis a ser coletadas. O presente artigo apresenta, portanto, métodos e resultados que estão permitindo a construção de um protótipo e, porventura, possibilitará a fabricação comercial do robô projetado.

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MATERIAL E MÉTODOS Em um primeiro momento, estabeleceram-se estabelece se as principais designações para o projeto, tendo em vista a função e o local de atuação do Robô-Gandula. Robô Gandula. Dessa maneira, optou-se optou por um robô móvel sobre quatro rodas, sendo duas dianteiras do tipo castor e duas traseiras tracionadas por motores de o. o. Essas escolhas levaram em consideração principalmente o material comumente encontrado nos pisos de quadras de tênis – saibro, grama ou cimento (CLÉSIO, 2009) – que tornam o terreno plano o suficiente para permitir ótima mobilidade sobre rodas. Logo, o robô é um exemplar tracionado diferencial. Foi possível então uma análise cinemática para esse tipo de equipamento, com determinadas condições impostas de modo que se obtivessem equações simplificadas. Assim, o robô foi considerado como um corpo rígido em movimento sobre um plano horizontal, tendo o plano das rodas sempre vertical. Descartaram-se Descartaram se também as possibilidades de deformação e de deslizamento das rodas em relação ao ponto de contato único com o solo. Nesse sentido, escolheram-se se coordenadas cartesianas cartesianas para descrever o posicionamento do robô no seu ambiente. O estudo de um corpo rígido em duas dimensões exigiu três parâmetros independentes para sua total caracterização, como mostra o vetor posição ξ na Equação 1:

 x ξl =  y   θ

(1)

Em que x, y e θ são ão os vetores unitários. Dessa maneira, foram escolhidas a ordenada e a abscissa do sistema cartesiano inercial e o ângulo entre o sistema cartesiano de referência (FIGURA 3) – fixo ao chassi do robô – e o inercial (FETTER, 2013).

Figura 3 – Definição dos sistemas de coordenadas. Fonte: Fetter (2013)

Do mesmo modo, adotaram-se adotaram se coordenadas para se descrever o movimento das rodas convencionais fixas e castor (SIEGWART e NOURBAKHSH, 2004). No caso das primeiras (FIGURA 4), tem-se se um ângulo de orientação constante em relação ao chassi (β). ( Em coordenadas polares indica-se se a localização da roda no sistema inercial (l,α). (l, Definem-se também as velocidades linear (v) e angular (φ), ( além do raio da roda (r).

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Figura 4 – Roda convencional fixa e seus parâmetros. Fonte: Siegwart e Nourbakhsh (2004)

Já no caso das rodas castor (FIGURA 5), o ângulo entre o plano vertical da roda e o chassi é variável. Além disso, essa rotação em torno de um eixo vertical não coincide com o centro da roda, a uma distância fixa (d).

Figura 5 – Roda castor e seus parâmetros. Fonte: Siegwart e Nourbakhsh (2004)

Outra decisão importante tomada para o Robô-Gandula foi o método de recolhimento das bolas de tênis, que devem ser elevadas do solo até o compartimento sobre o chassi do robô. Esse recolhimento ocorre por meio de uma esteira transportadora composta por uma correia dentada. Tendo o conceito físico do robô idealizado, pôde-se enfim realizar a modelagem do projeto com sistema computacional CAD (desenho assistido por computador) 3D paramétrico. Em especial, utilizou-se o software TopSolid 7.6, desenvolvido pela Missler. Isso porque ele é um dos programas mais modernos da atualidade, possuindo integração completa CAD/CAM, que permite não só o estágio da modelagem, mas também torna possível uma futura fabricação de peças por meio de máquinas de comando numérico. Com o auxílio do programa também foram feitas simulações dinâmicas com o intuito de verificar a estabilidade do robô durante o seu funcionamento.

298

RESULTADOS E DISCUSSÃO De acordo com as restrições de rolamento puro e de não deslizamento lateral, puderamse obter as equações que regem o movimento de cada um dos tipos de roda do Robô-Gandula. Essas equações individuais resultaram nas equações da cinemática que governam o movimento do robô como um todo (JONES e FLYNN, 1999). A primeira restrição, para ambas as rodas, é apresentada na Equação 2:

[sen(α + β) − cos(α + β)(−l) cosβ] × R(θ)δ& l − rϕ& = 0

(2)

A condição de não deslizamento, por outro lado, retorna diferentes expressões para as rodas convencionais e para as rodas castor. Dessa maneira, essa condição para as rodas convencionais fixas é representada pela Equação 3:

[cos(α + β)sen(α + β)lsenβ] × R(θ)δ& l = 0

(3)

Já as rodas do tipo castor possuem uma geometria que resulta na Equação 4:

[cos(α + β)sen(α + β)d + lsenβ] × R(θ)δ& l + dβ& = 0

(4)

Em todos os casos, a matriz de rotação ortogonal em torno do eixo Z é representada pela Equação 5:  cos θ senθ 0 R( θ) =  − senθ cos θ 0 (5)    0 0 1 e, sua inversa, pela Equação 6:

cos θ − senθ 0 R ( θ) =  senθ cos θ 0    0 0 1 −1

(6)

Com as equações definidas para cada um dos tipos de roda do Robô-Gandula, pôde-se finalmente computar as restrições cinemáticas do chassi do robô. Em primeiro lugar, nota-se pelas Equações 2 e 4 que as rodas do tipo castor não impõem qualquer restrição dessas ao movimento do robô. Restando apenas as rodas convencionais tracionadas, reescreveram-se as Equações 2 e 3 de forma mais comum dentro das Equações 7 e 8. Ambas descrevem o caso geral das restrições cinemáticas; a primeira delas para o caso de rolamento puro e, a segunda, para o de não deslizamento lateral.

J1R(θ)δ& l − J 2ϕ& = 0

(7)

C1R(θ)δ& l = 0

(8)

Onde são definidas, para cada roda convencional fixa, as Equações 9, 10 e 11:

299

J 1 = [sen (α + β ) − cos (α + β )( − l ) cos β ]

(9)

J2 = r

(10)

C 1 = [cos (α + β )sen (α + β )d + lsen β ]

(11)

Por fim, considerando-se os ângulos das rodas do robô, é válida a Equação 12: 1/ 2 ξ l = R ( θ)  0  1 / 2l −1

1/ 2 0 − 1 / 2l

0  J ϕ 1  2    0  0

(12)

A primeira análise importante dos resultados obtidos é o grau de mobilidade do robô. Essa definição é feita para se avaliar a facilidade com que o robô pode se mover no ambiente. O grau de mobilidade é definido, no caso geral, como na Equação 13:

δm = dimη[C1(βc )]

(13)

Onde [C1(βc)] é uma matriz (Nx3) que contém em cada linha o termo da Equação 8 das N rodas convencionais correspondentes. Dessa forma, tem-se para robôs diferenciais como o Robô-Gandula a Equação 14:

δm = 2

(14)

O grau de dirigibilidade de um robô móvel é definido como o número de rodas convencionais que podem ser orientadas independentemente para se dirigir o robô. Em um robô diferencial, esse número é claramente nulo, como na Equação 15:

δs = 0

(15)

O grau de manobrabilidade, por sua vez, é definido pela Equação 16:

δM = δm + δs

(16)

Portanto, para o mesmo robô diferencial, vale a Equação 17: δM = 2

(17)

Esse valor indica que, diferentemente de robôs omnidirecionais, um robô tracionado diferencial tem seu centro instantâneo de rotação à linha que a pelo centro das rodas fixas. Simulações dinâmicas, por sua vez, foram realizadas computacionalmente. Antes disso, no entanto, fez-se a modelagem da cada peça do Robô-Gandula. Dessa maneira, o programa TopSolid 7.6 permitiu a montagem de cada peça para a construção do conjunto mecânico com restrições de movimento (FIGURA 6).

300

Figura 6 – Sistema de esteiras utilizado para o recolhimento das bolas de tênis. Com toda a modelagem concluída, puderam-se aplicar forças e torques às partes do robô (FIGURA 7) e, por conseguinte, estimar a posição do seu centro de gravidade quando ele fosse recolher a primeira bola de tênis, com o seu compartimento vazio (FIGURA 8).

Figura 7 – Aplicação de forças e torques para a simulação.

301

Figura 8 – Centro de gravidade do robô com as condições descritas. O software também permite visualizar a montagem final das principais peças do conjunto, como apresentado pela FIGURA 9.

Figura 9 – Simulação da montagem das principais peças do robô.

302

CONCLUSÕES Em um projeto de robótica, inúmeras análises são fundamentais para prever o desempenho e o comportamento das máquinas. Além disso, outros estudos devem ser realizados para possibilitar a programação destas. Com a obtenção das equações da cinemática, podem-se criar as iterações necessárias para a locomoção precisa dos robôs. Além disso, pôde ser notado o grau de manobrabilidade ligado à configuração de rodas escolhidas, castor e convencional fixa. Apesar de não ser omnidirecional, o robô é capaz de executar sua tarefa por meio da rotação diferencial das rodas traseiras, apenas necessitando de mais espaço para realizar manobras. Essa condição não é um empecilho forte devido ao ambiente onde o Robô-Gandula estará situado: uma quadra esportiva, local com grandes dimensões. Ainda, o modo de locomoção diferencial é um dos mais simples de se implementar mecânica e eletronicamente. A modelagem computacional com programa CAD também favoreceu o projeto com a facilidade de se realizarem análises dinâmicas e de se criarem peças em três dimensões. Logo, somam-se eficiência e simplicidade à proposta, reduzindo os custos e aumentando a competitividade frente a robôs similares. Isso tudo eventualmente permitirá – dentro de um cenário em que a robótica está cada vez mais presente nos meios urbanos – a fabricação comercial do Robô-Gandula. Forma-se, além disso, um forte incentivo ao desenvolvimento tecnológico nacional, dedicado notadamente à robótica. AGRADECIMENTOS Os autores gostariam de prestar agradecimentos à Missler Software Brasil e ao engenheiro mecânico Eduardo Machado, que permitiram a modelagem computacional do projeto Robô-Gandula concedendo uma licença do software TopSolid7. Ainda, reconhecem todo o apoio fornecido pelo Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), por meio de seu programa institucional de bolsas de iniciação científica – PIBIC. REFERÊNCIAS CAPARROZO, Iván Oliere. Importancia de la robótica en la actualidad com base al texto una introduccion a la robotica industrial. 2011. CLÉSIO, Flávio. Tipos de piso para o Tênis Social. Esporte Social. 2009. Disponível em: . o em: set. 2013. FETTER, Walter F. Modelagem Cinemática e Dinâmica. Departamento de Engenharia Elétrica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 2013. JONES, Joseph L., FLYNN, Anita M. Mobile Robots Inspiration to Implementation. MIT Press, 1999. QRIO E AIBO. Disponível em: . o em: set. 2013. SIEGWART, R., NOURBAKHSH, I. R. Introduction to Autonomous Mobile. MIT Press, 2004.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

A ENERGIA DO DENDÊ (Elaeais guineensis): GERAÇÃO E COGERAÇÃO NA INDÚSTRIA DE ÓLEO DE PALMA MARCOS ALEXANDRE TEIXEIRA1 1

Federal Fluminense University, Department of Agricultural Engineering and the Environment. Rua o da Pátria 156, CEP 24.210-240, Niterói-RJ, Brazil - http://www.ter.uff.br/, [email protected] / [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: A indústria de óleo de Dendê (Elaeais guineenses) produz uma grande quantidade de resíduos, muitos deles com potencial para geração de excedentes de energia. Foram analisados os potenciais caloríficos e características físicas destes resíduos, tendo sido avaliadas cinco configurações para o aproveitamento energético destes (geração e cogeração - pequena parte dos resíduos já atende às demandas térmicas do processo – fibras e cascas). Os estudos consideraram uma unidade típica (60 ton cachos frescos/h), avaliando a quantidade e os custos da energia gerada. Foram examinados: senario base (caldeira queimando parte das fibras e das cascas, vapor saturado e turbina de contra pressão); cogeração básica (caldeira com parte das fibras e cascas, vapor saturado e turbina de extração condensação); cogeração otimizada (caldeira queimando fibras, cascas e parte dos cachos vazios, vapor superaquecido e turbina de extração condensação); cogeração otimizada com biodigestor para efluentes líquidos (caldeira queimando fibras cascas e parte dos cachos vazios, vapor superaquecido, turbina de extração condensação e biodigestores alimentando grupos geradores) e maximização energética (2 caldeiras: 1 para cachos vazios e outra queimando as fibras e cascas, vapor superaquecido e turbina de condensação. Resultados indicam TIR de 7 e 2 %, para 80 R$/MWh nos senarios cogeração básica e otimizada, VPL baixo indica que a geração de eletricidade deveria ser incentivado com uso de políticas direcionadas ao setor. PALAVRAS–CHAVE: dendê, cogeração, geração de eletricidade.

PALM ENERGY (ELAEAIS GUINEENSES): ELETRICITY GENERATION AND COGENERATION ABSTRACT: Like the majority of the industries that process agricultural products, palm oil extraction (Elaeais guineenses), does count with a significant production of residues with energy content that could lead to energy surplus. In this paper was analyzed the energy content and physical characteristics of those residues. Were analyzed 5 settings on the energy generations possibilities to convert those residues including generation and cogeneration (as the fibers and the shells alone could the process energy demands. The studies focused in a typical unit (60 ton fresh bunch of fruits/h), evaluating energy generated and its costs. Were considered: base case (boiler with part of the fibers and shells, saturated steam back-pressure turbine); basic cogeneration (boiler with part of the fibers and shells, saturated steam extraction condensation turbine); optimized cogeneration (boiler with fibers, shells an part of the empty fruit bunches, superheated steam extraction condensation turbine); optimized cogeneration with biodigester for the liquid effluents (boiler with fibers, shells an part of the empty fruit bunches, superheated steam extraction condensation turbine and biogas internal combustion engines) and energy maximization (1 boiler for the empty fruit bunches, other for fibers and shells, superheated steam extraction condensation turbine and biodigester feeding biogas internal combustion engines). Based on 80 R$/MWh, lead to IRT of 7 to 2% for basic and optimized cogenerations resp., low NPV indicate need of specific policy incentive to get this business a reality. KEYWORDS: Palm Oil, cogeneration, energy generation.

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INTRODUÇÃO A cultura de Dendê (Palm Oil), que já era hegemônica na indústria de óleo comestível, com a consolidação dos mercados para o biodiesel, ganhou ainda mais escala e importância, dada ser uma das culturas de maior rendimento por hectare. Atualmente a valorização energética se concentra nas fibras e na casca (não no cacho vazio), cuja queima de caldeiras de 20 bar – vapor saturado – leva a autossuficiência energética da unidade de extração de óleo (demandas de calor e eletricidade). As maiorias dos sistemas utilizados no ado faziam uso de turbinas de contra pressão. A mesma caldeira com turbina de extração condensação poderia aumentar em até 60% a produção de eletricidade. Em função de programas governamentais e incentivos do mercado internacional, há uma tendência de utilização dos cachos vazios para geração de eletricidade (em alguns casos como uma unidade separada de negócios). Algumas das unidades operam com vapor superaquecido em pressão de 20 a 40 bar, de 200 a 400 °C. É interessante instalar mais de um conjunto caldeira turbina, na unidade de cogeração, de forma a poder absorver a biomassa durante safra e pico de safra (57 a 113% de variação do fator de capacidade). Para o uso dos cachos vazios, é necessário seu pré-tratamento (triturar e secar), ou cocombustão com outros resíduos (fibras e/ou outra biomassa), em especial devido à sua alta umidade (reduzir de 60 a 70 para, no mínimo 40%). Já existem fornecedores internacionais de equipamentos e sistemas para o processamento destas biomassas. No presente artigo foram avaliados 5 senarios para aumento da produção de energia elétrica junto à uma unidade típica de processamento de óleo de Dendê no Brasil, procurando se definir custos de instalação, operação e performance econômica financeira para as diferentes configurações estudadas. Dada a flutuação no preço do Óleo de Dendê Cru (O – Crude Palm Oil), as grande unidades estão buscando a verticalização para poder garantir custos competitivos para o biodiesel produzido. A África – região de origem da planta de Dendê – tem entrado no mercado de forma crescente, em unidades verticalizadas, já focadas no mercado de biodiesel. Na Ásia, o governo tem procurado incentivar a valorização dos produtos, e a diminuição dos impactos associados à expansão das áreas de Culturas sobre florestas e áreas virgens (Exemplo apresentação da Agroindustry and Biotechnology Agency for the Assessment and Application of Technology - BPPT, disponível em: http://www.biomass-asiaworkshop.jp/biomassws/04workshop/presentation_files/09_Wahono.pdf e apresentação 2012 congresso Amsterdam: http://www.jatropha.pro/PDF%20bestanden/khoo_hock_aun.pdf). Uma das forças que têm impulsionado estas mudanças são projetos de MDL (CDM – Clean Development Mechanism), que dão maior atratividade econômica financeira para projetos de cogeração com Cachos Vazios (EFB – Empty Fruit Buches) e plantas de biodigestão dos efluentes líquidos (POMES – Palm Oil Mill Effluents tratados em digestores anaeróbios). MATERIAL E MÉTODOS Na Tailândia e Malásia, a cultura do Dendê veio como um substituto à cultura da Borracha, e tinha uso de combustíveis fósseis e de lenha nas caldeiras. Iniciando seu ciclo de expansão entre os anos de 1960 até 2000, as unidades produtoras se caracterizavam por pequenas capacidades. Atualmente as unidades de vão de 10 a até 60 t cachos frescos/ hora. (MAHLIA et al., 2001). Na Indonésia é como uma nova cultura (Green Field), bastante criticada por devastação da floresta tropical.

305

Uma unidade típica de processamento tem uma capacidade instalada dada em termos de sua capacidade de processamento de Cachos Frescos (FFB – Fresh Fruit Bunches), um esquema típico de cogeração para uma unidade de 30 a 60 t cachos frescos / h pode ser visto na Figura , gerando 6,61 kWh/ t cachos frescos de eletricidade e 24,2 MJ/ ton cachos frescos de vapor. Se parte deste excesso de calor for utilizado para secar os cachos vazios, o excesso calor será de 105,2 MJ/t cachos frescos (CHIEW; TOMOKO; SOHE, 2011). No mesmo trabalho, foi sugerido que os melhores ganhos se dão com duas plantas de cogeração, 1,2 e 6 MW, de forma a poder ter flexibilidade durante safra e pico de safra (CHIEW; TOMOKO; SOHE, 2011)

Figura 1 - Representação geral do sistema de cogeração para unidade de 30 a 60 ton cachos frescos/h (CHIEW; TOMOKO; SOHE, 2011) No final dos anos 90, os governos iniciaram programas para incentivo da geração com biomassa com contratos de compra de energia, limitados a unidades de até 10 MW (MAHLIA et al., 2001) (HUSAIN; ZAINAL; ABDULLAH, 2003) (SHUIT et al., 2009). A caracterização dos sistemas de cogeração como sugeridos pela literatura acadêmica (HUSAIN; ZAINAL; ABDULLAH, 2003): • Turbina de Contra pressão – Caldeira 20 bar – Vapor saturado – 20 a 30 ton vap./h – Turbina de contra pressão saindo em 5 a 6,5 bar. Fator de uso ao longo do ano 65 %; • Turbinas Extração - Condensação – Caldeira 20 bar – Vapor super aquecido (270 a 330 °C) – 10 a 20 ton vap. / h, podendo levar a Potencial de aumento de produção de eletricidade se ada para extração condensação de 60% • Auto geração é atingida com queima parcial dos resíduos: 85% das fibras e 55% das cascas (KAMAHARA, et al., 2010), • Se o mix nas caldeiras em 2000 era 60% fibras e 40% cascas, atualmente, o mix é 75% fibras e 25% cascas, em especial devido à valorização das cascas e para evitar formação de fumaça negra (com aumento das cascas na caldeira) - (HANSEN; OLSEN; UJANG, 2012) • Parâmetros encontrados em (ARRIETA et al., 2007): o 100 km2 5 a 11 MW de potência instalada 306

o Heat to Power: 1 / 17,9; o Potencial de geração de excedentes de eletricidade com a queima somente das fibras e casca – 90 a 132 kWh/t cachos frescos o Para Colômbia, cogeração padrão (20 bar) potencial de geração de excedente de 20 kWh/t cachos frescos: • Potencial de geração com turbina extração condensação, uso de 60% dos cachos vazios, vapor a 20 bar 350 °C: o Quando produzindo óleo – 75 kWh/ ton cachos frescos; e o Sem produção de óleo (fora safra) – 160 kWh/ ton cachos frescos De forma geral, a cogeração tem se estabelecido como uma tecnologia consolidada, com a necessidade de pré-tratamento dos cachos vazios, como uma resposta às crescentes dificuldades em gerenciar este resíduo (custo de transporte e problemas na área agrícola). A tendência Mundial é a valorização dos resíduos tem considerado algumas alternativas, tais como (IRG, 2011): • • •

Fibras e cascas – Queima direta em boilers de 25 bar – Cogeração; Cachos Vazios - Queima direta em boilers de baixa pressão 4 a 6 bar para atender calor de processo; e Cachos Vazios + Fibras + Cascas – Queima direta para geração de vapor de alta para geração de excedentes de eletricidade.

Uma representação destas considerações pode ser vista na Figura. No mesmo trabalho há uma lista de fornecedores de tecnologia para os diferentes componentes do sistema, Mem especial para sistemas de pré-tratamento dos Cachos vazios.

Figura 2 - Representação das diferentes formas de valorização energética dos resíduos da indústria de Óleo de Dendê (IRG, 2011) 307

O processo de extração de Óleo de Dendê envolve a extração mecânica do óleo do mesocarpo e do endocarpo do fruto, auxiliada por aumento de temperatura de alguns dos substratos sendo tratados. As demandas energéticas se concentram em potência para os motores e calor para algumas etapas do processo, a saber: • •

Vapor para esterilização dos cachos - 140 °C (50 a 75 minutos a 3 bar) – Importante para parar os processo biológicos que degradam o óleo e facilitar a separação dos frutos do cacho. Gera um condensado que é um dos principais efluentes da planta Água quente na separação emulsão óleo água – 80 a 90 °C – Para facilitar a separação entre a torta e o óleo.

Abaixo alguns dos parâmetros considerados para a operação de uma planta de extração de óleo de dendê: •

Extraction Rate – 188 kg óleo/ ton cachos frescos (HUSAIN; ZAINAL; ABDULLAH, 2003). • Heat to Power Rate – 1 / 17,9 (HUSAIN; ZAINAL; ABDULLAH, 2003) • Consumo de Vapor – 28 kg / kWh @ 3 a 4 bar de vapor saturado (HUSAIN; ZAINAL; ABDULLAH, 2003) • Consumo de eletricidade – 30,2 kWh / ton cachos frescos – ref. (HUSAIN; ZAINAL; ABDULLAH, 2003) • 20– ref. 2001 • 17 a 38– Malásia (ARRIETA et. Al., 2007) • 20 a 25 – Tailândia (ARRIETA et. Al., 2007) Na Figura tem-se uma representação simplificada do balanço de massa e energia para a planta de extração de óleo de Dendê.

Figura 3 - Balanço de massa e energia para o processo de extração do Óleo de Dendê (PLEANJAI; GHEEWALA; GARIVAIT, 2007)

308

Abaixo uma caracterização dos principais resíduos do processamento dos frutos da palmeira de Dendê (ARRIETA et. Al., 2007): •

• • •

Cachos vazios (EFB – Empty Fruits Bunches) – umidade até 70% - 8,16 MJ/kg. Apresentam possibilidade de ser incorporados ao solo para reciclar nutrientes – somente 60% para queima (dados sugerem que compensa financeiramente a compra do adubo); Cinzas tem alto percentual de Potássio, sendo fundentes. Segundo (JOO-HWA; KUAN-YEOW, 1995), 5% são cinzas com pouco valor agrícola, PH 1, principais componentes: Al (36,2%), K (24,7%) e Si (21,3%). Fibras da polpa (PPF – Palm Press Fibers) - pós-separação do caroço – 18,6 MJ/kg Potencial para outros usos: estabilização solos, matéria prima similar à fibra de coco; Principal combustível, a ser utilizado na caldeira (39% umidade); Casca do caroço interno – 6 a 7% umidade – 20,8 MJ/kg. Potencial de mercado para indústria de cimento e siderúrgica (carbono fixo prox. 20%) Águas residuais do processo – Efluentes (3 fontes – Mistura – POME Palm Oil Mill Efluent): Condensado do efluente 17%, Separador / Decantador – 75%, Hidrociclone – 8%. Produção total – 0,87 m3/t frutos frescos – DBO 50 kg/l. Destinação padrão: lagoas anaeróbias, opção mais viável: biodigestores anaeróbios – 12 m3 Biogás com 60% CH4/m3 efluente.

Para a análise será adotada uma unidade padrão de processamento de óleo de Palma de 60 ton cachos frescos / hora, para análise do potencial serão considerados os seguintes cenários: 1. Cenário Base – caldeira queimando parte das fibras e das cascas poder calorífico médio 14,25 MJ/kg, gerando vapor saturado a 20 bar, ando por uma turbina de contra pressão, alimentando o processo a 4 bar, sem geração de excedentes de eletricidade, 65% de fator de utilização da planta, POME tratados em lagoas de estabilização (aberta) e cachos transportados de volta para o campo para decomporem (HUSAIN; ZAINAL; ABDULLAH, 2003), como pode ser visto na Figura 9; 2. Cogeração Básica – caldeira queimando 60% das fibras e 55% das cascas, gerando vapor saturado a 20 bar direcionado à turbina de extração condensação, 65% de fator de utilização da planta, POME tratados em lagoas de estabilização (ARRIETA et al., 2007), como pode ser visto na Figura 9; 3. Cogeração Otimizada – caldeira queimando fibras cascas e 60% dos cachos vazios, gerando vapor superaquecido a 20 bar, 350° C, uso de turbina de extração condensação, 65% de fator de utilização da planta (ARRIETA et al., 2007), como pode ser visto na Figura 10; 4. Cogeração Otimizada + Tratamento POMES - caldeira queimando fibras cascas e 60% dos cachos vazios, gerando vapor superaquecido a 20 bar, 350 °C, turbina de extração condensação, POME tratados em biodigestores, com metano queimado em Flare (ARRIETA et al., 2007), como pode ser visto na Figura 10; 5. Maximização energética – duas caldeiras: uma queimando os cachos vazios (préprocessamento: trituração e secagem) para geração de vapor saturado a 4 bar, para alimentar o processo; e outra queimando 100% das fibras e 100% das cascas, gerando vapor superaquecido a 71 bar gerando eletricidade e turbina de condensação (10MW). POME tratados em biodigestores e queimados em motores de combustão interna para gerar eletricidade (0,6 MW) (IRG, 2011), como representado na Figura .

309

Eletricidade Cachos Frescos

Cachos Frescos

Cascas

60%Cascas

(FFB 240 kt/ano)

(FFB 240 kt/ano)

55% Fibras

Fibras Cachos Vazios

Vapor

Cachos Vazios

(20 Bar Sat.)

Óleo Cru

(EFB 55,2 kt/ano)

POME

POME Campo

Campo

Lagoa de Estabilização

(decaimento Natural)

20 Bar Sat.

(EFB 55,2 kt/ano)

Lagoa de Estabilização

(decaimento Natural)

Figura 9 - Representação simplificada do Cenário Base e Cogeração Básica. Cachos Frescos

Cachos Frescos

60%Cascas

60%Cascas

(FFB 240 kt/ano)

(FFB 240 kt/ano)

55% Fibras

55% Fibras Cachos Vazios

Cachos Vazios

20 Bar 350°C

20 Bar 350°C

POME

POME Lagoa de Estabilização

Digestão Anaeróbia

Rede (exportação)

Rede (exportação)

Flare

Figura 10 - Representação simplificada do cenário Cogeração Otimizada sem e com Trat. POMES Cachos Frescos

Cascas

(FFB 240 kt/ano)

Fibras Cachos Vazios

71 Bar 4 Bar

POME Digestão Anaeróbia

Rede (exportação)

Grupo Gerador

Figura 4 - Representação simplificada do cenário Maximização Energética A produção de POME varia em função dos critérios de operação da planta como no processo de esterilização dos cachos e controle de retorno de condensado. Tendo sido encontrados diversos valores na literatura, 0,256 m3 / ton Cachos frescos (PLEANJAI; GHEEWALA; GARIVAIT, 2007), 0,45 m3 / ton cachos frescos (IRG, 2011) a 0,87 m3 / ton cachos frescos (ARRIETA et al., 2007). Sendo que, para este trabalho, foi adotado um valor de 0,6 m3 / ton cachos frescos para o caso base e 0,45 para os demais. Para os sistemas de tratamento, biodigestor de lona, há numa aumento na capacidade de produção de metano, correspondendo a um valor de 12,36 kg CH4 / ton POME, com metano à concentração de 54%, em sistemas de biodigestão, sendo que 12 kg CH4 / ton POME são captados, para a conversão do biogás em eletricidade, adotou-se 0,215 MWh/ ton O ou 0,061 MWh/ ton POME (HANSEN; OLSEN; UJANG, 2012). A dimensão típica do digestor anaeróbio para um tempo de retenção de 20 dias foi dado por 20,24 m3 de reator por m3 POME tratado por dia (SHAHRAKBAH et. al., 2005). Para uma lagoa de tratamento anaeróbio temos 191 m3/ ton POME/ h e a relação entre os custos de uma lagoa para um reator anaeróbio de 0,2906 (POH; CHONG, 2009).

310

Para os excedentes de geração de eletricidade Com base em queima dos Cachos vazios, em ciclos a vapor, considerando sistemas convencionais de cogeração adotou-se 20 kWh/ ton cachos frescos e com cogeração otimizada de 75 MWh / ton cachos frescos (ARRIETA et al., 2007). Para estimas as emissões evitadas com a eletricidade injetada na rede, foram consultados os dados disponibilizados pelo MCT para o cálculo da margem combinada, adotando os valores para o SIN, no valor de 0,2499 ton CO2 eq. / MWh (Fonte: http://www.mct.gov.br/index.php/content/view/74689.html ada em 08/2013). Para a estimativa de viabilidade dos cenários, foram utilizados os seguintes valores: cotação Dólar 2,00 R$/US$, cotação Euro 2,6 R$/Euro e valor para a eletricidade vendida / produzida em 80 R$/MWh. Para os custos dos ciclos a vapor, foram adotados: 3.619 k US$/ MW e 161 k US$/ MW ano para o ciclo a vapor operando com turbina de extração condensação e 2.840 k US$/ MW e 105 k US$ MW ano para a turbina de contra pressão (TEIXEIRA et al., 2013). Para a combustão dos cachos vazios (EFB), gerando vapor, segundo configuração descrita em (IRG, 2011), complementada por informações enviadas por e-mail (em 29/06/2012), levando a valores de 141,7 US$ para cada tonelada de cachos frescos, em termos de capacidade instalada, com 3% ao ano para custos operacionais. Para o biodigestor foi feita uma consulta à Sansuy (a menção de marcas não constitui recomendação por parte do autor), indicando 827,81 R$ por cada m3/dia de capacidade instalada para produção de metano. Os custos de manutenção de um sistema anaeróbio assim como instalação do flare fechado (capacidade de 4.500 m3/dia) foram adotados do D da usina São Roque, com flare fechado orçado a R$ 75.517,00, manutenção dos sistemas a 30.190,49 R$/ano e sistema de medição do Gás a R$ 131.600,00 (PROENÇA, 2009). Densidade de metano adotada como constante a 0,676 kg/m3. Para o custo de instalação e operação do grupo gerador operando a biogás, foram adotados os valores de (da SILVA et al., 2009), perfazendo 1.055.500 R$/MW de investimento e 500.000 R$/ano de operação e manutenção. Para os custos de elaboração de projeto de redução, submissão e manutenção dos projetos de redução de emissões adotados foram para mercado regulado: 100.000 Euro/Projeto e 30.000 Euro/ano e para o mercado voluntário: 260.000 R$/Projeto e 78.000 R$/ano. Para a análise financeira, foi considerado a Taxa Interna de Retorno Simples (TIR) e Valor Presente Líquido (VPL), com uma taxa de remuneração de capital de 10% ao ano, projeto com vida útil de 25 anos, cm 4000 horas trabalhadas durante o ano. RESULTADOS E DISCUSSÃO Os resultados para os 4 senarios considerados podem ser vistos na Tabela 1 e Tabela 2. Tabela 1 – Resultados das simulações para a 5 configurações, valores para energia. Potência Média Eletricidade Prod. Venda Eletricidade [MW] [MWh/ ano] [R$/ano] Cenário Cog. Básica 0,55 4.800 384.000 Cog. Otimizada 2,05 18.000 1.440.000 Cog. Otim. + POMES 2,05 18.000 1.440.000 Max. Energética 10,0 88.020 7.041.600

311

Verificando a potência média de geração, fica aparente limite de incentivos governamentais adotados na Ásia, com o teto de 10 MW, somente no senario de Maximização Energética, de forma a não incentivar grandes unidades industriais. Os resultados para o desempenho econômico e financeiro podem ser vistos na Tabela 1. Tabela 2 – Resultados das simulações para a 5 configurações, performance econômica financeira. CAPEX [MUS$/MW OPEX VPL TIR [%] [kUS$] ] [US$/ano] [MUS$] Cenário Cog. Básica 1.556 2,84 58 6,90 -0,35 Cog. Otimizada 7.436 3,62 331 1,91 -3,94 Cog. Otim. + POMES 9.404 4,58 402 -1,60 -6,55 Max. Energética 41.763 4,16 1.994 -1,02 -28,04 Com base nos números encontrados, fica aparente que a geração de excedentes de energia elétrica dentro do contexto da unidade de processamento de óleo de Dendê, dada as condições de contorno, apresenta viabilidade econômica (paga seus custos com retorno positivo sobre o capital). No caso de uma mandatória redução das emissões, que ocorrem no sistema de tratamento dos POMES em lagoa anaeróbia, esta atratividade seria negativa (não paga os custos), assim como no caso de se buscar uma total maximização da energia produzida. Refletindo uma visão de valorização energética de resíduos, contra a visão de uma cultura energética como no caso da cana de açúcar, ou seja, a escolha da tecnologia é determinante na lucratividade, sendo que as melhores tecnologias (melhor rendimento energético), não levam às melhores performances econômicas. Frente aos resultados encontrados, foi realizada uma análise de sensibilidade para analisar o comportamento da TIR frente à elevação do preço da eletricidade, como pode ser visto na Figura 5.

Sensibilidade (TIR x Custo da eletricidade) 20% 15%

TIR [%]

10% 5% 0% -5%

40

60

80

100

120 [R$/MWh]

-10% -15% -20% Cogeração Básica Cogen. Otimizada + POMES

Cogeração Otimizada Maximização Energética

Figura 5 – Análise de sensibilidade para os valores de TIR para diferentes valores de eletricidade vendida. 312

Conforme pode ser visto, os valores mínimos são da ordem de 51 R$/MWh para o senario Cogeração Básica, 70 para cogeração Otimizada, 88 se com o tratamento de POMES. A Maximização Energética necessitou de valores da ordem de 85 R$/MWh p/uma TIR de 0%. Com relação ao VPN, a Cogeração Básica necessitou de valores próximos de 168 R$/MWh para igualar ao CAPEX, 220 para cogeração otimizada, 277 com tratamento de POMES, e a maximização energética necessitou de 256 R$/MWh. Um dos desafios é a operação ininterrupta ao longo do ano, dado que a planta de óleo opera somente durante a safra (4000 horas/ ano), mas a de biodiesel durante o ano todo, podendo fazer uso de outros insumos (no Brasil cresce o uso de sebo bovino à preços competitivos). É oportuno lembrar que a lagoa de tratamento dos resíduos líquidos (POMES), é uma das principais fontes de emissões de Gases de Efeito Estufa, e que a devida destinação do metano gerado deveria fazer parte de uma eventual política de incentivo à valorização energética dos resíduos da indústria de óleo de Dendê no Brasil (sem porem solapar a viabilidade econômica, como visto no senario Cogeração otimizada + POMES). AGRADECIMENTOS O autor é grato aos diversos fabricantes de equipamentos que forneceram dados de funcionamento e custos à vários dos sistemas considerados, em especial a Daniel Honda da Sansuy CONCLUSÕES Com base nos números encontrados, fica evidente a viabilidade econômica da geração de excedentes de eletricidade junto à agroindústria de extração de óleo de dendê no Brasil. Ainda que seja economicamente viável, ela ainda não é financeiramente atrativa, não representando uma boa opção para recuperação do capital investido. Neste sentido, deveriam ser formuladas políticas de incentivo à valorização energética dos resíduos desta indústria no Brasil, em especial por poder apresentar um contraponto à geração de eletricidade com biomassa de cana para a região sudeste (dada que a maior parte da produção de dendê fica fora desta região). Ficou claro também que a maior atratividade foi para os senarios com emprego de tecnologias já dominadas pelo mercado brasileiro (turbinas de extração / condensação), não devendo ser necessário o uso de tecnologias ainda não consolidadas no setor, como no senario Maximização Energética. Um elemento que deveria ser mais bem estudado é a questão da queima direta (ou com pré-tratamento), dos cachos após a extração dos frutos (EFB – Empty Fruit Brunches), que a indústria nacional poderia apresentar uma resposta à este desafio para a indústria de óleo de palma mundial.

REFERÊNCIAS ARRIETA, F.; TEIXEIRA, F.; YÁÑEZ, E.; LORA, E.; CASTILHO, E. Cogeneration potential in the Columbian palm oil industry: Three case studies. Biomass and Bioenergy, 31, p.503-511, 2007. CHIEW, Y. L.; TOMOKO, I.; SOHE, S. System analysis for effective use of palm oil waste as energy resources. Biomass and Bioenergy, 35, p.2925-2935, 2011. 313

DA SILVA, C. L.; RABELO, J. M.; RAMAZZOTTE, V. D.; ROSSI, L. F.; BOLLAMANN, H. A. A cadeia de biogás e a sustentabilidade local: uma análise socioeconômica ambiental da energia de resíduos sólidos urbanos do aterro da Caximba em Curitiba. Inovar, v.19 n.34, Maio - Agosto, p.83-98, 2009. HANSEN, S. B.; OLSEN, S. I.; UJANG, Z. Greenhouse gas reductions through enhanced use of residues in the life cycle of Malaysian palm oil derived biodiesel. Bioresource Technollgy, 104, p.358-366, 2012. HUSAIN, Z.; ZAINAL, Z.; ABDULLAH, M. Analysis of biomass-residue-based cogeneration system in palm oil mills. Biomass and Bioenergy, 24, p.117 – 124, 2003. JOO-HWA, T.; KUAN-YEOW, S. Use of ash derived from oil-palm waste incineration as a cement replacement material. Resources, Conservation and Recycling, 13, p.27-36, 1995. KAMAHARA, H.; HASANUDIN, U.; WIDIYANTO, A.; TACHIBANA, R.; ATSUTA, Y., GOTO, N. Improvement potential for net energy balance of biodiesel derived from palm oil: A case study from Indonesian practice. Biomass and Bioenergy, 34, p.1818-1824, 2010. MAHLIA, T.; ABDULMUIN, M.; ALAMSYAH, T.; MUKHLISHIEN, D. An Altrenative energy source from palm waste industry for Malaysia and Indonesia. Energy Conversion and Management, 42, p.2109 – 2118, 2001. IRG. Scoping Study on Clean Technology Opportunities and Barriers in Indonesian Palm Oil Mill and Rice Mill Industries – Final Report. IFC – International Finance Cooperation: Filipines, 2011. PLEANJAI, S., GHEEWALA, S., & GARIVAIT, S. Environmental Evaluation of Biodiesel Production from Pal Oil in a Life Cycle Perspective. Asian J. Energy Environ., v.8, n.1 e 2, p.15-32, 2007. POH, P.; CHONG, M. Development of anaerobic digestion methods for palm oil mill effluent (POME) treatment. Bioresource Technology. Bioresource Technology, p.1-9, 2009. PROENÇA, L. Projeto Granja São Roque de Redução de Emissão de GEE - D. B. C. ltda, Ed.:São Paulo, 2009. SHAHRAKBAH, Y.; MOHD, A. H.; YOSHIHITO, S.; MINATO, W.; SUNDERAJ, S. Baseline study of methane emission from open digesting tanks of palm oil mill effluent treatment. Chemosphere, 59, p.1575–1581, 2005. SHUIT, S.; TAN, K.; LEE, K.; KAMARUDDIN, A. Oil palm biomass as a sustainable energy source: A Malaysian case study. Energy, 34, 1225–1235, 2009. TEIXEIRA, M. A.; PALACIO, J. C.; SOTOMONTE, C. R.; LORA, E. E.; ASSMANN, D. ASSAÍ - An Energy View on an Amazon Residue. Biomass and Bioenergy, 2013.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

ESTUDO DAS TRAJETÓRIAS DOS POLUENTES EMITIDOS EM MACAÉ-RJ COM O USO DE MODELAGEM ATMOSFÉRICA CARLOS EDUARDO FONTARIGO MIGÃO1, JORGE LUIZ FERNANDES DE OLIVEIRA2 1 2

Mestre em Geografia, Universidade Federal Fluminense, (21) 2576-0585, [email protected] Doutor em Ciências Atmosféricas em Engenharia, (21) 2629-5958, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: O objetivo central da pesquisa está voltado para a análise do comportamento dos poluentes emitidos e recebidos por fontes fixas e móveis (naturais e antrópicas) no município de Macaé-RJ. Para alcançar esse objetivo identificou-se as principais fontes poluidoras e calculou-se as trajetórias dos poluentes que chegam e saem do município. Foram utilizados os modelos Brazillian Regional Atmospheric Modeling System (BRAMS) e o de Trajetória Cinemática Tridimensional para simular o comportamento da atmosfera local e calcular a trajetória dos poluentes nas estações de inverno (julho de 2011) e verão (janeiro de 2012), visto tais períodos apresentarem características distintas para a qualidade do ar. Os resultados obtidos mostram trajetórias com concentração de poluentes em determinado período do dia e dispersão em outro, dependendo da estabilidade atmosférica. Verificou-se também que os poluentes emitidos em Macaé são transportados para as Bacias Aéreas da Região Metropolitana do Rio de Janeiro (RMRJ), aumentando sua carga de poluentes e contribuindo para a deterioração da qualidade do ar. Da mesma forma o município configura-se em uma área receptora de poluentes emitidos em outras regiões do país. Os modelos utilizados se constituem em ferramentas que podem contribuir para o planejamento e a gestão do uso e ocupação do espaço, em especial para a mitigação dos efeitos adversos a qualidade do ar. PALAVRAS–CHAVE: uso e ocupação do espaço, modelagem numérica da atmosfera, poluição atmosférica.

STUDIES OF THE PATHS OF POLLUTANTS EMISSION IN RJ-MACAÉ WITH THE USE OF ATMOSPHERIC MODELING ABSTRACT: The goal of the research is focused on the analysis of the behavior of pollutants emitted and received by stationary and mobile sources (natural and anthropogenic) in the municipality of Macaé. To achieve this goal we identified the main pollutant sources and we calculated the trajectories of pollutants leading to and from the city. We used the models Brazillian Regional Atmospheric Modeling System (BRAMS) Dimensional Kinematics and Trajectory to simulate the behavior of the local atmosphere and calculate the trajectory of pollutants in winter seasons (July 2011) and summer (January 2012), since such periods presenting distinct characteristics for air quality. The results show trajectories with pollutant concentration at any given time of day and dispersion in another, depending on the atmospheric stability. It was also found that the pollutants are transported in Macaé for Air Basins of the Metropolitan Region of Rio de Janeiro (RMRJ), increasing the amount of waste and contributing to the deterioration of air quality. Likewise the council set up in an area receiving pollutant emitted in other regions of the country. The models used constitute tools that can contribute to the planning and management of the use and occupation of space, especially for the mitigation of adverse effects to air quality. KEYWORDS: use and occupation of space, numerical modeling of the atmosphere, atmospheric pollution.

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INTRODUÇÃO Os diversos padrões de ocupação/organização do espaço, notadamente aqueles representativos dos grandes centros urbanos, reproduzem o modelo de desenvolvimento econômico reinante nas sociedades atuais, a chamada economia do desperdício. Essa economia, marcada pela produção de materiais descartáveis, gera problemas ambientais nos diversos ambientes: terrestre, aquático e aéreo. Marcado por períodos históricos diferentes, tal modelo de desenvolvimento introduziu estruturas produtivas das mais diversas naturezas, sobretudo indústrias e processos de geração de energia, que foram alocadas e implantadas em espaços inadequados do ponto de vista atmosférico para a dispersão de poluentes. Somada a esta questão temos a incidência da pouca ou quase inexistente utilização dos recursos necessários aos sistemas de controle de poluentes. O processo de degradação ambiental, em especial a emissão de poluentes para a atmosfera, não está ao advento da Revolução Industrial (final do século XVIII e início do XIX), até porque a poluição ambiental não é fruto exclusivamente das atividades antrópicas. Ela é o resultado, sobretudo, de processos naturais como as erupções vulcânicas, os arrastes eólicos, as queimadas naturais e outros fenômenos. Entretanto, a partir desse momento ocorre uma maior contribuição humana na degradação do ambiente. O período marcado pelo fim do século XVIII e início do XIX, inaugura uma nova fase do desenvolvimento técnico das sociedades, sobretudo com a descoberta da máquina a vapor e novas tipologias industriais, consequentemente, aumentando a emissão de poluentes. Hoje é possível afirmar que esse período é emblemático como desencadeador de problemas de poluição atmosférica e degradação da qualidade do ar no que diz respeito aos processos antrópicos. Ao longo do século XX ocorreram vários episódios críticos de poluição atmosférica, apesar dos avanços obtidos com o desenvolvimento técnico, dentre eles podemos apontar: o do Vale do Meuse (1930 na Bélgica), o de Donora (1948 na Pensilvânia – EUA), o de Londres (1952 na Inglaterra), o de Bauru (1952 em São Paulo – Brasil), o de Nova Yorque (1953 nos EUA), o de Poza Rica (1955 no México), o de Nova Orleans (1955 em Louisiana – EUA), o de Mineápolis (1956 no Minnesota – EUA), o de Sevezo (1976 na Itália), o de Bophal (1984 na Índia), o de Lago da Paz (1986 na República dos Camarões), dentre outros (LISBOA, 2007, p. 4-6). O século XX também é marcado pelas primeiras conferências científicas relativas aos problemas de poluição atmosférica. Os ambientes urbanos, sobretudo os das grandes metrópoles, am a abrigar um contingente maior de veículos automotores de características individuais, além de um grande número de indústrias que nele se instalam motivadas pelos chamados fatores locacionais, logo contribuindo para o agravamento dos problemas de poluição do ar. Com efeito, as áreas metropolitanas tornam-se o foco central das preocupações relativas a esse tema e a saúde da população. O planejamento e a gestão do espaço, sobretudo com relação à questão ambiental são desafios constantes, uma vez que determinados fenômenos físicos, alguns deles podendo ser previstos, necessitam de acompanhamento permanente para o entendimento de seu mecanismo e posterior tomada de decisão. Dessa forma, a conjugação de fatores físicos e socioeconômicos na elaboração de planos gestores é fundamental para o bem estar e a qualidade de vida da população. Nos grandes centros urbanos, embora o planejamento do uso do espaço estabeleça feições determinando áreas residenciais, escolares, industriais, comerciais, de recreação e outras, os problemas relativos a poluição do ar ainda permanecem como um grande desafio, tendo em vista o crescente aumento do número de veículos que circulam nesse espaço 316

(OLIVEIRA, 2004, p. 3), acrescido, quando ocorre, de processos de geração de energia, mais especificamente aqueles provindos das usinas termoelétricas. Nesse sentido, fazer uso de ferramentas eficientes para vislumbrar a adoção de medidas preventivas e não corretivas deve ser o caminho a ser percorrido. Uma dessas medidas é a instalação de estações de monitoramento de poluentes critérios e outra é o uso de modelos numéricos. A modelagem numérica da atmosfera pode ser considerada o estado da arte em termos de contribuição para ações preventivas no que tange aos eventos meteorológicos. Essa ferramenta possibilita não só a determinação do escoamento atmosférico predominante em determinada área, como também permite conhecer a trajetória dos poluentes emitidos por uma determinada fonte poluidora. No licenciamento de novas atividades e no controle e fiscalização daquelas já existentes, os modelos numéricos de qualidade do ar representam ferramentas para a identificação de fontes de poluição atmosférica e processos meteorológicos. As áreas de recente ocupação pelo capital estão em franco desenvolvimento de suas atividades produtivas, requerendo, portanto, todos os cuidados pertinentes ao planejamento e gestão de seu desenvolvimento, fato este não muito observado em países subdesenvolvidos, onde o crescimento populacional, a ocupação irregular do espaço, os licenciamentos para atividades produtivas (nem sempre transparentes) e de geração de energia, o crescimento da frota veicular e as desigualdades implantadas no corpo social conjugam-se para a degradação ambiental e consequentemente para a degradação da qualidade do ar. Não obstante aos processos de degradação de qualidade do ar fruto de ações antrópicas, que notadamente afetam a saúde e a qualidade de vida da população, sobretudo dos idosos e das crianças, os fatores meteorológicos também podem agravar ou mesmo minimizar o problema. No município de Macaé (Figura 1), região do Norte Fluminense, os efeitos da brisa mar-terra e terra-mar, as inversões térmicas e as calmarias provocadas no período do inverno, contribuem para a elevação dos índices de poluição.

Figura 1 – Localização do município de Macaé-RJ Fonte: http://www.viagemdeferias.com/rio-de-janeiro/estado/mapa.php A escolha do município de Macaé está centrada em dois aspectos: o modelo de desenvolvimento adotado a partir da década de 1970 (indústria extrativa mineral – petróleo) que proporcionou um crescimento significativo do município em termos de atividades 317

produtivas e o crescimento desordenado que se estabelece a partir desse modelo de desenvolvimento configurando-se em um grande emissor de poluentes. MATERIAL E MÉTODOS Dados Meteorológicos Os dados meteorológicos foram obtidos das reanálises (KALNAY et al, 1996, p. 437471) do Centro Nacional de Previsão Ambiental (National Center For Environmental Prediction – NCEP) / Centro Nacional de Pesquisa Atmosférica (National Center of Atmospheric Research – NCAR) dos EUA. Os períodos escolhidos foram os meses de julho do ano de 2011 e janeiro de 2012, o primeiro marcado por uma maior estabilidade da atmosfera e o segundo por uma maior instabilidade. A partir das reanálises dos períodos citados foram geradas as Análises (ANAS) com o modelo BRAMS. Simulações Atmosféricas da Área de Estudo As simulações do campo de vento com o uso do Brazilian Regional Atmospheric Modelling System (BRAMS) se processam por meio de três etapas: a de pré-processamento, onde o modelo é alimentado com os arquivos de inicialização a partir das reanálises do NCEP/NCAR; a etapa de processamento, fase em que são gerados os arquivos de previsão e a fase de pós-processamento, que permite a transformação dos arquivos de forma a serem visualizados graficamente (ALVES, 2006, p. 37-38). As parametrizações contidas no código do modelo como radiação (solar e terrestre), convecção, microfísica de nuvens, turbulência, solo e vegetação, foram ativadas. Foram utilizadas três grades aninhadas (Figura 11), ficando o município de Macaé no centro das três grades. Foram simulados oito dias (do dia 7 ao dia 14) no mês de julho de 2011 e sete dias (do dia 9 ao dia 15) no mês de janeiro de 2012, tendo sido eles escolhidos aleatoriamente. Os horários utilizados para a caracterização do escoamento foram os de 15 e 21 UTC, o que respectivamente correspondem a 12 e 18 Horas Local (HL). A partir da determinação do escoamento foram calculadas as trajetórias (avante e de retorno) dos poluentes emitidos de fontes fixas e móveis do município. O campo de vento gerado pelo BRAMS foi utilizado pelo Modelo de Trajetória Cinemática 3D, desenvolvido por Freitas (1996) na Universidade de São Paulo – USP, avante (forward) e de retorno (backward) para a análise do transporte dos poluentes gerados e recebidos pelo município de Macaé. Para o cálculo das trajetórias dos poluentes emitidos foram utilizados o Terminal da Petrobrás em Macaé (22.3873ºS e 41.7715ºW graus decimais), como elemento da indústria extrativa, a rodovia BR 101 (22.3547ºS e 41.9259ºW graus decimais), RJ 168 (22.3702ºS e 41.7820ºW graus decimais) e RJ 106 (22.4027ºS e 41.7956ºW graus decimais), como principais vias de fluxo de veículos no município e as usinas térmicas UTE Mario Lago e UTE Norte Fluminense (22.3054ºS e 41.8810ºW graus decimais), como atividade de geração de energia. A escolha dessas fontes recai sobre sua representatividade no conjunto dos elementos antrópicos contribuintes para a degradação da qualidade do ar. O período calculado de trajetórias, tanto forward como backward, foi de 72 horas a partir de 18 de julho de 2011 e 12 de janeiro de 2012. Para a visualização do campo de vento e das Trajetórias Cinemáticas 3D foi utilizado o Grid Analisys and Display System (GRADS), um software largamente aplicado nas ciências meteorológicas e da Terra. 318

RESULTADOS E DISCUSSÃO O conhecimento das trajetórias dos poluentes emitidos pelas mais diversas fontes móveis e fixas é primordial para estabelecer as relações que se processam entre os fenômenos meteorológicos e as fontes potenciais de poluição. Trajetórias das Fontes Fixas e Móveis do Período de Inverno A Figura 2 representa as trajetórias forward (para frente) das fontes fixas e móveis para o mês de julho de 2011 no horário de 12 HL do dia 18. Essas trajetórias correspondem ao período do ano em que a atmosfera encontra-se mais estável, com ventos fracos, calmarias e inversões térmicas. Nesse período os poluentes se concentram em baixas altitudes comprometendo de forma bastante significativa a qualidade do ar.

Figura 2 – Trajetórias de 12:00 HL As trajetórias dos poluentes emitidos nos pontos escolhidos atingem o município de Macaé em baixa altitude, cerca de 100 a 200 metros, seguindo posteriormente para a porção oeste do estado, atingindo todas as Bacias Aéreas estabelecidas pelo INEA na década de 1980 (como pode ser observado pela Figura 3).

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Figura 3 – Bacias Aéreas (RMRJ) Fonte: INEA, 2009 Na Bacia Aérea IV (com área de 830 km2, abrange parte do Município de Niterói, além dos municípios de São Gonçalo, Itaboraí, Magé e Tanguá), os poluentes chegam a altitudes que variam de 100 a 200 metros, onde atualmente vem se realizando as obras de instalação do Complexo Petroquímico do Estado do Rio de Janeiro (COMPERJ) e também obras infraestruturais para atender sua demanda. O grande problema se constitui no grande potencial de geração de poluentes que já vem sendo emitido por esse espaço tanto por parte de fontes fixas como de fontes móveis, aumentando sobremaneira os efeitos adversos a saúde e ao ambiente. Na Bacia Aérea III (ocupa uma área de cerca de 910 km2 e abrange os municípios de Nova Iguaçu, Belford Roxo e Mesquita; os distritos de Nilópolis e Olinda, no município de Nilópolis; os distritos de São João de Meriti, Coelho da Rocha e São Mateus, no município de São João de Meriti; os distritos de Duque de Caxias, Xerém, Campos Elíseos e Imbariê, no município de Duque de Caxias; os distritos de Guia de Pacobaíba, Inhomirim e Suruí, no município de Magé e as regiões istrativas de Portuária, Centro, Rio Comprido, Botafogo, São Cristóvão, Tijuca, Vila Isabel, Ramos, Penha, Méier, Engenho Novo, Irajá, Madureira, Bangu, Ilha do Governador, Anchieta e Santa Tereza, no município do Rio de Janeiro), retificada por Oliveira (2004, p. 71-72), os poluentes chegam a altitudes entre 500 e 600 metros. Na Bacia Aérea II (com uma área de cerca de 140 km2, envolve as regiões istrativas de Jacarepaguá e Barra da Tijuca, no município do Rio de Janeiro), os poluentes atingem altitudes entre 1100 e 1200 metros. Na Bacia Aérea I (com uma área de 730 km2, compreende os distritos de Itaguaí e Coroa Grande, no município de Itaguaí; os municípios de Seropédica, Queimados e Japerí e as regiões istrativas de Santa Cruz e Campo Grande, no município do Rio de Janeiro), os poluentes chegam entre 600 e 700 metros de altitude. As trajetórias dos poluentes emitidos no Terminal da Petrobrás, da RJ 106 e da RJ 168 atingem a Baía de Sepetiba em altitudes que oscilam entre 600 e 800 metros, sendo que somente aquela relativa ao Terminal da Petrobrás alcança a Ilha Grande com a mesma altitude. Posteriormente, todas as trajetórias se dirigem para o oceano. As trajetórias compostas pela BR 101 e UTE’s, após arem pela porção continental do estado, se direcionam para o oceano e alcançam altitudes que variam de 1300 a 1400 metros. As trajetórias do dia 18 de julho de 2011 as 18 HL, representadas pela Figura 4, apresentam características distintas daquelas confeccionadas para as 12 HL. Neste horário inicia-se o processo de resfriamento do continente enquanto o oceano encontra-se mais aquecido, promovendo dessa forma uma modificação no escoamento da área de estudo. Os poluentes emitidos pelas fontes fixas e móveis alcançam altitudes em torno de 100 a 300 metros, sendo direcionados para o noroeste do estado. A única Bacia Aérea atingida 320

nesse horário é a IV. Municípios como Rio das Ostras, Casimiro de Abreu, Silva Jardim, Rio Bonito, Itaboraí, Niterói e Maricá são os mais atingidos pelos poluentes emitidos em Macaé. Após ar por esses municípios os poluentes alcançam o oceano também em torno de 100 a 300 metros de altitude.

Figura 4 – Trajetórias de 18:00 HL Para as trajetórias backward (de retorno) - conhecidas como retrotrajetórais - observa-se nas Figuras 5 e 6, que tanto as trajetórias geradas para as 12 HL como para 18 HL, mostram o transporte de poluentes da porção norte do estado para a área de estudo em altitudes em torno de 100 a 200 metros, portanto, além da poluição produzida, Macaé é também uma área receptora de poluentes originados, por exemplo, do estado do Espírito Santo. A diferença existente nas trajetórias citadas pode ser observada apenas no horário das 18 HL, visto que ainda que o escoamento também seja originário da porção norte do estado, os poluentes que por ele são transportados e chegam ao município próximo a linha de costa, o que não ocorre no horário das 12 HL.

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Figura 5 – Retrotrajetórias de 12:00 HL

Figura 6 – Retrotrajetórias de 18:00 HL

Trajetórias das Fontes Fixas e Móveis do Período de Verão As trajetórias apresentadas nas Figuras 7 e 8, calculadas para o dia 12 de janeiro de 2012, nos horários de 12 e 18 HL, mostram o transporte de poluentes com a área de estudo sob a influência de forte nebulosidade e processo convectivo intenso, caracterizado pela Zona de Convergência de Umidade (ZCOU). O escoamento de mesoescala tipo brisa não se concretiza e há uma alteração significativa no transporte de poluentes, fazendo com que nessa situação tenham uma menor influência na qualidade do ar. Nessa condição os poluentes são transportados para o oceano em altitudes que variam de 0 a 100 metros. A Figura 9 confirma a forte atividade convectiva na área de estudo nos horários mencionados, em especial no horário de 18 HL. A forte instabilidade atmosférica, entretanto, acaba por proporcionar a limpeza da atmosfera local, reduzindo os efeitos nocivos dos poluentes.

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Figura 7 – Trajetórias de 12:00 HL

Figura 8 – Trajetórias de 18:00 HL

Figura 9 – Caracterização da ZCOU Fonte: TEC/INPE, 2012

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As retrotrajetórias do mês de janeiro de 2012 no horário de 12 HL têm como origem a porção leste do estado alcançando a área de estudo a aproximadamente 200 e 300 metros de altitude. Essas trajetórias são representadas pelas Figuras 10 e 11.

Figura 9 – Retrotrajetória de 12:00 HL

Figura 10 – Retrotrajetória de 18:00 HL

As retrotrajetórias da Figura 10, cuja referência é o horário de 18 HL apresentam uma pequena diferença na medida em que a origem dos poluentes é a porção nordeste do estado em altitudes mais elevadas que chegam a 1100 e 1200 metros, ando, antes de atingir o município de Macaé em altitudes de 200 a 300 metros, pelo estado de Minas Gerais. Nas retrotrajetórias localizadas mais para o interior do município os poluentes chegam a altitudes mais elevadas, que variam entre 300 e 400 metros. Para aquelas que estão na linha de costa os poluentes chegam em altitudes mais baixas, variando de 200 a 300 metros. Isso ocorre tanto no horário de 12 HL, quando o escoamento é predominante de leste como no horário de 18 HL com escoamento predominante de nordeste. Nos períodos de inverno e verão temos um comportamento atmosférico distinto. No entanto há possibilidades de termos calmarias e ventos fracos em uma atmosfera instável no período do verão. Por sua vez, no inverno podemos ter momentos de grande instabilidade atmosférica, especialmente pela movimentação de massas frias nesse período do ano no continente brasileiro. Essa dinâmica da atmosfera, ainda desafia o ordenamento espacial na medida em que a distribuição de suas atividades econômicas trazem respostas por vezes adversas. CONCLUSÕES A organização (arranjo) espacial presente hoje no município de Macaé apresenta características semelhantes daquelas existentes nos municípios da RMRJ. Da mesma forma 324

podemos itir que se constitui em uma configuração típica das principais cidades no plano nacional, muito embora é preciso relativizar suas dimensões. Essa distribuição organizacional da sociedade, sobretudo por meio do uso e ocupação do espaço replica mazelas “típicas” dos grandes centros urbanos: macrocefalia, carência infraestrutural, crescimento desordenado, políticas públicas pouco representativas, descaso com as questões ambientais. Essa estrutura acaba por contaminar o espaço em uma des-ordem que se reflete em fontes potenciais de poluição fixas e móveis contribuindo de forma decisiva em implicações para a qualidade do ar no município. O município recebe poluentes produzidos em outras áreas que em muitos períodos do ano o atingem em altitudes que variam de 0 a 100 metros de altitude, acarretando consequências adversas a saúde de sua população, especialmente aquelas do grupo de maior risco: idosos e crianças, além da deterioração dos objetos sociais e naturais. Os poluentes produzidos em Macaé não só atingem o espaço territorial do município como também outras regiões do estado, especialmente áreas já bastante poluídas da RMRJ e, sobretudo, a Bacia Aérea IV, local em que recentemente vêm se realizando obras do COMPERJ, que quando em operação possivelmente se constituirá em um ambiente potencial de geração de poluição atmosférica. A modelagem numérica da atmosfera realizada com o Modelo BRAMS e com o Modelo de Trajetória Tridimensional, constituem-se em ferramentas úteis para a investigação dos fenômenos meteorológicos. A aplicação dessas ferramentas não deve ficar restrita a questões meteorológicas, elas podem e na verdade devem ser utilizadas como instrumentos para o uso e ocupação do espaço na medida em que nele a atmosfera é uma de suas constituintes e, portanto, uma categoria de análise, com grande interferência nos processos bióticos e abióticos do planeta. Sua utilização como ferramentas de análise na organização e distribuição espacial, em especial por mostrar o deslocamento dos poluentes, viabiliza tomada de decisões por parte do poder público com relação à qualidade do ar. A des-estruturação da organização infraestrutural no município de Macaé, muito semelhante ao que ocorre nas demais cidades metropolitanas do país, contribui de forma decisiva para o aumento da carga de material inorgânico, ou seja, material particulado (MP) na atmosfera. O aumento no processo de favelização, ruas sem asfaltamento, os desmatamentos de encostas, em especial o aumento da frota automotiva alavancada pelo desenvolvimento da indústria petrolífera (caracterizando-se como a mais potencial fonte de poluição do município) e a deficiência na coleta e lançamento de lixo a céu aberto se configuram em algumas das fontes de poluição desse material. Do ponto de vista de propostas para a contribuição da mitigação dos problemas voltados para a qualidade do ar é preciso destacar dois aspectos: o primeiro voltado para uma reestruturação da organização sócio-espacial, com medidas como o asfaltamento de vias de circulação, a massificação da coleta de lixo e ampliação da rede de esgoto sanitário, a adoção de políticas que visem um transporte coletivo e solidário, medidas pedagógicas para a preservação do meio, assim como uma ocupação do espaço de modo que se evite aglomerações macrocéfalas; o segundo recai sobre uma atuação mais efetiva no que tange aos chamados crimes ambientais. Os órgãos públicos, ou melhor, os órgãos punitivos devem atuar de forma mais efetiva, aplicando multas significativas e não irrisórias; multas estas até mesmo não pagas pelos infratores o que torna o efeito pedagógico inócuo. A superposição de competências, a possibilidade de excesso de recursos istrativos e judiciais (que podem arrastar o processo por anos), a conversão de multas em serviços (uma prática muito comum no Rio de Janeiro), acaba por enfraquecer a punição e por não inibir a ocorrência de novos crimes ambientais e dentre eles o da poluição atmosférica. O açodamento da revisão dos marcos regulatórios no Brasil, o avanço na capacitação das agências e órgãos/instituições controladoras, reguladoras e fiscalizadoras, os 325

investimentos em novas tecnologias “limpas” ou menos sujas de custo possível para implantação, como é o caso da Usina Termossolar Coremas que será construída no sertão nordestino com uma nova tecnologia denominada de Concentrated Solar Power (CSP), ou seja, energia solar concentrada, são medidas que podem contribuir de forma decisiva na redução dos problemas ambientais. Ações de planejamento, gestão, gerenciamento e até mesmo governança do ordenamento territorial urbano-regional e ambiental têm na modelagem numérica um aliado para o enfrentamento dos problemas do uso e ocupação do espaço e, por conseguinte para a mitigação de suas consequências.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALVES, Simone Colvara. Avaliação do modelo de Kuo para a previsão de chuvas e tempestades na região Sul do Brasil: estudo de casos. 2006. 135 p. Dissertação (Mestrado em Ciências). Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, 2006. CENTRO DE PREVISÃO DO TEMPO E ESTUDOS CLIMÁTICOS / INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS – TEC/INPE (Brasil). Princípios de Meteorologia e Meio Ambiente. Disponível em: < http://satelite.tec.inpe.br/acervo/goes_anteriores.jsp>. o em: 23 mar. 2012. KALNAY, E.; KANAMITSU, M.; KISTLER, R.; COLLINS, W.; DEAVEN, D.; GANDIN, L.; IREDELL, M.; SAHA, S.; WHITE, G.; WOOLLEN, J.; ZHU, Y.; CHELLIAH, M.; EBISUZAKI, W.; HIGGINS, W.; JANOWIAK, J.; MO, K.C.; ROPELEWSKI, C.; WANG, J.; LEETMAA, A.; REYNOLDS, R.; JENNE, R.; JOSEPH, D. The NCEP/NCAR 40-year reanalysis project. Bull. Amer. Meteorol. Soc., v.77, p. 437-471, 1996. LISBOA, Henrique de Melo. Controle da Poluição Atmosférica. Montreal: ENS/UFSC, 2007. OLIVEIRA, Jorge Luiz Fernandes de. Análise Espacial e Modelagem Atmosférica: contribuições ao gerenciamento da qualidade do ar da bacia Aérea III da Região Metropolitana do Rio de Janeiro. 2004. 144 p. Tese (Doutorado em Ciência em Engenharia Civil) – COPPE, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2004. PORTAL VIAGEM DE FÉRIAS. Disponível em . o em 8 set. 2011.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

SÍNTESE HIDROTERMAL PARA OBTENÇÃO DE FILMES FINOS NANOESTRUTURADOS DE ALUMINA DOPADO COM ÓXIDO DE CÉRIO TÉCNICA DE SPRAY-PIRÓLISE L.C.O.GOULART 1, N.C.G.SILVEIRA 2 e C.R CALADO 3 1 IC, Engenharia de Materiais, Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, (31) 8743-2738, [email protected] 2 IC, Engenharia de Materiais, Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, (31) 3319-7151, [email protected] 3 PQ, Química Tecnológica, Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, (31) 3319-7151, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Atualmente filmes finos de óxido de alumínio têm apresentado propriedades fotoluminescentes quando dopados e por isso podem ser utilizados na construção de displays planos luminescentes. A fotoluminescência é observada em filmes finos de diversos óxidos dopados com terras raras, como térbio, cério e európio, que emitem nas cores verde, azul e vermelha, respectivamente. Filmes de óxidos de alumínio dopados com cério foram depositados usando o método de spray-pirólise à temperatura de 250ºC sob substrato de vidro. As concentrações de dopante na solução foram de 1 e 5% em peso, em seguida receberam tratamento térmico nas temperaturas de 300º, 450º, 600ºC durante 8h consecutivas. Investigou-se o efeito da concentração do dopante e da temperatura sobre as características físicas desses filmes empregando-se as técnicas de difração de raios X (DRX), fluorescência de raios X (FRX) e MEV. Os resultados dos difratogramas das amostras apresentaram-se como amorfas, acredita-se neste caso que a leitura obtida na DRX foi do substrato e não da amostra. A FRX comprovou a deposição do filme fino sobre o substrato de vidro. Pelas imagens obtidas pela técnica MEV foi não observada a existência de trincas na superfície do material. A deposição de filme pela técnica de spray-pirólise de filmes é promissora, pois tem a vantagem de ser de baixo custo, facilidade de aplicação e não se limitar ao tamanho e ao formato do substrato. PALAVRAS-CHAVE: cério, luminescência, spray-pirólise.

HYDROTHERMAL SYNTHESIS FOR OBTAINING OF ALUMINA NANOSTRUCTURED THIN FILMS DOPED CERIUM OXIDE - SPRAY-PYROLYSIS ABSTRACT: Currently thin films of aluminum oxide have shown photoluminescent properties when doped and thus can be used in the construction of luminescent flat plan displays. Photoluminescence is observed in thin films of different oxides doped with rare earths such as terbium, cerium and europium, which emit in the colors green, blue and red, respectively. Films of oxides of cerium doped aluminum were deposited using the method of spray-pyrolysis in temperature of 250 ° C under glass substrate. Dopant concentrations in the solution were 1 and 5% wt then given thermal treatment at temperatures of 300°, 450°, 600°C for eight consecutive hours. We investigated the effect of the dopant concentration and temperature on the physical characteristics of these films employing the techniques of X-ray diffraction (XRD), X-ray fluorescence (XRF) and SEM microscopy. The results of the XRD patterns of the samples were found to be amorphous, it is believed in this case that the reading was obtained in the XRD sample and not the substrate. The XRF confirmed the deposition of the thin film on the glass substrate. For the images obtained by SEM technique was not observed the presence of cracks on the material surface. The deposition of the film by the spray pyrolysis technique films is promising because it has the advantage of being low cost, ease of application and is not limited to the size and shape of the substrate KEYWORDS: cerium, luminescence, spray-pyrolysis.

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INTRODUÇÃO Filmes de óxidos de alumínio (alumina) possuem diversas aplicações. Normalmente, filmes de alumina são utilizados como camadas ivadoras da corrosão em dispositivos expostos a ambientes agressivos, como revestimentos endurecedores em ferramentas de corte (KHANA, 2006) e como barreira dielétrica em circuitos eletrônicos (CIBERT, 2008). Tais aplicações devem-se às propriedades como elevada dureza, alta resistência ao desgaste e à corrosão, estabilidade física a elevadas temperaturas e resistividade elétrica apresentadas pela alumina. A alumina estequiométrica Al2O3 pode existir nas fases amorfas e cristalinas. Dentre as fases cristalinas podem ocorrer as variações α-Al2O3, γ-Al2O3, θ-Al2O3, δ-Al2O3 e κ-Al2O3, sendo que a mais atrativa para aplicações tecnológicas é a fase termodinamicamente estável α (1) , que associa inércia química a elevados valores de dureza (até 28,8 GPa) (CIBERT, 2008). Os filmes de alumina podem ser obtidos através de diversas técnicas, tais como CVD (Chemical Vapor Deposition), pulverização catódica (Sputtering), PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), ALD (Atomic Layer Deposition), ablação a laser, Sol-gel, evaporação reativa e a técnica de spray pirólise. O método mais utilizado para o preparado destes materiais é o CVD (MARUYAMA, 1992; CHOWDHURI, 2004) que envolve a dissociação iônica e/ou reações químicas de vapores de compostos contendo alumínio ativado pelo calor, formando um produto sólido e estável que pode ser um pó ou um filme (CHOY, 2003). Esta técnica, no entanto, possui uma grave limitação: a precipitação de fases cristalinas estáveis da alumina exige temperaturas acima de 1.000°C (SCHNEIDER, 1997), tornando o método inviável para o recobrimento de uma série de materiais sensíveis a altas temperaturas como o aço carbono, que pode sofrer transição de fase em torno de 727°C (CALLISTER, 2007). E a técnica de spray pirólise é também bastante utilizada, pois trata-se de um procedimento relativamente simples e de baixo custo quando, comparado a outras técnicas mais sofisticadas, além disso, não é necessário a utilização de vácuo durante a deposição dos filmes. Atualmente filmes finos de óxido de alumínio dopados têm apresentado propriedades fotoluminescentes quando dopados e podem ser utilizados na construção de displays planos luminescentes, pois emitem em uma das três cores básicas para a formação de imagens: azul, verde e vermelho. Para a construção de displays planos são requeridas técnicas que permitam a deposição sobre grandes áreas superficiais e que possuam baixo custo de produção. A técnica de deposição por spray-pirólise possui estas características, além de possibilitar a deposição de filmes óxidos com boa uniformidade e transparência (ESPARZA-GARCÍA, 2003). A fotoluminescência é observada em filmes finos de diversos óxidos dopados com terrasraras, como térbio, cério e európio, que emitem nas cores verde, azul e vermelha, respectivamente (FALCONY, 1994; OSKAM, 2002; ISHIZAKA, 2002). Em particular, os espectros de filmes óxidos dopados com cério apresentam bandas largas de característica assimétrica. O comportamento assimétrico das curvas de emissão está relacionado às duas emissões do cério provenientes da transição de elétrons do estado mais excitado para os dois estados menos excitados muito próximos. Esta separação no estado menos excitado é devida à propriedade dos elétrons exibirem ou spin +1/2 ou –1/2 e, portanto, a causa do aspecto assimétrico das curvas é a superposição de duas emissões (HÜTTL, 2002). O efeito do tempo sobre a intensidade de emissão luminescente deve ser avaliado uma vez que, como em muitos dispositivos utilizados em opto e microeletrônica, sob sua ação pode haver uma degradação das propriedades observadas inicialmente. Obviamente, esta degradação não é desejada e existe, portanto, uma preocupação em minimizar este mecanismo. 328

Assim como o tempo, a variação da concentração de dopante e a influência da temperatura também podem levar à diminuição da intensidade de luminescência. São conhecidos alguns mecanismos que podem ocasionar a diminuição ou o quenching da intensidade de luminescência em terras-raras. Um dos principais mecanismos que provocam o quenching da emissão luminescente dos íons de terras-raras é o aumento da concentração de dopante que, diminuindo a distância entre os íons, leva a uma transferência de energia por relaxação cruzada (BLASSE,1967). Um outro mecanismo é denominado de transferência de energia de Förster e Dexter que prediz que a diminuição da intensidade de emissão de um centro luminescente é provocada pela absorção por um outro centro luminescente na mesma faixa de comprimento de onda da emissão do primeiro. Particularmente, quando co-existem dois íons de valências diferentes de uma mesma terra-rara, como Ce3+ e Ce4+, o primeiro age como emissor e o último como um centro absorvedor de energia na mesma faixa da emissão do Ce3+ (ÖZEN, 2000; HÃO, 2003). MATERIAIS E MÉTODOS Os filmes foram obtidos a partir da mistura da suspensão de óxido de alumínio 0,1 mol.L-1 em água deionizada e álcool isopropílico (1:3) e óxido de cério 0,05 mol L-1 disperso em água deionizada. O óxido de cério foi adicionado, neste trabalho, à solução de óxido de alumínio nas proporções de 1 e 5% em peso. Os filmes foram depositados pela técnica de spray-pirólise na temperatura de 250ºC sob um substrato de vidro previamente limpo e seco. Durante a deposição, o fluxo de ar comprimido será fixado em 1,4 kgf cm-2 e o fluxo da solução precursora será mantido em 2 mL min-1. Os filmes finos obtidos pela técnica de spray-pirólise receberam tratamento térmico por meio do uso de uma mufla sob atmosfera ambiente nas temperaturas de 300°C, 450°C, 600°C durante oito horas consecutivas. Os filmes obtidos após tratamento térmico, foram estudados pelas técnicas de difração de raios X, fluorescência de raios X e MEV. A determinação da composição química do filme dopado em termos de seus óxidos constituintes foi realizada empregando-se a técnica de fluorescência de raios X (Shimadzu, EDX-720) e a determinação das fases cristalina presentes nos filmes depositados foi realizada pela técnica de difração de raios X (Shimadzu, XRD - 7000). Estas análises foram realizadas no Laboratório de Análises de Engenharia de Materiais, do CEFET-MG. A avaliação da topografia da superfície das amostras sinterizadas foi realizada empregando a técnica de microscopia eletrônica de varredura (MEV) com ampliação de 50X, 1.000X e 3.000X, esta medida foi realizada no Laboratório de Materiais, Departamento de Química. RESULTADOS E DISCUSSÃO A Tabela 1 apresenta a composição química do filme fino de óxido de alumínio dopado com óxido de cério em termos da temperatura de tratamento térmico recebido obtido pela técnica de fluorescência de raios X.

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Tabela 1 - Composição química (%em peso) do filme de oxido alumínio dopado por cério tratada nas temperaturas de 300º, 450º e 600ºC. Dopado com 1% em peso de óxido cério Composto Filme a 300ºC Filme a 450ºC Filme a 600ºC %em peso Desvio %em peso Desvio %em peso Desvio Al2O3 98,50 0,27 98,50 0,27 98,50 0,27 CeO2 1,20 0,01 1,15 0,01 1,18 0,01 Impurezas 0,30 0,00 0,35 0,00 0,32 0,00 Dopado com 5% em peso de óxido de cério Filme a 300ºC Filme a 450ºC Filme a 600ºC %em peso Desvio %em peso Desvio %em peso Desvio Al2O3 95,10 0,27 95,15 0,27 95,20 0,27 CeO2 4,80 0,01 4,75 0,01 4,68 0,01 Impurezas 0,10 0,00 0,10 0,00 0,12 0,00 Composto

Os teores em termos de óxido para os filmes depositados, estão de acordo com o resultado teórico esperado sendo observado para o primeiro filme depositado, 98,5% de óxido de alumínio, 1,18% de óxido de cério e 0,32% em peso de impurezas e o segundo 95,15% de óxido de alumínio, 4,74% de óxido de cério e 0,11% em peso de impurezas. Os difratogramas dos filmes dopados e depositados sob substrato de vidro nos teores de 1 e 5% em peso de óxido de cério, para qualquer uma das 3 temperaturas estudadas, apresentam-se com baixa resolução, acredita-se neste caso que os filmes depositados são finos, de tal forma, que o feixe de raios X está lendo o substrato e não a amostra, Figura 1.

20

40

60

80

2 θ / graus

Figura 1 - Difratograma da amostra de óxido de alumínio dopada com 5% em peso de óxido de cério tratada a 450ºC por 8 horas. Para resolver este problema tem-se 3 caminhos, o primeiro seria depositar o filme sobre um substrato metálico, como placas de alumínio, aumentar a espessura do filme ou realizar a difração de raios x a baixo ângulo. As micrografias obtidas por MEV mostram que os filmes depositados e tratados a 600ºC e dopados com teores de 1% e 5% de cério, apresentaram-se livres de trincas com superfícies contínuas, figuras 2 e 3.

330

(a)

(b)

(c) Figura 2 - Imagens das superfícies polidas do filme de óxido de alumínio dopado com 1% em peso de cério tratado termicamente a 650ºC obtidos por microscopia eletrônica de varredura. (a) Aumento 50X (b) Aumento 1.000X (c) Aumento 3.000X.

331

(a)

(b)

(c) Figura 3 - Imagens das superfícies polidas do filme de óxido de alumínio dopado com 5% em peso de cério tratado termicamente a 600ºC obtidos por microscopia eletrônica de varredura. (a) Aumento 50X (b) Aumento 1.000X (c) Aumento 3.000X. As Imagens obtidas por MEV mostram que o filme tratado a temperatura de 600ºC e dopado com 5% de cério, apresentou ter uma distribuição mais homogênea, uniforme e com tamanhos de partículas menores, figuras 2(a) e 3(a). Quando se analisa as imagens dos filmes depositados a uma ampliação de 3.000X, fica claro que a amostra dopada com maior teor de cério apresenta uma superfície formada por grãos mais bem formados, com contornos mais bem definidos e homogeneamente distribuídos na superfície do filme. É observado que os grãos observados nos filmes com ampliação de 3000X, figuras 2(c) e 3(c), tem aproximadamente tamanhos da ordem de 2,5 µm. Nestas mesmas imagens são observadas micro regiões, com tonalidade e brilho diferente do restante da micrografia, estas regiões, acredita-se tratar do dopante.

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CONCLUSÕES A fluorescência de raios X comprova a deposição do filme fino sobre o substrato de vidro nas composições de 1% e 5% do dopante, óxido de cério. Pelas imagens obtidas pela técnica MEV conclui-se que não foi observada a existência de trinca na superfície do material. O filme depositado a 600ºC com maior teor de dopante apresenta grãos mais bem formados, com contornos mais bem definidos e homogeneamente distribuídos na superfície do filme, com tamanho médio de partícula de 2,5 µm. A deposição pela técnica de spray-pirólise de filmes de óxido de alumínio dopado com óxido de cério é promissora, pois os filmes depositados recobriam bem a superfície do substrato. A vantagem de se empregar esta técnica de recobrimento se ampara no fato do seu baixo custo, facilidade de aplicação e não se limitar ao tamanho e formato do substrato. REFERÊNCIAS BLASSE, G., in Luminescence of Inorganic Solids (Ed. B. Bartolo), Plenum Press, New York and London, 1967. CALLISTER, W. D. Materials science and engineering: an introduction. 7. ed. New York:John Wiley & Sons, 2007, Cap. 3. CIBERT, C.; HIDALGO, H.; CHAMPEAUX, C.; TRISTANT, P.; TIXIER, C.; DESMAISON, J.; CATHERINOT, A. Properties of aluminum oxide thin films deposited by pulsed laser deposition and plasma enhanced chemical vapor deposition. Thin Solid Films, v. 516, p. 1290–1296, 2008. CHOY, K. L. Chemical vapour deposition of coatings. Progress in Materials Science, v. 48, p. 57–170, 2003. CHOWDHURI, A. R.; TAKOUDIS, C. G. Investigation of the aluminum oxide /Si(1 0 0) interface formed by chemical vapor deposition. Thin Solid Films, v. 446, p. 155–159, 2004. ESPARZA-GARCÍA, A. E., M. García-Hipólito, M. A. Frutis, C. Falcony, J. Electrochem. Soc. 150, 2 (2003) 2160. FALCONY, C., M. García, A. Ortiz, O. Miranda, I. Gradilla, G. Soto, L. Cota-Araiza, M. H. Farias, J. C. Alonso, J. Electrochem. Soc. 241, p.1, 1994. HÃO, J., Z. Lou, M. Cocivera, Appl. Phys. Lett. 82, p.9, 2003. HÜTTL, B., U. Troppenz, K. O. Velthaus, C. R. Ronda, R. H. Mauch, J. Appl. Phys. 78, 12,1995. ISHIZAKA, T., R. Nozaki, Y. Kurokawa, J. Phys. Chem. Sol. 63, 2002. KHANNA, A.; BHAT, D. G. Nanocrystalline gamma alumina coatings by inverted cylindrical magnetron sputtering. Surface & Coatings Technology, v. 201, p. 168-173, 2006. MARUYAMA, T.; ARAI, S. Aluminum oxide thin films prepared by chemical vapor deposition from aluminum acetylacetonate. Applied Physics Letters, v. 60, p. 322-323, 1992. OSKAM, K. D., K. A. Kaspers, A. Meijerink, H. Müller-Bunz, Th. Schleid, J. Lum.p. 99, 2002. ÖZEN, G., B. Demiderata, Spectrochim. Acta Part A 5, 6, 2000. SCHNEIDER, J. M.; SPROUL, W. D.; VOEVODIN, A. A.; MATTHEWS, A. Crystalline alumina deposited at low temperatures by ionized magnetron sputtering. Journal of Vacuum Science & Technology A, v. 15, p. 1084-1088, 1997.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

CONVERSÃO DE BETUME A BAIXA TEMPERATURA A PARTIR DE AREIAS BETUMINOSAS MARCUS VINICIUS SANTOS SILVA1, ANA MARIA RANGEL DE FIGUEIREDO TEIXEIRA2 1 2

Graduando de Engenharia Química, UFF, (21) 2621-1426, [email protected] Doutorado, UFF, (21) 2714-8161, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: A crise do petróleo acarretou na busca de produção de combustíveis líquidos a partir de biomassas que não concorram com a produção de alimentos. Areias betuminosas também são materiais de interesse para rotas de produção alternativa de óleo que, usualmente, tem gerado um sólido riquíssimo em carbono cuja produção é muito maior que a do óleo. Urge encontrar uma aplicação para este subproduto de modo a viabilizar a produção de óleo. Neste trabalho um sistema de conversão à baixa temperatura foi otimizado e implementado. Betume de areias betuminosas foi extraído com tolueno e convertido em óleo e carvão neste sistema. A investigação deste carvão é o objetivo deste estudo. A espectroscopia de infravermelho e a termogravimetria mostraram que o carvão é rico em aromáticos contendo grupos com ligações C-O; o teor de carbono fixo é de 30%; não apresenta água adsorvida e nem cinzas quando tratado termicamente, características favoráveis ao uso como combustível. A capacidade de sorção de metais como manganês, chumbo, zinco e cobre em uma amostra aquosa é de pelo menos 50%. No estudo de equilíbrio o melhor ajuste foi obtido através da isoterma de Freundlich tendo-se “n” igual a 1,069 indicando uma adsorção favorável. Embora preliminares, os resultados aqui apresentados sustentam uma investigação de possíveis aplicações deste carvão como combustível e/ou como sorvente. PALAVRAS–CHAVE: Coque, carvão ativo, conversão térmica.

LOW TEMPERATURE CONVERSION OF OIL SANDS' BITUMEN ABSTRACT: The petroleum crisis resulted in the search for production of liquid fuels from biomass that does not compete with food production. Tar sands are also used as alternative materials when it comes to oil production, which usually generates a solid waste rich in carbon content and its production is far greater than that of the oil. So, there is a need to find an application for this byproduct in order to facilitate oil production. In this paper a low temperature conversion system was implemented e optimized. A toluene extraction of the tar sands bitumen was performed followed by a conversion into oil and coal. The main focus of the paper is to study and characterize this coal. Infrared spectroscopy and thermogravimetric analysis showed that the coal is rich in aromatic groups containing C-O bonds; a fixed carbon content of 30%; it presents no adsorbed water and neither ash when treated thermally, features favorable to the use as fuel. The sorption capacity of metals such as manganese, lead, zinc and copper in an aqueous sample is at least 50%. Equilibrium studies had shown the best fit in a Freundlich adsorption isotherm, presenting ‘n’ equal to 1,069 indicating a favorable adsorption. Although preliminary, the results presented a further investigation of possible applications for this coal, as fuel and / or as a sorbent. KEYWORDS: Coke, activated coal, therrnal conversion.

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INTRODUÇÃO Areias betuminosas, do inglês oil/tar sands, consistem basicamente numa mistura de areia, argila e betume, na qual o teor de betume em massa varia de 1 a 18% [I]. Por betume entende-se petróleo cru em sua forma semissólida, por conseguinte apresentando baixo valor comercial agregado [II]. No Brasil não há quantidade apreciável de areia betuminosa, sendo o maior depósito do mundo encontrado no Athabasca, nome do rio localizado na região norte da província de Alberta, Canadá [II]. A exploração das areias betuminosas no Canadá se mostrou uma atividade extremamente poluente, entretanto rentável impulsionando cerca de 10 bilhões de dólares na economia canadense [III]. Um dos subprodutos da exploração dessas areias é o coque, empresas como Syncrude Canada Ltd e Suncor Energy Inc produzem mais de 5 milhões de toneladas de coque por ano. No intuito de encontrar aplicações para este subproduto diversos estudos têm sido realizados, uma das ideias é transformar esse coque em carvão ativo [IV]. Neste trabalho o foco foi estudar o processo de obtenção do coque desde a extração do betume da areia até o processo de pirólise levando a formação de coque e suas possíveis aplicações, como sorvente e/ou combustível. Para tanto foi necessário simular a areia betuminosa canadense de acordo com o teor de betume reportado na literatura. MATERIAL E MÉTODOS PREPARAÇÃO DA AMOSTRA Para simular a areia betuminosa canadense foi preparada uma amostra 10% p/p de betume e areia, condizente com o valor encontrado na literatura (de 1 a 18% p/p) [I]. Foi utilizada areia úmida, de modo a se assemelhar à areia original. O betume utilizado foi o Betume da Judéia adquirido no comércio local (Niterói, RJ), no entanto, este betume encontrava-se misturado com um solvente volátil, sendo necessário aquecer e levá-lo a peso constante antes da preparação da amostra, para purificar a amostra. Após levar a peso constante, constatou-se que na amostra de Betume da Judéia o teor betume propriamente dito era de 62%. A areia e o betume foram misturados em um bécher, e suas massas foram aferidas em uma balança Precisa XT 220A, com precisão de quatro casas decimais. A aparência da amostra pós-preparo é ilustrada a seguir (FIGURA 1):

Figura 1 – Aparência da areia betuminosa preparada. EXTRAÇÃO DO BETUME PRESENTE NA AMOSTRA

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Uma gama de solventes orgânicos foi testada para efetuar a extração do betume da amostra, sendo sua escolha baseada em dados reportados na literatura [V], nos quais eram utilizados os solventes, a saber: n-pentano, n-hexano, n-heptano e tolueno. Dentre os solventes investigados, o tolueno apresentou a maior eficiência de extração com uma recuperação de 82,13±1,12% mantendo-se a proporção de 80ml de tolueno para 25g de amostra. Após a extração por soxhlet foi efetuada uma rotaevaporação com a finalidade de recuperar o solvente empregado e acelerar a separação da mistura betume-solvente. O betume proveniente do processo descrito acima fora então acondicionado em cadinhos de porcelana. ANÁLISE TERMOGRAVIMÉTRICA Esta análise teve o intuito de nortear o tratamento térmico pelo qual ou o betume. O equipamento utilizado foi um analisador térmico marca Neschtz, modelo 409 Luxx. A análise foi feita sob fluxo de fluxo de nitrogênio até 700°C, quando foi injetado ar. Com base nos resultados obtidos constatou-se que as maiores perdas de massa ocorriam entre as temperaturas de 300 e 500°C. Então optou-se tratar alíquotas distintas de betume uma 300 e outra a 500°C, os carvões obtidos foram submetidos a novas análises termogravimétricas. TRATAMENTO TÉRMICO DO BETUME OBTIDO Primeiramente foi feita a pirólise a baixa temperatura em uma mufla marca EDG sob fluxo constante de nitrogênio e taxa de aquecimento de 10°C/min. O aquecimento foi de acordo com a programação: isoterma a 180°C por um período de 40 minutos; isoterma a 300°C por 40 minutos; volta à temperatura ambiente. O carvão obtido neste primeiro tratamento térmico foi coletado e caracterizado. Uma segunda alíquota de betume foi submetida a um tratamento térmico semelhante, entretanto o primeiro patamar de temperatura foi de 300°C que se manteve por 20 minutos e o patamar final foi de 500°C, também mantido por 20 minutos. O novo carvão foi coletado e caracterizado. CARACTERIZAÇÃO DO CARVÃO Para avaliar a composição percentual de elementos apresentados pelos carvões, estes foram submetidos à análise elementar de acordo com a norma ASTM 5291. As análises foram feitas no analisador elementar EA 1112, modelo LB008, alocado na PUC/RJ. Os resultados aqui obtidos serviram como subsídio para cálculo do poder calorífico superior, do inglês high heating value (HHV), que é a quantidade de energia liberada sob forma de calor incluindo a energia gasta para vaporização da água formada. O HHV foi calculado para o carvão obtido a 300 e a 500°C utilizando a equação 1 de Dulong para resíduos sólidos mostrada a seguir [VI]. ¬

YY? = 145X + 610 «Y − ® + 40¯ + 10° ­

(1)

Onde o HHV é reportado em Btu/lb e C, H, O, N e S são as percentagens dos elementos no carvão avaliado. Para investigar os grupos funcionais presentes em cada um dos carvões foi realizada uma análise de espectrometria de infravermelho. O equipamento usado foi da marca Agilent Pro, alocado no Departamento de Química Orgânica da UFF.

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ENSAIOS DE SORÇÃO Para medir a eficiência de sorção do carvão obtido foi realizado um ensaio com solução aquosa com íons dos metais, a saber: chumbo, zinco e cobre (o manganês foi utilizado apenas em ensaios preeliminares). Foram preparadas soluções individuais contendo chumbo, zinco e cobre, todos na concentração de 100ppm. Individualmente, alíquotas de 50ml foram mantidas em contato, sob agitação, com 50mg de carvão. Após 2, 5 e 10 minutos de agitação eram retiradas alíquotas de 5ml com auxílio de micropipeta. Essas alíquotas eram diluídas com 5ml de água destilada e então eram filtradas. Após filtração, as soluções resultantes foram armazenadas em frascos de vidro e posteriormente analisadas no espectrômetro de emissão em plasma (I) quanto ao teor de metais. A eficiência de retenção de azul de metileno e de iodo serve como modelo para o entendimento da retenção de moléculas médias e pequenas pelo material adsorvente. No entanto, devido ao fato do azul de metileno ser uma molécula maior que a de iodo, espera-se que substâncias que possam reter um grande número de moléculas de azul de metileno possuam poros maiores quando comparados a substâncias que retém um grande número de moléculas de iodo. O teste de sorção de azul de metileno (AM) foi baseado na literatura [IV], utilizando uma solução estoque de 1200ppm. Desta solução foram feitas soluções de 120, 12 e 1,2ppm, das quais foram retiradas alíquotas de 25ml e postas em contato com 50mg de carvão cada . As soluções foram deixadas em contato com o carvão por um período de 24h, então foram filtradas. Uma curva de calibração (FIGURA 2) foi construída com padrões preparados a partir da solução estoque cuja absorbância foi aferida em 630nm.

Figura 2 - Curva de calibração concentração de AM x absorbância. A quantidade de azul de metileno (qa) retida pelo carvão foi calculada pela equação 2 e reportada em mg/g. qa =

±_^±.]^]±]²³±_^±.´]^²³.µ_³`¶‚ ·¸!!¸ ¹C 0¸º9ã5

(2)

Onde a concentração da solução de azul de metileno está reportada em mg/l, o volume de solução em litros e a massa de carvão em gramas.

337

Quanto ao ensaio de retenção de iodo, o procedimento foi conduzido conforme indicado pela norma ASTM 4697- 04 [VII]. Como dito anteriormente, este teste fornece um indicativo da capacidade de retenção de moléculas menores pelo carvão quando comparado à retenção do azul de metileno. ENSAIO CINÉTICO COM CH3COOH Inicialmente pesou-se aproximadamente 1,50g de carvão em 3 bécheres. Na sequência, prepararam-se soluções de ácido acético de concentrações 0,18; 0,05; e 0,01M. Destas soluções, foram retiradas alíquotas de 20ml as quais foram adicionadas, respectivamente, aos bécheres anteriormente mencionados. O tempo de contato das soluções com o carvão foi de 30 minutos (sob agitação magnética), após esse tempo foi realizada uma filtração. Alíquotas de 20,0 mL de solução de ácido acético foram padronizadas com solução de NaOH 0,10M. O volume de NaOH gasto na primeira titulação foi de 35,50ml e na segunda titulação gastou-se 35,60ml, logo a média foi de 35,55ml. Por diluição teórica, foram obtidos os valores de Vtit,in (onde o sub-índice tit indica o titulante) os quais constam na Tabela 1. Tabela 1 - Volume gasto de NaOH obtido através de diluição teórica. Alíquota de 20 mL de ácido Volume gasto de NaOH (mL) = acético com concentração em Vtit,in mol/L: 0,18 35,5 0,05

10,0

0,01

2,0

Em seguida, realizou-se as titulações com hidróxido de sódio 0,10M das soluções de ácido acético que permaneceram em contato com o carvão (Tabela 2). Tabela 2 - Volumes utilizados nas titulações de soluções de ác.acético de diferentes concentrações. Concentração teórica da Volume de alíquota Volume gasto de solução de ácido acético (M) usado (mL) NaOH (mL) = Vtit,eq 0,18 0,05 0,01

10,0 10,0 10,0

17,6 4,8 0,9

Partindo da linearização da equação 3 da Isoterma de Freundlich: (x / m) = K(T) (Cs,eq)1/n

(3)

pode-se chegar à equação 4, representada a seguir: log (Vtit,in – Vtit,eq) = (1 / n) log Vtit,eq + B

(4)

MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA (MEV) 338

“O Microscópio Eletrônico de Varredura é um aparelho que pode fornecer rapidamente informações sobre a morfologia e identificação de elementos químicos de uma amostra sólida. Sua utilização é comum em biologia, odontologia, farmácia, engenharia, química, metalurgia, física, medicina e geologia” [VIII]. Para investigar a morfologia e a porosidade dos carvões foi realizada uma microscopia eletrônica de varredura. RESULTADOS E DISCUSSÃO ANÁLISE TERMOGRAVIMÉTRICA A curva termogravimétrica do carvão obtido a 300°C (FIGURA 3) mostrou ainda grande perda de massa até 500°C, onde a curva apresentou relativa estabilidade até a injeção de ar no sistema aos 700°C.

Figura 3 - Curva de TG do carvão tratado termicamente a 300°C. Já a curva de TG do carvão tratado a 500°C (FIGURA 4) se manteve praticamente constante, indicando que nessa temperatura a maioria dos voláteis já foi eliminada da estrutura.

Figura 4 - Curva de TG do carvão tratado termicamente a 500°C. CARACTERIZAÇÃO DO CARVÃO O resultado da análise elementar está listado na Tabela 3, a seguir.

339

Tabela 3 – Análise elementar do carvão obtido e do encontrado na literatura. Temperatura (°C) 300 300 (replicata) 500 Dados da literatura

C (%)

H (%)

N (%)

S (%)

O (%)

84,3 82,9 73,8 82,9

10 10,6 2,3 10,3

0,6 0,9 1,4 0,5

1,4 1,4 1,4 5,06

3,7 4,2 21,1 1,24

C/H (molar) 0,7 0,65 2,67 0,67

Fonte: Process chemistry of petroleum macromolecules (2008) [IX]. Os valores encontrados, principalmente do carvão obtido a 300°C, estão em concordância com os valores reportados na literatura. O baixo teor de enxofre encontrado pode ser justificado pela utilização de betume tratado o que acarreta em baixo teor de enxofre (poluente). Comparando-se os carvões obtidos a 300 e a 500°C, observa-se que o teor de nitrogênio do carvão obtido a 500°C é duas vezes superior ao teor médio de nitrogênio presente no carvão resultante do tratamento térmico a 300°C. Esta é uma constatação que o nitrogênio presente não está associado às cadeias alifáticas que se desprenderam da estrutura do carvão ao tratá-lo em uma temperatura de 500°C, estando presente predominantemente nas estruturas fixas. A razão molar C/H média de 0,67 do carvão obtido a 300°C indica que a estrutura avaliada é rica em cadeias alifáticas, ou seja, apresenta poucas cadeias aromáticas e condensadas. Mesmo após tratamento a 300°C a amostra não perde uma quantidade apreciável de voláteis de forma a se obter um elevado nível de condensação. O tratamento térmico a 500°C eleva a razão molar C/H a 2,67 mostrando que nessa temperatura as cadeias voláteis já foram eliminadas e o carvão resultando é altamente condensado. Esta inferência é complementada pelos espectros de absorção na região de infravermelho (I.V.) (FIGURAS 5 e 6).

Figura 5 - Espectro na região do I.V. para o carvão obtido do tratamento térmico a 300°C.

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Figura 6 - Espectro do carvão obtido do tratamento térmico realizado a 500°C. Para o carvão tratado a 300ºC observa-se bandas típicas de CH2 e CH3 (região de 28002930 e de 1460-1300cm-1); bandas de ligação C-O podem ser vistas em 1697 e 1263 cm-1; banda referente a C=C de aromáticos está em 1603 cm-1 indicando que o material é composto de aromáticos com cadeias alifáticas presentes. Já o espectro referente ao carvão reparado a 500°C é possível observar uma estrutura rica em aromático(1603 cm-1) e não há bandas indicando a presença de alifáticos. Ligação C-O-C pode ser vista em 1070 cm-1 sugerindo que o oxigênio está ligado à estrutura condensada. Com relação ao poder calorífico superior, o valor médio obtido do carvão resultante de tratamento térmico a 300°C foi de 18148 Btu/lb enquanto o carvão obtido a 500°C apresentou um HHV de 10565 Btu/lb. O valor de HHV do carvão obtido a 500°C está de acordo com poder calorífico superior relatado na literatura para carvão proveniente de betume cujo valor é 11723 Btu/lb [X]. Com base nos resultados apresentados constatou-se que o carvão obtido a 300°C é combustível promissor. Um fator importante e que contribui para diminuir o valor de HHV é o teor de cinzas e o teor de umidade. A curva termogravimétrica do carvão obtido a 300°C mostrou um material rico em voláteis com baixo teor de cinzas e umidade, fatores importantíssimos e favoráveis ao uso como combustível. Já a curva de TG do carvão tratado a 500°C se manteve praticamente constante, indicando que nessa temperatura a maioria dos voláteis já foi eliminada da estrutura, permanecendo aromáticos condensados conforme previsto pela análise elementar. Os teores de cinzas e de umidade também são baixíssimos. ENSAIOS DE SORÇÃO Sorção de metais: inicialmente esperava-se baixa porosidade o carvão obtido a 300°C, sendo assim, este teste foi conduzido apenas para o carvão obtido a 500°C. Dos íons metálicos testados neste ensaio o Pb2+ apresentou o melhor resultado, com adsorção de até 83%, enquanto os outros íons basicamente não foram adsorvidos. Tal resultado pode ser explicado devido ao maior tamanho do chumbo com relação ao cobre e zinco, sendo uma espécie macia, facilmente polarizável logo facilmente adsorvida por interações eletrostáticas. Sorção de azul de metileno (AM): Tal qual no ensaio de sorção de metais, este teste foi 341

conduzido apenas para o carvão obtido a 500°C. Os valores de qa calculados e as respectivas concentrações nas quais foram testados encontram-se na Tabela 4 a seguir. Tabela 4: Correlação entre a molaridade da solução utilizada, qa calculado e o teor de azul de metileno (AM) adsorvido. Molaridade da solução de qa (mg AM /g carvão) Teor de AM adsorvido (%) AM utilizada (ppm) 1,2 0,5 85,0 12 3,3 55,5 120 8,3 13,8 O resultado apresentado mostra que maiores quantidades absolutas de AM são adsorvidas em soluções concentradas, entretanto sua maior eficiência relativa é obtida nos ensaios com soluções mais diluídas. Isto significa que a retenção do AM é feita em poucas camadas, pois caso contrário o aumento da eficiência de retenção seria em função do número de moléculas que colidem com o carvão, ou seja, um aumento na concentração acarretaria num aumento de retenção. O verificado foi o contrário. Sorção de iodo: Apenas o carvão obtido a 500°C foi investigado. Os dados gerados são listados na tab. 5 Tabela 5: Correlação entre número de iodo e respectivo teor de retenção. Número de iodo (mg iodo / g carvão) Teor de iodo adsorvido (%) 351 57,4 362 (replicata) 59,2 A retenção de iodo foi acima de 50% e sugere que o material sorvente tem preferência pelo iodo, ou seja, moléculas pequenas quando comparado à eficiência de retenção do azul de metileno, onde a maior eficiência foi para solução bastante diluída. ENSAIO CINÉTICO COM CH3COOH Por escassez de material, este ensaio foi conduzido apenas para o carvão obtido a 300°C. Com os dados obtidos do ensaio foi construída uma isoterma de Freundlich (FIGURA 7).

Figura 7 - Isoterma de Freundlich.

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Então é constatado que o valor de 1/n é igual a 0,9353. Isto implica num valor de n=1,069, o que indica uma adsorção favorável. MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA (MEV) A morfologia dos carvões obtidos pode ser observada na micrografia realizada (FIGURA 8), sendo o carvão tratado a 300°C mostrado à esquerda e o tratado a 500°C disponível à direita.

Figura 8 - Morfologia dos carvões tratados termicamente visualizados através de MEV. Já a porosidade das superfícies é mostrada em outra micrografia (FIGURA 9). Sendo o carvão tratado a 300°C mostrado à esquerda e o tratado a 500°C disponível à direita.

Figura 9 - Porosidade dos carvões tratados termicamente visualizados através de MEV. O carvão obtido a 300ºC apresenta aglomerados com superfícies não porosas onde se vê nitidamente um material fundido, o qual não é visto na micrografia obtida para o carvão gerado a 500ºC. Este ”material fundido” representa os voláteis que serão eliminados com o aumento da temperatura para 500ºC. O carvão tratado a 500ºC possui poucos poros rasos e fechados. Ainda para este carvão pode se observar que os aglomerados foram sinterizados e as partículas são grandes e não apresentam distribuição estreita de tamanho.

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CONCLUSÕES Os dados obtidos sugerem que os carvões preparados poderão ter aplicação como combustível. Tais materiais parecem ser qualificados para um estudo e investigação aprofundada como fonte de energia. Vale lembrar que teor de oxigênio em ambos os carvões é bastante alto o que traz uma desvantagem porque o oxigênio tende a formar água diminuindo sensivelmente o poder calorífico do material. Embora o carvão tratado a 500°C apresente pequena quantidade de poros, este foi capaz de sorver quantidade de chumbo superior a 80%. Acredita-se que após ativação com CO2 a capacidade sorvente desde carvão possa ser potencializada. É sabido que o uso de CO2 pode levar a reação de Boudouard (CO2 + C → 2 CO ) acarretando na ativação do carvão em questão, pois sob determinadas condições esta contribui para perda controlada de material carbonáceo acarretando na formação de poros. REFERÊNCIAS [I] CZARNECKA, E; GILLOTT, J.E. Formation and characterization of clay complexes with bitumen from Athabasca oil sands. Clays and Clay Minerals, Calgary, v.28, n.3, p.197-203, 1980. [II] ARAIA, E. Areia betuminosa – a chaga negra do Canadá. Revista Planeta, mai. 2010. Disponível em < http://revistaplaneta.terra.com.br/secao/meio-ambiente/areiabetuminosa-a-chaga-negra-do-canada>. o em: 08 Ago. 2013. [III] HOMER-DIXON, T. The tar sands disaster. Waterloo: The New York Times, 31 mar. 2013. Disponível em: . o em: 04 Ago. 2013. [IV] SMALL, C.C.; HASHISHO, Z.; ULRICH, A.C. Preparation and characterization of activated carbon from oil sands coke. Fuel, Alberta, v.95, p.69-76, 2012. [V] WU, J; DABROS, T. Process for Solvent Extraction of Bitumen from Oil Sand. Energy&Fuels, Canadá, v.26, p.1002-1008, 2011. [VI] Menikpura, S.N.M.; Basnayake, B.F.A. New applications of ‘Hess Law’ and comparisons with models for determining calorific values of municipal solid wastes in the Sri Lankan context. Renewable Energy, Sri Lanka, v.34, p.1587-1594, 2008. [VII] ASTM. Standard Test method for determination of iodine number of activated carbon. PA (USA): ASTM International D 4607-94; 2006. [VIII] DEDAVID, B.A.; GOMES, C.I; MACHADO, G. Microscopia eletrônica de varredura – aplicações e preparações de amostra. Porto Alegre: EDIPUCRS, 2007. [IX] Wiehe, I.A. Process chemistry of petroleum macromolecules. 1 .ed. CRC Press, 2008, p.326. [X] LIMA, A. Geração térmica – poder calorífico. Base de dados. Disponível em: . o em: 15 Ago. 2013.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

A IMPORTÂNCIA DO SISTEMA DE GERENCIAMENTO DE RESÍDUOS DE SAÚDE NA PREVENÇÃO DE DESASTRES. AVALIAÇÃO DO PANORAMA EM TRÊS INSTITUIÇÕES DE SAÚDE NO ESTADO DO RIO DE JANEIRO LUIZ CARLOS SILVEIRA DE AGUIAR¹; MÔNICA DE AQUINO GALEANO MASSERA DA HORA² ¹ Engenheiro Elétrico, Mestrando em Defesa e Segurança Civil, Universidade Federal Fluminense, (21) 9975-1024, [email protected] ² Professora Adjunta, Universidade Federal Fluminense, (21) 2629-5354, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: O objetivo do presente estudo foi o de realizar um levantamento comparativo entre três instituições de saúde (privada, municipal e estadual) no Estado do Rio de Janeiro, tomando como referência a avaliação dos produtos e agentes perigosos nos processos de coleta e descarte dos resíduos sólidos. Observou-se que todos os estabelecimentos analisados empregam a prática de segregação de resíduos com intuito de diminuir a geração de resíduos sólidos de serviços de saúde, e assim, minimizar os custos com tratamento e disposição final. Apesar de existir capacitação dos funcionários diretamente envolvidos no manejo dos resíduos, o processo de treinamento não atinge determinados profissionais de saúde, como por exemplo, médicos e enfermeiros, o que acaba comprometendo a eficácia da gestão e o aumento da vulnerabilidade do desastre humano pela falta de conscientização desses profissionais. O estudo conclui pela ausência de planejamento do sistema de saúde brasileiro frente a uma situação de risco de desastre e propõe a participação da Defesa Civil na elaboração de um plano de mobilização hospitalar (garantia do atendimento às vítimas) e de um plano de segurança hospitalar (minimização dos efeitos de um possível sinistro ocorrido nas próprias dependências do hospital). PALAVRAS–CHAVE: Sistema de gestão, resíduos sólidos de serviços de saúde, instituição de saúde.

THE IMPORTANCE OF A WASTE HEALTH MANAGEMENT SYSTEM IN DISASTER PREVENTION. EVALUATION OF THE SITUATION IN THREE HOSPITALS IN RIO DE JANEIRO STATE ABSTRACT: The aim of this study was to conduct a comparative survey in three health institutions (private, municipal and state) in Rio de Janeiro State, with reference to the evaluation of products and hazardous agents in the processes of collection and disposal of waste. It was observed that all establishments practice the waste segregation in order to reduce the generation of waste from health services, and thus minimize costs with treatment and final disposal. There is training of employees directly involved in waste management, although this training does not reach certain health professionals, such as physicians and nurses, which can compromise the effectiveness of the management and the increase vulnerability of the human disaster for lack of awareness of these professionals. The study concludes by the lack of planning of the Brazilian health system facing a situation of disaster risk and proposes the participation of the Civil Defense in developing a mobilization plan (guarantee of assistance to victims) and a security plan (minimizing the effects of a possible accident inside the hospital). KEYWORDS: Management system, health service waste, hospital.

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INTRODUÇÃO A qualquer momento pode acontecer um evento adverso e provocar danos e prejuízos incalculáveis, tanto às pessoas, como ao patrimônio e ao meio ambiente. Os desastres podem ocorrer em qualquer local, o problema é que quando ocorrem, os feridos são direcionados para os hospitais. Entretanto, os próprios hospitais podem sofrer a ação de um desastre. Para CASTRO e CALHEIROS (2007), uma instalação hospitalar pode sofrer desastres naturais, como terremotos, vendavais ou inundações, ou desastres humanos como exposição a substâncias perigosas, contaminação, ou explosões, ambas relacionadas com a área de risco onde o hospital foi locado ou com sinistros originados dentro da própria unidade hospitalar. Atualmente, os resíduos sólidos de serviços de saúde (RSSS) têm sido o foco das atenções das autoridades públicas relacionadas ao meio ambiente e à vigilância sanitária. Dentre os estabelecimentos que prestam serviços à saúde, destacam-se os hospitais públicos e privados, pois produzem resíduos diariamente, em escala considerável de infectantes, rejeitos de medicamentos e recicláveis. O Ministério do Meio Ambiente em conjunto com a Agência Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA) publicaram resoluções e normas, estabelecendo padrões e diretrizes para o correto gerenciamento no manejo e disposição final desses resíduos, entendendo a necessidade de proteção à saúde pública e ao meio ambiente através de uma conduta responsável. Com a aprovação da Lei 12.305, de 2 de agosto de 2010, que instituiu a Política Nacional de Resíduos Sólidos (PNRS), todas as empresas do setor produtivo e geradores de resíduos, são obrigadas a estruturar e gerir um Plano de Gerenciamento de Resíduos de Serviços de Saúde (PGRSS). Com base nas diretrizes trazidas pela PNRS, o estudo teve como objetivo principal analisar e comparar a gestão de RSSS em três instituições hospitalares de istração federal, municipal e privada, localizadas no Estado do Rio de Janeiro. A escolha das instituições foi feita em função da sua importância no atendimento regional e local. Em atendimento à solicitação de sigilo das direções das instituições, as mesmas foram identificadas, no âmbito deste estudo, pelas letras “A” (municipal), “B” (privada) e “C” (federal). A pesquisa foi desenvolvida mediante o compromisso de fornecer sugestões e apontar as prováveis fragilidades, para que os gestores de RSSS possam cada vez mais aperfeiçoar seus sistemas de gestão e capacitar todos os profissionais de saúde que estejam envolvidos direta ou indiretamente no processo de gestão. MATERIAIS E MÉTODOS O estudo pode ser caracterizado como uma pesquisa descritiva e qualitativa, baseada na legislação vigente com a realização de aplicação de lista de verificação, entrevistas e registros fotográficos. A pesquisa buscou, a partir da observação das atividades desenvolvidas pelos gestores, descrever o estado da arte da gestão de RSSS, nas três instituições. Para tanto, foram focados os seguintes temas: geração de resíduos infectantes e perfuro-cortantes; capacitação e treinamento; prevenção e promoção da saúde e a implementação do PGRSS. Além disso, foram realizadas entrevistas para aplicação de uma lista de verificação e registros fotográficos. A lista de verificação buscou abordar a peculiaridade das atividades desenvolvidas e da natureza do vínculo empregatício dos diversos atores no exercício de suas atividades. As entrevistas, bem como a aplicação da lista de verificação, foram realizads junto com os

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gestores de RSSS de cada instituição, designados pelas respectivas istrações centrais. Os registros fotográficos foram realizados sempre que a instituição envolvida os permitisse. A instituição hospitalar “A” tem o perfil de um estabelecimento de saúde pública de médio porte, com setores ambulatoriais e maternidade, com atendimento de pequenos procedimentos. A instituição possui 2000 funcionários (incluindo médicos, acadêmicos de medicina, enfermeiros e istrativos) e disponibiliza cerca de 150 leitos em suas atividades hospitalares. Estima-se que nos serviços ambulatoriais são atendidos em torno de 200 pacientes diariamente. A instituição hospitalar “B” possui 1900 profissionais de saúde (incluindo os trabalhadores da istração e de limpeza, médicos, enfermeiros e prestadores de serviços de saúde que atuam como autônomos) e disponibiliza cerca de 200 leitos. A instituição pode ser classificada como de médio porte, embora fazendo parte de uma rede hospitalar. Com relação ao seu atendimento ambulatorial, estima-se que sejam atendidos diariamente em torno de 300 pacientes. A instituição hospitalar “C” caracteriza-se por um estabelecimento de saúde pública de grande porte com finalidade voltada para a pesquisa e o ensino. Possui 1574 funcionários distribuídos entre médicos, enfermeiros e istrativos e disponibiliza 285 leitos. Estima-se que o atendimento ambulatorial e agendamento de consulta ficam em torno de 1000 pacientes diários. Vale destacar que ela não possui licenciamento ambiental. Todas as instituições pesquisadas possuem centros cirúrgicos. A instituição “A” possui os setores de maternidade, serviços ambulatoriais e clínicos. A “B” possui setores ambulatoriais, procedimentos eletivos, análises clínicas e outros. A instituição “C” é bem abrangente e é a única que possui setores de isolamento específicos para doenças infecciosas. ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS Com relação à gestão integrada, as três instituições possuem um plano de gestão integrado, porém, verificou-se que sua implementação contém falhas em algumas das etapas na gestão de RSSS. A gestão integrada da instituição “A” é terceirizada e fica prejudicada pelo fato da contratada não gerenciar a totalidade dos resíduos gerados pelo estabelecimento. Ela gerencia somente os biológicos, os comuns e os recicláveis. A contratada não faz a gestão de hotelaria, mas no quesito de enfermaria, foi observado que são utilizados, em seu manuseio e descarte, recipientes previstos em lei. A instituição “B” faz a gestão de todos os resíduos gerados (exceto os radioativos), há um comprometimento da direção central o que possibilita o desenvolvimento de todas as etapas do PGRSS. Somente para os serviços de hotelaria a gestão é terceirizada, entretanto, a instituição supervisiona a qualidade da rouparia esterilizada. Quanto ao quesito de enfermaria, é utilizada uma metodologia nos procedimentos realizados pelos profissionais de saúde com todo rigor de segurança, ou seja, tanto para os mesmos, quanto para os visitantes. Os fármacos e os perfuro-cortantes são levados até o leito dos pacientes através de carrinhos apropriados e protegidos contra qualquer acidente e, após realização dos procedimentos, os mesmos retornam aos abrigos temporários de resíduos (ATRs). Na instituição “C”, o gerenciamento é realizado por um Comitê que não monitora as etapas do plano de gestão integrada. Durante a pesquisa, verificou-se que havia uma dificuldade na implementação do PGRSS no quesito de hotelaria, pois esse setor encontrava-se em obras, entretanto, havia a preocupação na esterilização da rouparia. Quanto ao manuseio de fármacos e perfuro-cortantes, os profissionais de saúde seguem uma rotina não documentada, sem nenhuma orientação, potencializando, desta forma, um risco ocupacional.

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Com relação aos resíduos gerados, observou-se que as instituições “A” e “B” não têm atividades com resíduos radioativos de grande importância, embora realizem pequenos procedimentos com RX, mas sem a utilização de contraste. O grande volume gerado por estas instituições são os resíduos biológicos, os comuns e os perfuro-cortantes, cuja quantidade não foi informada. No que se referem aos fármacos manipulados dentro desses estabelecimentos, eles são monitorados semanalmente para averiguar sua validade para um posterior descarte. Quanto à geração de resíduos da instituição “C”, não foram fornecidas informações sobre volume, nem destinação. Entretanto, as instituições “A”, “B” e “C”, realizam a identificação dos resíduos gerados nos setores, como por exemplo: procedimentos como análise clínicas, patológicas e citopalógicas, diálise e etc., porém não informaram os volumes gerados. Em relação à segregação de RSSS, as instituições “A” e “B” são possuidoras de quantidades de recipientes, que atendem as suas necessidades, tanto com relação às trocas, quanto com relação à higienização. Entretanto, a instituição “C” declarou possuir contêineres suficientes para atender a demanda, mas foi verificado que isso não corresponde à realidade. Para os resíduos perfuro-cortantes, as instituições “A”, “B” e “C” utilizam o recipiente tipo “DESCARPACK”. Os resíduos biológicos são acondicionados conforme recomenda a norma NBR 9191. Além disso, observou-se que todas as instituições utilizam a técnica de autoclavagem para esterilização dos resíduos procedentes de análises clínicas. No que tange ao armazenamento externo, as três instituições possuem seus respectivos abrigos, mas como a instituição “C”, não faz a separação por tipo de resíduo, os colaboradores correm risco de infecção nessa transferência dos resíduos para o veículo que irá transportálos. Nas instituições “B” e “C”, esses locais não são adequados, pois as transferências dos resíduos são realizadas na presença de transeuntes com riscos de contaminação. Na instituição “A”, a transferência é feita nas dependências do hospital, em área isolada, sem risco para os transeuntes. Nos sistemas de gestão das instituições pesquisadas, há um planejamento do processo de higienização. Porém, apenas a instituição “B”, tem em seu planejamento em nível mensal, com previsão, em casos excepcionais, de higienização quinzenal ou semanal. Utiliza para controle do processo um check–list que é revisado pela supervisão. A empresa responsável pela higienização emite mensalmente um certificado de garantia pela desinfecção e limpeza dos ambientes que foram higienizados. A instituição “A” tem em seu processo de limpeza e higienização uma rotina básica, não adequada, a qual pode ser insuficiente para o combate efetivo dos agentes infectantes. Com relação à instituição “C”, o processo não é controlado, sem informações adequadas para a equipe de higienização sobre a periculosidade e patogenicidade do local que está sendo higienizado. No que diz respeito ao quesito coleta, a instituição “B” acondiciona seus resíduos químicos em recipientes apropriados (bombonas lacradas hemerticamente e identificadas). A instituição “A” contrata uma empresa para gestão dos resíduos biológicos, comuns e reciclados e outra para coletas de resíduos químicos. Na instituição “C”, em nenhum momento foi observado o acondicionamento dos seus resíduos químicos e muitos menos a identificação dos locais de armazenamento externo. A coleta dos resíduos recicláveis é considerada como de pouca relevância para os gestores das instituições “B e C”. Porém, a instituição “A” faz a reciclagem dos materiais e os recursos gerados são reados para a direção do hospital. No que tange aos resíduos biológicos e comuns, foi observado que nas instituições “A e B”, eles são segregados e identificados na etapa da geração e alocados em seus contêineres identificados, enquanto que na instituição “C”, eles são alocados em um único recipiente e transportados para o abrigo externo. As instituições, bem como as empresas que realizam a gestão de RSSS realizam suas coletas conforme determina as normas, e dependendo do volume gerado, é necessária mais de uma coleta diária, como é caso da instituição “B” que realiza quatro coletas ao dia. 348

Foi observado que para a identificação dos resíduos armazenados, a instituição “A” utiliza símbolos. Já a instituição “B”, além de símbolos, faz a descrição dos mesmos. Na instituição “C”, os abrigos e contêineres não são identificados. A importância da identificação dos contêineres é fundamental no momento da coleta externa para minimização do risco de contaminação. Durante o processo de transbordo nas instituições pesquisadas, foram observadas algumas irregularidades pela empresa responsável pela coleta externa e descarte final dos resíduos. Os veículos que realizam este tipo de serviço para as instituições “B e C” precisam fazer adaptações, conforme orienta a legislação. Para evitar acidentes e também preservar a saúde de seus funcionários, são necessários veículos que possuam o sistema de basculamento. Foi observado também que as empresas realizam a coleta em via pública e movimentada, podendo acarretar riscos aos transeuntes. Tais fatos não ocorrem com a instituição “A”, pois a mesma está localizada numa área apropriada e também oferece condições seguras na execução do processo de transbordo de seus resíduos. As instituições pesquisadas têm previsto, em seu processo de gestão de RSSS, a atividade de capacitação dos profissionais envolvidos. A instituição “A” realiza o treinamento de seus profissionais em local externo ao hospital com periodicidade anual, enquanto que a instituição “B” realiza seu treinamento in locu com periodicidade trimestral. A instituição “C”, apesar de possuir seu PGRSS totalmente adequado à nova PNRS, ainda não implementou a atividade de capacitação. Um fator importante nas grandes empresas, onde existe um compromisso na proteção do patrimônio e com a segurança de seus funcionários, é a existência dos mapas de riscos. A legislação obriga que os mapas sejam colocados em locais estratégicos onde todos possam ter o. Entre as instituições pesquisadas, somente a instituição “B” teve a preocupação em colocar os mapas de riscos nas suas instalações e em locais em que toda comunidade envolvida pudesse ter orientações em como agir em situações de risco. Em um cenário de grandes proporções, como, por exemplo, contaminação bacteriológica, química e/ou radioativa, é fundamental a existência de um plano de emergência para que o gestor tenha pleno controle das ações a serem tomadas. Apesar das instituições terem declarado que possuem um plano de emergência, não foi observada, em nenhum momento, a existência de um treinamento na utilização do plano de emergência com substâncias perigosas. Com relação ao tratamento dos efluentes gasosos gerados, apenas a instituição “B”, informa que controla a emissão de gases na atmosfera, pois a mesma possui um contrato com uma empresa terceirizada para monitoramento dos efluentes gasosos. As demais instituições (“A” e “C”) declararam desconhecer qual empresa executa este tipo de serviço em suas dependências. Foi observado também que as instituições são fontes de emissões na atmosfera, oriundas das caldeiras e fornos no processo de assepsia, geradores de emergência e gases refrigerantes associados a fuga nos sistemas, equipamentos de climatização e sistemas de proteção contra incêndio. No que diz respeito ao quesito destinação final, todas as três instituições pesquisadas terceirizam o serviço, contratando empresas licenciadas pelos órgãos ambientais, e identificadas por tipo de resíduos para realizar a coleta e descarte final. Segundo os gestores responsáveis das três instituições, a disposição final é em aterros sanitários, devidamente licenciados pelos órgãos ambientais. A instituição “A” não informou qual aterro controlado que estão utilizando, enquanto que a instituição “B” utiliza o aterro de Nova Friburgo, e a instituição “C”, o aterro de Itaboraí.

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CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES Como mencionado anteriormente, a pesquisa foi desenvolvida mediante o compromisso de fornecer sugestões e apontar as prováveis fragilidades, para que os gestores de RSSS possam cada vez mais aperfeiçoar seus sistemas de gestão e capacitar todos os profissionais de saúde que estejam envolvidos direta ou indiretamente no processo de gestão. A pesquisa buscou, a partir da observação das atividades desenvolvidas pelos gestores, descrever o estado da arte da gestão de RSSS, nas instituições “A”, “B” e “C”. Um item considerado como de relevância é a capacitação dos funcionários diretamente envolvidos no manejo dos resíduos. Nas instituições pesquisadas, a periodicidade desta capacitação está atrelada a rotatividade de funcionários, sendo que, apenas uma realiza o treinamento com maior frequência. Vale ressaltar que o processo de treinamento não atinge determinados profissionais de saúde, como por exemplo, médicos e enfermeiros, o que acaba comprometendo a eficácia da gestão de RSSS, pela falta de conscientização desses profissionais. Nas instituições pesquisadas, apenas a instituição “B” tem a sua própria equipe de gestão de RSSS, o que viabiliza muito a fiscalização pela direção do hospital, mesmo assim, foram observadas algumas deficiências na operacionalidade do sistema de gestão. A terceirização da gestão dos RSSS pelas instituições “A” e “C” é a causa da falta de articulação e comprometimento no manejo dos resíduos destas instituições. A gestão da empresa terceirizada da instituição “A” é limitada aos resíduos biológicos e comuns, apesar dela estar habilitada para o manejo de RSSS. A instituição “C” possui um comitê gestor composto por funcionários istrativos, sem a qualificação e conhecimentos específicos necessários para exercer este tipo de tarefa e, consequentemente, garantia de um PGRSS eficaz. Os ambientes de trabalho dos estabelecimentos de saúde, tais como a lavanderia, as áreas de compra, de limpeza e conservação, são processos órios indispensáveis ao bom funcionamento dos serviços de saúde. Os trabalhadores desses setores devem ser orientados e monitorados quanto à necessidade de procedimentos seguros na manipulação de RSSS, pois isto representa a chave do êxito do gerenciamento dos resíduos. Entretanto, é nesta etapa que há a maior lacuna, pois muitos profissionais de saúde não respeitam as normas da biossegurança, pondo em risco a vida deles e a do paciente. Acredita-se que a falta de um gerenciamento adequado nas unidades de serviço de saúde e a ausência de fiscalização no manejo dos resíduos são inconformidades que precisam ser sanadas para evitar impactos negativos decorrentes do manejo inadequado. Outra inconformidade identificada, que necessita de estudos mais aprofundados, refere-se às alternativas viáveis para a minimização dos RSSS de modo a reduzir os custos com destinação final e os impactos ambientais sobre os meios físico, biótico e socioeconômico. Diante dos resultados da pesquisa, recomenda-se a melhoria continuada do processo de gestão de resíduos, de modo a oferecer para a população a garantia de um ambiente isento de microorganismos patogênicos e em conformidade com a legislação vigente. Para uma gestão de qualidade, seja qual for o tipo de atividade, se faz necessário estabelecer indicadores e garantir a sua manutenção num processo contínuo e eficaz. O estudo mostra a fragilidade do sistema de saúde frente a uma rotina sem grandes proporções, e quando acontece algum evento que necessita de uma eficiência maior e de uma resposta imediata, as soluções ficam indefinidas por falta de um planejamento. Como os desastres ocorrem de forma inesperada, surpreendendo, sobrecarregando e alterando profundamente as atividades da rotina diária dos hospitais, especialmente das unidades de emergência, as instituições devem necessariamente possuir um plano de mobilização hospitalar (garantia do atendimento às vítimas) e um plano de segurança hospitalar

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(minimização dos efeitos de um possível sinistro ocorrido nas próprias dependências do hospital). A planificação das atividades de atendimento emergencial às vítimas de desastre tem por objetivo preparar a instituição para reagir com oportunidade, flexibilidade e eficiência às situações inusitadas, intempestivas e altamente complexas, de intenso incremento das necessidades de cuidados de emergência. A falta de planejamento é causa de perigosas improvisações, que prejudicam a eficiência das equipes técnicas empenhadas, provocando, na maioria das vezes, o que se costuma chamar desastre adicional ao desastre inicial (desastre marginal). A adesão da área da saúde ao cumprimento das normas e legislações já não é mais questão de opção e sim uma necessidade. Com a evolução natural do mercado de serviços de saúde, o atendimento às exigências dos credenciamentos e contratosgovernamentais e privados tornase uma realidade cada vez mais próxima. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CASTRO, A. L. C.; CALHEIROS, L. B. Manual de Medicina de Desastres. Ministério da Integração Nacional, Secretaria Nacional de Defesa Civil. Brasília, DF. 2ª Edição. 2007. Disponível em: . ado em: Janeiro de 2013.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

A INFLUÊNCIA DO AEROPORTO INTERNACIONAL ANTÔNIO CARLOS JOBIM NA QUALIDADE DO AR NA REGIÃO METROPOLITANA DO RIO DE JANEIRORMRJ JORGE LUIZ FERNANDES DE OLIVEIRA 1 , MARINA AIRES 2 1 Professor do Programa de Pós Graduação em Geografia da Universidade Federal Fluminense – UFF, E-mail: [email protected];l 2 Aluna do Programa de Pós Graduação em Análise Ambiental e Gestão de Território na Escola Nacional de Ciências Estatísticas – ENCE, E-mail: [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: O presente artigo analisa a contribuição do aeroporto Internacional Antônio Carlos Jobim (GIG) na qualidade do ar da Região Metropolitana do Rio de Janeiro (RMRJ). O GIG está localizado na Bacia Aérea III (BA3) uma das áreas mais poluídas da RMRJ. A aviação civil, a nível mundial está em constante expansão e consome de 2 a 3% dos combustíveis fósseis. Dessa forma, as aeronaves e os aeroportos são fontes emissoras de poluentes, que comprometem a saúde da população, pois emitem gases precursores de oxidantes fotoquímicos e outros poluentes. As trajetórias dos poluentes emitidos no , no inverno, são calculadas usando os modelos Brazilian Regional Atmospheric Modeling System (BRAMS) e Trajetórias Cinemáticas Tridimensionais (TC3D). Os resultados mostram que o sistema de mesoescala local estende a área de influência do GIG além da BA3. PALAVRAS CHAVE: Modelagem numérica, Bacia Aérea, aeroporto Internacional

THE INFLUENCE OF AIRPORT INTERNATIONAL ANTONIO CARLOS JOBIM IN AIR QUALITY IN THE METROPOLITAN AREA OF RIO DE JANEIRO-RMRJ ABSTRACT: This paper analyzes the contribution of Antonio Carlos Jobim International Airport (GIG) on air quality in the metropolitan region of Rio de Janeiro (RMRJ). The GIG is located in the Basin Air III (BA3) one of the most polluted areas of RMRJ. The civil aviation worldwide is constantly expanding and consumes 2-3% of fossil fuels. Thus, aircraft and airports are emitters of pollutants that endanger the health of the population, as emit precursors of photochemical oxidants and other pollutants. The trajectories of pollutants in the winter, are calculated using models Brazilian Regional Atmospheric Modeling System (BRAMS) and three-dimensional kinematic trajectories (TC3D). The results show that the system mesoscale site area extends beyond the influence of the GIG BA3. KEYWORDS: Numerical modeling, Basin Air International airport

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INTRODUÇÃO No inverno, estação na qual ocorre o fenômeno da inversão térmica, verifica-se um número expressivo de internações causadas por problemas respiratórios. Esse é um dos problemas de difícil solução nos grandes centros urbanos, onde veículos leves (motocicletas e automóveis) e pesados (ônibus e caminhões) são os principais emissores de poluentes. Além do setor transporte rodoviário, o transporte aéreo tem uma contribuição importante na qualidade do ar. A frota mundial cresceu consideravelmente durante as últimas décadas, sem que os aeroportos e as aeronaves fossem considerados como fontes poluidoras pelas legislações. Hoje, milhares de aviões transportam milhões de ageiros por todo o mundo, emitindo consideráveis quantidades de poluentes precursores de oxidantes fotoquímicos. Esses poluentes afetam a qualidade de vida de idosos e crianças com problemas respiratórios. O aeroporto internacional Antônio Carlos Jobim está localizado na RMRJ composta por 17 municípios - Duque de Caxias, Itaguaí, Mangaratiba, Nilópolis, Nova Iguaçu, São Gonçalo, Itaboraí, Magé, Maricá, Niterói, Paracambi, Petrópolis, São João de Meriti, Japeri, Queimados, Belford Roxo, Guapimirim, que constituem o chamado Grande Rio, com uma área de 5.384 km2 , PCRJ (2010). A RMRJ, dividida em 4 bacias aéreas na década de 1980, pela antiga Fundação Estadual de Engenharia do Meio Ambiente (FEEMA), hoje INEA, foi retificada por Oliveira (2004) e Farias (2012). “Uma bacia aérea, embora o nome sugira um volume da atmosfera, é uma área cujo relevo, delimitado por uma cota altimétrica mínima, dificulta a dispersão de poluentes gerados pelas atividades sócio-econômicas” (Oliveira, 2004). Também deve ser considerada a base da atmosfera que, ao ser delimitada pelo relevo, coloca as diferentes áreas do espaço geográfico da bacia sob a mesma condição quanto a qualidade do ar. Por isso, Oliveira (2004) considera as bacias aéreas como unidades de gerenciamento da qualidade do ar (Farias, 2012) Dentre os poluentes gasosos monitorados nas 4 bacias, o ozônio (O3), e o dióxido de nitrogênio (NO2) são os únicos poluentes que ainda ultraam os padrões estabelecidos na Resolução Conama nº267/2000 (INEA, 2009). Segundo Dallarosa (2005), poluentes secundários, como o ozônio, são formados na troposfera através de reações fotoquímicas entre poluentes primários, que são emitidos diretamente na atmosfera, principalmente, os óxidos de nitrogênio, NOx e compostos orgânicos, expressos sob forma de hidrocarbonetos totais. Elevados níveis de concentração de ozônio (120-230 ppb), freqüentemente, são obtidos em áreas urbanas, onde a química de formação é bastante conhecida, porém não raro, se tem obtido concentrações de até 40 ppb de O3, em regiões tidas como rurais ou sem a influência de fontes emissoras. Além disso, verifica-se um perfil com altas concentrações relacionadas com os períodos de verão. Portanto, associa-se a produção e dispersão do ozônio na atmosfera estritamente com as condições meteorológicas, tais como a estabilidade do ar, determinada pela variação vertical da temperatura, intensidade da radiação solar, os efeitos combinados da advecção, difusão turbulenta, direção e intensidade do vento. O conceito de bacia aérea (BA) vem sendo amplamente utilizado pelo INEA responsável pela gestão da qualidade do ar da RMRJ. Desta forma, levando-se em consideração as influências do relevo e as atividades potencialmente poluidoras, a RMRJ está dividida em quatro bacias aéreas, apresentadas na Figura 1, sendo a cota de 100 metros o limite mínimo para delimitação de uma BA.

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Figura 1 – Localização das Bacias Aéreas na RMRJ Fonte: Farias, 2012 A BA3, onde está localizado o aeroporto Internacional Antônio Carlos Jobim, compreende a zona norte do município do Rio de Janeiro e grande parte dos municípios da baixada Fluminense, ocupando cerca de 910 km² (Oliveira, 2004). Nessa BA, além do aeroporto internacional e do Santos Dumont, existem 2 refinarias de petróleo. O presente artigo tem como objetivo analisar a influência do aeroporto aeroporto internacional na RMRJ e oferecer subsídios para o desenvolvimento de estratégias de controle de poluentes emitidos nos aeroportos. DADOS E METODOLOGIA Para realizar a presente pesquisa foram utilizados os dados de reanálises (Kalnay et al., 1996) baixadas do National Center of Environmental Prediction (NCEP) e do National Center for Atmospheric Research (NCAR), do mês de junho de 2007. A referida data foi escolhida de Guimarães (2009). O modelo Brazilian Regional Atmospheric Modeling System (BRAMS) MS) foi alimentado com as reanálises para simular o comportamento da atmosfera com o tempo máximo de integração de 48 horas, com 3 grades aninhadas e centradas na BA3, tendo a grade fina resolução de 2,5 x 2,5 km. O campo de escoamento gerado pelo BRAMS foii utilizado para calcular as trajetórias avante (forward), ( ), com o modelo de trajetória cinemática tridimensional (TC3D), Freitas (1999) dos poluentes emitidos na área de estudo no dia 17 de junho de 2007, nos horários de 9 e 18 horas local. RESULTADOS CAMPOS POS DE VENTO DO DIA 17 DE JUNHO DE 2007 Na Figura 2, escoamento de mesoescala, verifica-se verifica se que no aeroporto Internacional do 354

Rio de Janeiro os ventos estão soprando da direção oeste, no horário de 9 horas local.

Figura 2- Escoamento de mesoescala

TRAJETÓRIAS DOS POLUENTES NO DIA 17 DE JUNHO DE 2007 Na Figura 3 verifica-se que a trajetória de poluentes que são emitidos no Aeroporto Internacional segue na direção sul em torno de 500m de altitude, seguindo na direção noroeste, elevando-se até 1400m, na divisa dos estados de São Paulo e Rio de Janeiro e retornando ao estado do Rio de Janeiro com altitude de 2200m, descendo até 1800m de altitude após 24 horas de integração.

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Figura 3- Trajetória de poluentes emitidos no aeroporto às 9 horas. Na Figura 4 verifica-se se que a trajetória de poluentes que são emitidos no Aeroporto Internacional segue em direção ao interior do estado do Rio de Janeiro com altitude em torno de 500m, retornando até a Baía de Sepetiba com altitude de 500m seguindo em direção ao noroeste do estado.

Figura 4: Trajetória dos poluentes emitidos no aeroporto às 18 horas. CONCLUSÃO Os poluentes emitidos no aeroporto Internacional no dia 17 de junho de 2007 às 9 horas seguiram em direção ao noroeste do Estado do Rio de Janeiro e retornaram ret à Bacia 356

Aérea I. Os poluentes emitidos no horário das 18 horas seguiram em direção ao interior do Estado, retornando à Baía de Sepetiba e seguindo na direção do noroeste do Estado. Verificase que os poluentes emitidos no aeroporto Internacional influenciam na qualidade do ar não só da RMRJ como também do estado do Rio de Janeiro como um todo.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS DALLAROSA, J. B. – Estudo da formação e dispersão de ozônio troposférico em áreas de atividade de processamento de carvão aplicando modelos numéricos Porto Alegre, 2005, 114p. Dissertação (Mestrado em Sensoriamento Remoto e Meteorologia – Programa de Pós Graduação em Sensoriamento Remoto) Universidade Federal do Rio Grande do Sul. CETESB- Companhia Ambiental do Estado de São Paulo Disponível em http://www.cetesb.sp.gov.br/ar/ar_indice_padroes.asp ado em 28/11/2011 FARIAS, H.S. de. Espaços de risco à saúde humana na Região Metropolitana do Rio de Janeiro: um estudo das trajetórias de poluentes atmosféricos do Arco Metropolitano, CSA e Comperj. Niterói, 2012,149p. Tese (Doutorado em Geografia – PósGEO - UFF) Universidade Federal Fluminense. FREITAS, S.R., Modelagem numérica do transporte e das emissões de gases traços e aerossóis de queimadas no Cerrado e Floresta Tropical da América do Sul.1999. 185p. Tese (doutorado em Meteorologia) – Instituto de Física da Universidade de São Paulo, São Paulo. INEA – Instituto Estadual do Ambiente. Qualidade do Ar. Disponível em . o em 20 de julho de 2012. KALNAY, E., et al., The NCEP/NCAR 40-years reanalysis project. Bull. Amer. Meteor. Soc., 77: 437-471. 1996. OLIVEIRA, Jorge Luiz Fernandes de. Poluição atmosférica e o transporte rodoviário: perspectivas de uso do gás natural na frota de ônibus urbanos da cidade do Rio de Janeiro. Rio de Janeiro, 1997. 172p. Dissertação (Mestrado em Planejamento Energético – COPPE) Universidade Federal do Rio de Janeiro.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

O LIXO URBANO E O MORRO DO BUMBA: UMA TRAGÉDIA ANUNCIADA CARMEN LÚCIA PINHEIRO ALVES OLIVIER 1, FERNANDO CORDEIRO BARBOSA 2, LUANA MÁRCIA BAPTISTA TAVARES 3 1

Mestranda do Programa de Defesa e Segurança Civil da UFF, (21) 2629.5584, [email protected] Doutor em Antropologia pela UFF, (21) 8265.7575, [email protected] 3 Mestranda do Programa de Defesa e Segurança Civil da UFF, (21) 9996.4924, [email protected]

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Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Este trabalho tem por objetivo refletir sobre a inexistência da cultura de risco e suas possíveis consequências na sociedade brasileira. Para sua execução, optou-se pelo estudo da tragédia ocorrida na localidade de Viçoso Jardim, em Niterói, no ano de 2010, quando ocorreram deslizamentos de terra no Morro do Bumba. Lugar que ou a ser habitado após a desativação de um antigo lixão que ali se localizava, transformando-se em uma favela em cima de uma montanha de lixo de cerca de cinco metros acima da elevação original. Situação que revela o descaso e a falta de política pública de urbanização e de meio ambiente. As favelas, em sua maioria, constituem áreas de risco pela precariedade das construções e pela localização em terrenos de condições desfavoráveis, como em encostas. Embora a Secretaria Nacional de Defesa Civil recomende o mapeamento, interdição ou desocupação dessas áreas, o que comumente observamos é a falta de desenvolvimento de uma atitude preventiva por parte do poder público. Outrossim não se constata uma percepção e sensibilização pública no sentido de desenvolver uma cultura de risco, que possibilite a minimização das ocorrências e seus possíveis danos para a população e o meio ambiente. O resultado são as tragédias, como a ocorrida no Bumba, que deixou para trás um rastro de destruição e morte. PALAVRAS–CHAVE: Meio Ambiente, Riscos, Desastres.

THE URBAN GARBAGE AND THE BUMBA HILL ABSTRACT: This paper aims to reflect on the inexistence of culture of risk and its possible consequences in Brazilian society. For its implementation, we chose to study the tragedy which took place in the town of Lush Garden in Niterói, in the year 2010, when there were landslides in the Hill of Bumba. Place that came to be inhabited after deactivation of an old dump that was located there, turning into a slum on top of a mountain of garbage about five feet above the original elevation. Situation that reveals the neglect and lack of public policy of urbanization and environment. The slums, mostly constitute risk areas by the precariousness of the buildings and the terrain located in unfavorable conditions, such as on slopes. Although the National Civil Defense recommends mapping, estoppel or vacating these areas, which is commonly observed is the lack of development of a preventative attitude of the government. Moreover, it does not appear a perception and public awareness in order to develop a culture of risk, which allows minimizing the occurrences and their possible damage to people and the environment. The result are the tragedies that occurred in Bumba, who left behind a trail of destruction and death. KEYWORDS: Environment, Risks, Disasters.

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INTRODUÇÃO O local denominado Morro do Bumba está localizado numa área pouco íngreme, com aproximadamente 0,92 Km2, situado no bairro do Viçoso Jardim, Município de Niterói-RJ, distante 40 minutos do centro da cidade, fazendo fronteira com os bairros do Fonseca, Cubango, Caramujo e Ititioca. A região, situada no interior do maciço costeiro, caracterizada pelo relevo bastante acidentado, é conhecida como “mar de morros”. A população da região, estimada em 2000 (IBGE), aproximava-se dos 3.000 habitantes. A população do Morro do Bumba era em torno de 300 pessoas. Cabe aqui lembrar, que os moradores da área atingida pertencem, em sua maioria, à classe trabalhadora, embora houvesse no local um padrão de infraestrutura e serviços acima do normalmente encontrado nas chamadas comunidades faveladas. Inicialmente, o local abrigava uma antiga fazenda, após a morte do proprietário, a prefeitura desapropriou as terras por conta de uma dívida contraída devido ao não pagamento do IPTU – Imposto Territorial Predial Urbano -. O local ou, então, em 1970, a ser o depósito de lixo oficial do município. O segundo lixão da cidade, uma vez que o primeiro funcionou durante muitos anos no aterrado São Lourenço, no bairro do mesmo nome, hoje totalmente urbanizado. O lixão ou a ser a principal atividade dos catadores que trabalhavam na busca pela sobrevivência (Figura 1).

Figura 1 - Catadores em atividade no Lixão do Bumba – 1975 Fonte: Blog do Dep. de Comunicação Social da UFF – IACS / Luiz Edmundo de Castro Por volta de 1983, no final do governo de Wellington Moreira Franco, o depósito foi desativado, alguns dizem que devido à saturação, outros afirmam que a desativação só aconteceu por pressão da comunidade. Destituído de sua função, o morro começa a ser retomado pela natureza e a vegetação toma conta do lugar, por sua vez, lentamente, os excatadores de lixo se organizam e constroem no local, pequenas e modestas casas. Nos anos seguintes, durante o governo do prefeito Waldenir Bragança, ficou proibida a ocupação do local, entretanto, aos poucos, outras famílias foram chegando e formou-se ali uma comunidade pequena e integrada. Nos anos de 1990, a prefeitura decidiu urbanizar a área 359

levando luz, água, iluminação pública, bem como ou a recolher taxas por tais serviços. Incentivada pela falta de fiscalização e principalmente por receber paulatinamente investimentos públicos de infraestrutura e serviços, a ocupação seguiu desordenada e indiferenciada. No segundo governo de Leonel Brizola, a Cedae (Companhia Estadual de Águas e Esgoto, atual Águas de Niterói) fez sua primeira grande obra de saneamento em Niterói, justamente no Morro do Bumba, levando para o local, de helicóptero, uma grande caixa de água para atender aos moradores. Em seguida, o governador levou para o Bumba o programa Uma Luz na Escuridão. Mais tarde, construiu uma escola municipal e implantou o programa Médico de Família. Posteriormente, o local ganhou quadra poliesportiva e uma creche. Devidamente maquiado, o antigo lixão do Bumba adquiriu status de comunidade e atraiu para lá pessoas humildes em busca de um lugar digno para construir suas vidas e moradias. No mês de abril do ano de 2010, fortes chuvas atingiram a cidade de Niterói e de forma fatídica as comunidades do Morro do Céu e Morro do Bumba. O local, apesar de pouco íngreme, possuía solo frágil, basicamente constituído por uma montanha de lixo, cerca de cinco metros acima da elevação original. O processo de decomposição do lixo tornava o solo permeado por grandes quantidades de gás metano. Possivelmente, durante as chuvas, houve pequenos deslizamentos provocando a liberação do gás, causando explosões que aceleraram o processo de escorregamento de terra e que se transformaram numa avalanche de lama e lixo. A tragédia do Bumba, como ficou conhecida, contabilizou 47 óbitos sendo 12 crianças, no entanto, moradores afirmam que, nunca foram encontrados os corpos de duas senhoras e um motorista, o que elevaria esse número para 50. Uma montanha de lixo recoberta de terra acabou por formar o Morro do Bumba palco da tragédia de abril de 2010 em Niterói (Figura 2).

Figura 2 – Imagem aérea do lixão do Bumba – 1975 Fonte: Blog do Dep. de Comunicação Social da UFF – IACS / Luiz Edmundo de Castro

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METODOLOGIA Tomando como base uma bibliografia de pesquisadores de diferentes áreas de conhecimento, como as ciências sociais, geografia e arquitetura entre outras, além da utilização de registros jornalísticos (via internet e impressos) e entrevistas realizadas com moradores do abrigo temporário montado no 3º BI, este trabalho busca uma reflexão sobre os inúmeros problemas de moradia enfrentados pela classe trabalhadora e empobrecida da cidade de Niterói, região metropolitana do Rio de Janeiro. Neste contexto, foi abordada a questão do descaso das autoridades estadual e municipal, que não só permitiram como praticamente incentivaram a ocupação de uma área de alto risco, que vindo a desabar em função das fortes chuvas de 2010, ocasionou 47 mortes, deixando dezenas de famílias na não menos vulnerável condição de desabrigadas. TRAGÉDIA ANUNCIADA Alguns moradores relatam que não tinham medo, mas que dava para imaginar que algum dia algo ruim pudesse acontecer. Não era incomum aconteceram fatos estranhos, como o mato pegando fogo sozinho em dias de muito calor; a presença de gás (metano) na forma de fumaça, quando se cavava um pouco a terra, e a incômoda presença de chorume escorrendo por baixo das casas em ocasiões chuvosas. A cor preta do solo que deslizou causando o desastre é resultado da decomposição do lixo. Sobre a questão dos lixões, o presidente do Instituto Brasil Ambiente e consultor da Organização das Nações Unidas (ONU), Sabetai Calderoni (LIXÃO..., 2010), nos diz que existem três maneiras de dispor do lixo e dos resíduos sólidos. A primeira delas é o lixão na forma mais primitiva, à céu aberto, onde os resíduos são despejados de qualquer maneira, sem respeito às normas e sem nenhum tipo de impermeabilização do solo, no máximo com terra colocada por cima do lixo. Como não há cuidado, o lixo vai desmoronando ao logo dos anos enquanto se acomoda. Outro tipo de lixão é o chamado aterro controlado, que nada mais é do que um lixão remediado, também sem normas ou impermeabilização, onde se alternam camadas de lixo e terra. Por fim, temos o aterro sanitário, onde o depósito de lixo obedece a normas e procedimentos que visam minimizar o impacto sobre o meio ambiente. Neste último, há a impermeabilização do solo com uma camada de dois metros de manta sintética, pedra e areia, alternância de lixo compactado com argila e cobertura de grama. Além disso, faz-se o tratamento de dejetos e drenagem de gás metano e chorume. Ainda, segundo

Sebetai Calderoni: No Primeiro Mundo, a opção é pelo aterro sanitário. Mas por falta de espaço, alguns países da Europa como Espanha, Alemanha, França e Grécia focam pesado nos incentivos à reciclagem como um modo de aliviar os aterros e diminuir a quantidade de lixo. A professora Regina Bienenstain (2010) da Faculdade de Arquitetura da UFF afirma que as pessoas não precisam ser retiradas das favelas para viverem em segurança. (SALEK, 2010)

Retira-se apenas as famílias que estão nos locais de risco e remanejase para dentro da própria favela e se promove a urbanização. Mas tem que ficar claro que a urbanização não é só pavimentar ruas, é preciso colocar drenagem, que é o principal instrumento para evitar riscos, realizar saneamento ambiental, colocar água e rede de esgoto. Sobre a tragédia do Bumba a professora Regina diz que se trata da manifestação do vazio das políticas com relação à habitação. É sua opinião que todos os municípios deveriam considerar todas as parcelas da população como um direito à cidade. Mas o que acontece é que o pobre acaba não tendo espaço nesta cidade porque a terra tem dono e o que sobra são as áreas que não deveriam estar ocupadas. Estudos realizados por pesquisadores da Universidade Federal Fluminense denunciam que desde o ano de 2004 a prefeitura havia sido alertada sobre o risco apresentado pela 361

ocupação irregular do Morro do Bumba. A professora Regina é autora de um desses estudos, encomendado pela gestão 2004 da prefeitura de Niterói e afirma que esteve no local em março de 2004, quando já haviam ocorrido desabamentos, e a prefeitura, ciente da ocupação irregular no antigo lixão, queria ter um diagnóstico mais claro do problema e definir que projetos seriam necessários àquela área. Declara a professora que (SALEK, 2010): A situação de risco estava clara. Parte dos 400 moradores estava em cima do antigo lixão. As autoridades sabiam. O projeto 2004 recomendava uma série de medidas, entre elas o remanejamento das famílias que ocupavam o lixão para outra área adjacente que não corria risco de deslizamento. Era possível acomodá-las dentro do próprio assentamento (...). Não houve resposta ao meu projeto. Houve a eleição, o comando dos órgãos mudou e isso ficou esquecido. Ainda no ano de 2004 a Prefeitura de Niterói sob a gestão do então prefeito Godofredo Pinto, contratou o Instituto de Geociências da Universidade Federal Fluminense para fazer um levantamento sobre o risco de encostas na cidade. Na ocasião, o estudo condenou a área, mesmo tendo sido omitido pela prefeitura a informação de que ali já funcionara um lixão. Embora dois trabalhos tenham sido realizados por pesquisadores da Universidade, o reitor Roberto Salles declarou em entrevista concedida ao jornal O Globo em 14/04/2010, que nenhum dos estudos da UFF tratava “especificamente” do Morro do Bumba. RESULTADO DA PESQUISA Este trabalho visa atestar as dificuldades e deficiências encontradas no modo de viver da classe trabalhadora, através de uma configuração urbana marcada pela ausência de planejamento e legislação específica. As favelas com seus pequenos casebres impelidos contra as encostas dos morros, onde famílias inteiras sobrevivem em precárias condições de higiene e salubridade, são exemplo de falta de segurança, foco de abandono social e descaso público, o que demonstra a forte tendência de uma política urbana que se preocupa mais com o embelezamento da cidade do que com a vida de seus cidadãos, relegando a segundo plano, o modo de viver das pessoas e os riscos a que a população menos favorecida se expõe ao compartilhar um espaço insalubre e vulnerável, num claro processo de precarização da vida. DESASTRE, RISCO E VULNERABILIDADE SOCIAL. As áreas de risco não são dadas apenas por circunstâncias naturais prévias – como suscetibilidade geomorfológicas de terrenos com acentuada declividade ou fundos de vale – mas também são construídas por ações sociais (impermeabilização de terrenos, abertura de comportas, etc.), por decisões econômicas e políticas (incentivo, endosso, omissão do poder público, etc.) (VALENCIO ET al., 2003 apud Marchezini, 2010, p. 50). Em sua dissertação, Pereira (2012) diz que a função social da propriedade está prevista na Constituição Federal e é tida como um direito fundamental do ser humano, no mesmo patamar do direito à vida, à liberdade, à igualdade e à segurança. No entanto, cabe ao poder público fiscalizar, orientar e fazer cumprir a Lei. Diz o parágrafo 1º do art. 1228 do Código Civil: A função social está prevista, ao mencionar que o direito de propriedade deve ser exercido observando a preservação da flora, da fauna, das belezas naturais, equilíbrio ecológico e patrimônio histórico e artístico, bem como deve ser evitada a poluição do ar e das águas. A lei determina, portanto, que a propriedade não pode ir de encontro com questões sociais e ambientais. Através dessas regras, a 362

propriedade teria que cumprir sua função perante a sociedade, porque não desmatando, não poluindo, não destruindo o patrimônio, a sociedade inteira é beneficiada. Uma questão polêmica a ser ressaltada no desabamento do Bumba é a vulnerabilidade e risco a que foram submetidos os moradores da comunidade. É possível, que esta condição não tenha sido percebida pelos moradores. Todavia, culpabilizar e criminalizar o indivíduo pelo efeito deletério que o mesmo sofre de sua precária situação social, é o mesmo que afirmar que “a pobreza é culpa dos pobres”, deixando de se considerar que se trata de uma problemática global, que envolve a sociedade macroenvolvente e a estrutura de classes. Assim, o verdadeiro desastre é naturalizarmos a responsabilidade do indivíduo para justificar a ausência estrutural das condições de moradias saudáveis e seguras (SIENA; VALENCIO, 2006 apud MARCHEZINI, 2010). Sendo assim, é inissível a falta de percepção e porque não dizer, a omissão por parte do poder público. Cabe lembrar que a questão do risco é bastante ampla. É comum depararmos quase que cotidianamente, com aquelas relacionadas às transformações ambientais, em consequência da modernidade, especificamente de modernidade tardia, segundo as concepções de Beck (2010) e Giddens (1991). Entretanto, não podemos ignorar as decorrentes da organização e estrutura social de uma sociedade específica. Aqueles em que a magnitude do desastre está diretamente ligada a um fator específico em conjunção ao tecido social relacionado. Tais como os relacionados ao planejamento urbano e à política habitacional brasileira (Valencio, 2004). O que observamos na ocupação do Morro do Bumba, traduz claramente as duas vertentes teóricas. Vimos ali, o risco ocasionado pelas transformações ambientais e os ocasionados pela conjunção de um fator específico (no caso a construção sobre o lixo) com uma trama social, econômica, cultural e política, percebidas em todo o processo. Impossível não perceber, além da ampla e total inobservância da Lei, o completo despreparo das autoridades em permitir e, de certa forma, incentivar essa ocupação, ao implantar ali aparelhos de infraestrutura que facilitam a vida cotidiana da população. A área, sobre um lixão, jamais poderia ser ocupada para moradia, pois de pronto, isso implicaria em risco para a saúde. A visível falta de condições de salubridade, a torna de potencial risco e consequente perigo. Segundo amplamente difundido pelas ciências sociais, a percepção de risco para uns não é necessariamente igual para outros e essa percepção varia de acordo com o espaço, tempo, cultura e condição social. Portanto, é issível que, para os futuros moradores, ávidos por ali depositar seus sonhos de propriedade, não houvesse naquele lugar nenhuma evidência de risco. É issível, ainda, que mesmo percebendo o risco, desconhecessem a real gravidade deste. Não é difícil entender, que ao construir sobre aquela montanha de lixo, oculta pela suposta segurança, garantida pelo poder público através do investimento na infraestrutura básica, os moradores buscassem, acima de tudo, a satisfação das necessidades essenciais do ser humano, a de garantir para si e sua família, a segurança, autoestima e realização pessoal. Necessidades estas, devidamente estudadas e organizadas por Maslow, no diagrama, também conhecido como Escala hierárquica de Maslow (Figura 3).

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Figura 3. Escala Hierárquica de Maslow – Teoria das Necessidades. Nessa concepção, a natureza dos desastres não estaria diretamente relacionada aos fenômenos naturais, mas sim à vulnerabilidade existente em uma organização social, que se revela de forma emblemática frente a esses eventos (VALENCIO, 2004, MARCHEZINI, 2010). Todavia, espera-se que, de competentes autoridades, imbuídas do dever de fazer cumprir a lei e promover o bem estar físico e social da população, sejam tomadas providências de intervenção, no sentido de prever e prevenir a ocorrência de lastimáveis incidentes. No entanto, o que comumente se observa, nessa ocupação específica e na maioria das outras pelo Brasil afora é que, além de ignorar, o poder público contribui, em alguns casos, com obras de infraestrutura, empurrando o lixo pra debaixo do tapete, disfarçando o problema com superficiais obras de urbanização e instalação de pequenas benfeitorias nessas ocupações. Ou seja, ao invés de planejar e executar uma política habitacional digna e responsável, os agentes do poder público atuam de forma discriminatória e excludente: aos pobres, a moradia nos lixões; aos favorecidos economicamente, moradias em áreas nobres. A Matéria intitulada Morro do Bumba: Triste símbolo do problema do lixo, publicada na Revista Em Discussão, em sua edição de junho de 2010, discute a tragédia de Niterói, apontando como grande causa, a questão do mau gerenciamento do lixo. (MORRO..., 2010):

A tragédia, no início de abril, do desmoronamento do Morro do Bumba, em Niterói (RJ), onde pelo menos 46 pessoas morreram, é exemplo das terríveis consequências do mau gerenciamento do lixo no Brasil. A ocupação irregular em Niterói se deu em cima de um antigo lixão local totalmente inapropriado para receber habitações. Grande parte do que aconteceu no Rio de Janeiro se deve a nós não termos aprovado ainda a lei que cuida da destinação final para os resíduos sólidos – avalia o senador Arthur Virgílio (PSDB-AM). Também para o senador Gilberto Goellner (DEM-MT), a "barbaridade que aconteceu no Rio de Janeiro" tem a ver com a falta de um plano integrado dos resíduos sólidos. – O Brasil precisa acordar para uma solução imediata. O problema não é só coletar o lixo, é transformá-lo para que não polua, para que seja reutilizado. Nós precisamos urgentemente dotar as cidades, principalmente os grandes conglomerados urbanos, de condições para esse aproveitamento – afirma. 364

Para o senador Sérgio Zambiasi (PTB-RS), as calamidades provocadas pelas chuvas no Rio de Janeiro mostram que "a natureza está reagindo de uma forma assustadora, avassaladora". Ele propõe que os senadores façam um acordo para aprovar a Política Nacional de Resíduos Sólidos da forma como veio da Câmara dos Deputados, remetendo a proposta à sanção rapidamente. O gerenciamento incorreto do lixo aponta o senador César Borges (PR-BA), está relacionado aos alagamentos ocorridos no Rio de Janeiro em abril de 2010 e que, frequentemente, atingem outras grandes cidades: É necessária a instituição da Política Nacional de Resíduos Sólidos para evitar que o lixo não coletado vá para os córregos, entupa as bocas de lobo, impedindo o escoamento rápido das águas. Não temos tratado com seriedade a questão dos resíduos sólidos no nosso país. Sobre o deslizamento do Morro do Bumba, assim diz a Revista GEO-DEMO, do Grupo de Estudos de Espaço e População, vol., 3, nº 1. Ano III, da Universidade Federal Fluminense (DESABRIGADOS..., 2012):

Diversos fatores intensificaram o processo de movimento da massa no fatídico seis de abril. No local funcionou um lixão até o ano de 1983, sendo uma área resultante do crescimento urbano desordenado e com baixa (arbustiva) ou nenhuma cobertura vegetal. Por se tratar de um lixão, não houve preocupação com as medidas de segurança que caracterizam um aterro sanitário; o acúmulo de resíduos foi responsável pela alteração da topografia da encosta, aumentando seu gradiente topográfico (inclinação); após o fechamento e aterramento do lixão, iniciou-se a ocupação da encosta por famílias com baixo poder aquisitivo, havendo omissão do estado em permitir a ocupação dessa encosta, que em hipótese alguma poderia ser ocupada, além de permitir, o governo praticamente incentivou a ocupação ao realizar no local, obras de pavimentação, iluminação e distribuição de água. Conforme amplamente divulgado pela imprensa, moradores afirmavam ter ouvido explosões. Autoridades no assunto acreditam nessa possibilidade, por ser uma área de solo instável agravada pela presença de gás metano decorrente da decomposição do lixo. Acreditase que cerca de 600 metros dessa terra, foram deslocados. Além de residências, o local abrigava também, uma igrejinha, uma pizzaria e uma creche. Imagens divulgadas por emissoras de TV, na época do desastre, mostravam a imagem do caos. Os bombeiros trabalhando incessantemente, diante de uma situação devastadora. Pessoas desorientadas, gritando e tentando encontrar vítimas. Outras, atônitas parecem não acreditar no que seus olhos testemunham. Cenas da tragédia mostram pais desesperados à procura de seus filhos. Enquanto filhos que sobreviveram, auxiliam os bombeiros na busca de pais e amigos. Segundo o site, Ambiência – Soluções Sustentáveis, um estudo encomendado pelo DRM – Departamento de Recursos Minerais do Rio, a geógrafos da PUC RJ, diz o seguinte (ENTENDA..., 2010):

Chegou-se a conclusão que o excesso de lixo e a presença de gás agravaram a tragédia, mais não foi a principal causa. Segundo os geógrafos, duas fissuras na rocha, no alto do Morro do Bumba, mostraram que o deslizamento começou no alto e “empurrou” a massa de lixo que estava embaixo. O deslizamento teve como causa a junção de vários fatores como excesso de lixo, presença de gás, características topográficas, 365

ocupação desordenada e o motivo que agravou esta situação, chuvas intensas. Portanto, o desmoronamento da Favela do Morro do Bumba em Niterói, construída sobre um antigo lixão – matando dezenas de pessoas e famílias inteiras – fica como um alerta para as grandes metrópoles brasileiras que em muitos casos padecem da mesma situação. CONCLUSÕES A grande extensão territorial brasileira, bem como a diversidade e peculiaridade de cada região não podem ser usadas como desculpas para a falta de implementação de políticas de humanização e prevenção de desastres. A tragédia ocorrida no Morro do Bumba poderia ter sido evitada se houvesse a cultura do risco e da prevenção. Não se pode simplesmente culpar as chuvas, menos ainda a população usuária. A região apesar de visivelmente vulnerável, ao invés de desocupada, ao contrário, teve sua ocupação incentivada à medida que o poder público investia em obras de infraestrutura e serviços. A tragédia que tirou a vida de 47 pessoas, ainda é vivenciada por mais de 300 pessoas que continuam recolhidas ao abrigo montado no 3º BI – Batalhão de Infantaria no bairro de Venda da Cruz em São Gonçalo, recebendo o auxílio de Aluguel Social, enquanto aguardam o recebimento de unidades habitacionais definitivas.

REFERÊNCIAS BECK, Ulrick. Sociedade de Risco: Rumo a uma outra modernidade. 1 ed., São Paulo: Editora 34, 2010. Tradução de Sebastião Nascimento. ISBN 9788573264500. CASTRO, Luiz Edmundo de. Morro do Bumba, 35 anos. DEPOIS DA CHUVA, Niterói, 3 jun. 2010. Disponível em: . o em: 3 jul. 2013. DESABRIGADOS do morro do bumba e a segregação socioespacial no município de Niterói. Revista GEO-DEMO. Niterói, 3 ed., 2012. Disponível em: . o em: 10 fev. 2013. ENTENDA o que aconteceu no morro do bumba. Ambiência. 2010. Disponível em: . o em: 12 fev. 2013. GIDDENS, Anthony. As Consequências da Modernidade. 1 ed. São Paulo: Fundação Editora UNESP, 1991. 180 p., 21cm. ISBN 8571390223 LIXÃO, aterro controlado e aterro sanitário. Meu Mundo Sustentável. 2010. Disponível em: . o em: 10 fev. 2013. MARCHEZINI, Vitor. Desafios de gestão de abrigos temporários: uma análise sociológica de insegurança e riscos no cotidiano de famílias abrigadas. São Carlos: UFSCar, 2010. Dissertação (Mestrado). MORRO do bumba: triste símbolo do problema do lixo. Em Discussão. Brasília, jun. 2010, Notícias. Disponível em: . o em: 10 fev. 2013. PEREIRA, Aparecida Veloso. Propriedade em Áreas de Risco: Uma Análise Jurídica e Social. Rio de Janeiro: UFF, 2012. Dissertação (Mestrado).

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SALEK, Silva; PEIXOTO, Fabrícia. Estudos alertaram a prefeitura sobre risco no Morro do Bumba. BBC Brasil, Brasília, 9 abr. 2010. Disponível em: . o em: 3 jun. 2013. VALENCIO, Norma et al. A produção social do desastre: dimensões territoriais e políticoinstitucionais da vulnerabilidade nas cidades brasileiras frente às chuvas. Teoria & Pesquisa, São Carlos, v. 1, n. 44 e 45, p. 67-114, jan.-jul., 2004. VALENCIO, Norma; SIENA, Mariana; MARCHEZINI, Victor. Abandonados nos desastres: Uma análise sociológica de dimensões objetivas e simbólicas de afetação de grupos sociais desabrigados e desalojados. 1 ed., Brasília: Conselho Federal de Psicologia, 2011. 160 p.. ISBN 9788589208437

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

DESDOBRAMENTOS DO PROJETO MACACU NO ÂMBITO DAS METAS DO GOVERNO DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO AMANDA CARNEIRO MARQUES1, MÔNICA DE AQUINO GALEANO MASSERA DA HORA2 1

Graduanda em Engenharia de Recursos Hídricos e Meio Ambiente, Universidade Federal Fluminense, (21) 9305-9351, [email protected] 2 Professora Adjunta do Departamento de Engenharia Agrícola e Meio Ambiente, Universidade Federal Fluminense, (21) 2629-5354, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: O estudo consistiu na avaliação da viabilidade técnica, econômica e financeira do projeto da barragem de regularização de vazões denominada Guapi-Açu Jusante, definida pela equipe multidisciplinar da Universidade Federal Fluminense, no âmbito do Projeto Macacu, e sua integração com o projeto desenvolvido pela Secretaria do Ambiente do Estado do Rio de Janeiro, com recursos oriundos da Petrobras. A análise e comparação de ambos os projetos permitiu concluir que a região estudada encontra-se sob forte déficit hídrico e que a tendência futura, caso não seja implantada barragem de regularização, é de aumento do déficit com o início da operação do COMPERJ, dado que este empreendimento será o principal indutor de atração de indústrias e pessoas para a região. Por isso, o barramento surge como uma alternativa para que toda a região tenha o à água, sem o risco do desabastecimento iminente. PALAVRAS–CHAVE: Projeto Macacu, Barragem Guapi-Açu Jusante, COMPERJ.

APPRAISAL OF THE MACACU PROJECT UNDER THE RIO DE JANEIRO STATE GOVERNMENT GOALS ABSTRACT: The purpose of the study was to evaluate the technical feasibility, economic and financial of the dam project called Guapi-Açu Jusante, defined by the multidisciplinary expertise of Fluminense Federal University, under the Macacu Project, and its integration with the project developed by the Environmental Secretary of Rio de Janeiro State, with financial from Petrobras. The analysis and comparison of both projects demonstrated that the studied region is under severe water deficit and the future trend, without the dam, is to increase the deficit with the operation of COMPERJ, since this complex will be the main inducer of industries and people to the region. Therefore, the dam is an alternative to guarantee water to the region without the risk of imminent shortage. KEYWORDS: Macacu Project, Guapi-Açu Jusante Dam, COMPERJ.

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INTRODUÇÃO Com a construção do COMPERJ (Complexo Petroquímico do Rio de Janeiro complexo industrial sob responsabilidade da Petrobras, onde serão produzidos, derivados de petróleo e produtos petroquímicos de primeira e segunda geração) no município de Itaboraí (Figura 1), a região ao redor do empreendimento terá seu perfil socioeconômico mudado. Com o objetivo de definir estratégias e atuação conjuntas diante dos impactos gerados pelo COMPERJ foi criado o Consórcio Intermunicipal de Desenvolvimento do Leste Fluminense (CONLESTE) que visa discutir políticas públicas de mobilidade urbana e habitação. Um dos temas principais em debate é o aumento da demanda de água, devido ao considerável incremento populacional e a própria demanda exigida pelo empreendimento e por novas indústrias que se instalarão ao seu redor.

Figura 1 – Localização do COMPERJ Fonte: Google Earth, 2013. A Universidade Federal Fluminense (UFF), com o apoio institucional da Fundação Euclides da Cunha (FEC), participou e foi vencedora da segunda edição da seleção pública do Programa Petrobrás Ambiental, para a área temática “Água: Corpos d’Água Doce e Mar”. O projeto apresentado pela UFF denominado “Planejamento Estratégico da Região Hidrográfica dos Rios Guapi-Macacu e Caceribu-Macacu” ou ainda, “Projeto Macacu” teve por objetivos propor a gestão integrada dos recursos hídricos, alternativas para o aumento da disponibilidade hídrica, avaliar a qualidade dos cursos d'água e promover a gestão participativa da população. No contexto do Projeto Macacu, foi proposta a implantação de uma barragem de regularização de vazões no local denominada Eixo Guapi-Açu Jusante, como alternativa para o aumento da disponibilidade hídrica. Em 2012, com base nos resultados do Projeto Macacu, a Secretaria de Estado do Ambiente (SEA) definiu, como compensação socioambiental da implantação do COMPERJ,

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o investimento da Petrobras na ampliação do abastecimento de água para a população do entorno, a partir da construção da barragem Eixo Guapi-Açu Jusante. COMPARAÇÃO ENTRE OS ESTUDOS DESENVOLVIDOS PELA UFF/FEC E PELA SEA O rio Macacu é a principal fonte de abastecimento de água dos municípios de Niterói, São Gonçalo e Itaboraí. Ele possui uma barragem submersa denominada Imunana, Figura 2, localizada a jusante da confluência com o rio Guapi-Açu, que tem por finalidade elevar as águas e desviá-las para o canal de adução da estação elevatória, que por sua vez as distribui entre as estações de tratamento de água de Manilha (100 L/s); Porto das Caixas (170 L/s); Marambaia (50 L/s) e Laranjal (5,4 m3/s). A água tratada abastece cerca de 2,5 milhões de pessoas. (UFF/FEC, 2010)

Figura 2 – Captação de Água da CEDAE no rio Macacu Fonte: CONCREMAT, 2007. O Projeto Macacu avaliou a demanda de água a partir de três cenários: 1) demanda hídrica atual; 2) demanda hídrica definida para o ano de 2020 com base nos dados de Ecologus-Agrar (2003), sem a presença do COMPERJ; e, demanda hídrica definidas para o ano de 2020 com base nos dados de CONCREMAT (2007), com a presença do COMPERJ. O resultado encontrado reflete um déficit hídrico, previsto para o horizonte de 2020, como sendo igual a 4,65 m3/s. (UFF/FEC, 2010) Os estudos consubstanciados em SEA (2012) apresentaram uma estimativa populacional da área de interesse a partir dos limites regionais de cada município. Para tanto, foi definido o conjunto de municípios que têm todo ou parte de seu território localizado em um raio de 20 km a partir do local de implantação do COMPERJ; e a área diretamente afetada 370

- constituída pelo território dos municípios de Itaboraí, Guapimirim, Cachoeiras de Macacu e Tanguá, que se encontram em uma faixa de um raio de 10 km do sítio do COMPERJ. Foram feitas projeções de crescimento populacional para todas essas áreas e com base nessas projeções, o déficit hídrico para o ano de 2035 foi estimado em 5,0 m³/s. Para equacionar o déficit, foi proposta a implantação de uma barragem de regularização de vazões no eixo denominado Guapi-Açu Jusante. Tanto no Projeto Macacu quanto no projeto da SEA, foi feita uma análise detalhada da região que será atingida pela formação do reservatório (Figura 3). Foram feitas sondagens e levantamentos topobatimétricos para definição das cotas das cristas das estruturas civis (vertedouro e barragem de terra), dos níveis d’água máximo normal e máximo maximorum, dos volumes úteis dos reservatórios e das dimensões das estruturas vertentes.

Figura 3 – Localização do COMPERJ e do Reservatório a ser formado pela Barragem Eixo Guapi-Açu Jusante Fonte: SEA, 2012. No Projeto Macacu o nível d’água máximo do reservatório foi definido na cota 23,75m, com um reservatório com volume útil de 233,46 hm³, correspondendo a uma área inundada de 34 km2. No projeto da SEA, o reservatório foi dimensionado para um volume de aproximadamente 71,20 hm³ na cota 20,00m com uma área de inundação equivalente a 29 km². O arranjo geral previu um barramento com eixo reto no leito do rio Guapi-Açu, com 371

extensão total de cerca de 800 m e 5 diques de fechamento do lago, como mostrado na Figura 4. O barramento principal possui o fechamento da ombreira esquerda feito por uma barragem de terra. Na margem direita do barramento, onde se localizam as estruturas de concreto (vertedouro, tomada d’água e estrutura de desvio), o fechamento é feito com uma barragem terra e enrocamento.

Figura 4 – Planta com os Diques e Barragem do Eixo Guapi-Açu Jusante Fonte: SEA, 2012. No que diz respeito aos custos de implantação da barragem, o Projeto Macacu estimou os valores do empreendimento através de duas etapas, a saber: desapropriação e obras civis. O somatório dos custos de desapropriação das construções e da terra foi de R$ 74.446.888,64. Com relação aos custos das obras civis, que contemplaram além das propriamente ditas, serviços de terraplanagem bem como recomposição paisagística pela interferência das obras, o valor estimado foi de R$ 73.967.606,49. O orçamento final apresentado pelo Projeto Macacu totalizou 148,4 milhões de reais. Com relação ao orçamento definido no âmbito do projeto da SEA, o valor final estimado foi de 202,3 milhões de reais. A diferença nos orçamentos decorre do fato de que a SEA realizou um levantamento topobatimétrico da área do barramento e das construções afetadas na escala 1:2.000, enquanto que o Projeto Macacu utilizou uma base na escala 1:10.000. A diferença nas escalas do mapeamento permitiu que a SEA obtivesse em seu 372

estudo maior precisão, permitindo identificar propriedades menores, justificando a diferença no custo do empreendimento. CONCLUSÕES A partir da leitura do Projeto Macacu e do projeto da SEA, pode-se inferir que ambos se assemelham em vários aspectos. Os dois trazem um estudo detalhado sobre toda a área envolvida na construção da barragem, levando em conta aspectos hidrológicos, hidráulicos, geológicos e sociais. Ambos apresentam um orçamento detalhado dos custos das desapropriações e das estruturas civis. A análise dos dois projetos permite concluir que a região estudada encontra-se sob forte déficit hídrico e que a tendência futura, caso não seja implantada a barragem para regularização de vazões, é de aumento do déficit. Por isso, esse barramento surge como uma alternativa, para que toda a região tenha o à quantidade de água necessária para a realização de suas atividades. A partir dos resultados de ambos os projetos pode-se avaliar a importância do COMPERJ no aumento da demanda de água, inclusive provocado pelo aumento populacional ocasionado pela geração de empregos e a perspectiva de instalação de novas indústrias. AGRADECIMENTOS À Coordenação do Projeto Macacu pela disponibilização do acervo bibliográfico e a CAPES pelo e financeiro, através do Programa Jovens Talentos para a Ciência, que viabilizou esse trabalho. REFERÊNCIAS CONCREMAT. Relatório de Impacto Ambiental – Rima Complexo Petroquímico do Rio de Janeiro. Relatório. Rio de Janeiro: CONCREMAT Engenharia e Tecnologia S.A. 2007. 149p. ECOLOGUS-AGRAR. Plano Diretor de Recursos Hídricos da Região Hidrográfica da Baía de Guanabara. Relatório. Rio de Janeiro: Consórcio Ecologus Engenharia Consultiva e Agrar Consultoria e Estudos Técnicos Ltda. 2003. 3087 p. SEA. Relatório de Estudos de Alternativas e Projeto Básico da Barragem do Guapi-Açu no rio de mesmo nome com vistas à ampliação da Oferta de Água para a Região do CONLESTE Fluminense. Relatório. Rio de Janeiro: Secretaria de Estado do Ambiente do Rio de Janeiro. 2012. 339p. UFF/FEC. Planejamento Estratégico da Região Hidrográfica dos Rios Guapi-Macacu e Caceribu-Macacu. Niterói: Universidade Federal Fluminense/Fundação Euclides da Cunha. 2010. 544p. Disponível em: . ado em junho de 2013.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

USO DE GEOPROCESSAMENTO PARA AVALIAÇÃO DA EXPANSÃO URBANA EM RIO DAS OSTRAS – RJ JULIANA HIGA BELLINI1, ÍTALO ITAMAR CAIXEIRO STEPHAN2 1 2

Geógrafa, mestranda em Arquitetura e Urbanismo, UFV/MG, (31)3892-6024, [email protected] Professor Doutor do Programa de Pós-Graduação em Arquitetura e Urbanismo, UFV/MG, (31) 3899-1975, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Desde os anos de 1980, em Rio das Ostras - RJ tem ocorrido um expressivo crescimento demográfico e um acelerado processo de expansão urbana, sem que necessariamente os moradores possam usufruir das benesses da urbanidade. Utilizando dados do Censo IBGE 2010 e técnicas de geoprocessamento para elaboração dos índices de densidade domiciliar e dos serviços de abastecimento de água por rede local e coleta de lixo por serviço público no nível de setores censitários, foi possível verificar uma distribuição espacial irregular desses serviços, que não acompanham a localização das maiores densidades domiciliares no município. Soma-se a esse cenário a expansão da malha urbana incentivada pela municipalidade. A análise dos indicadores aponta para a possibilidade de um maior adensamento nas áreas consolidadas se acompanhada de melhores serviços de abastecimento de água e coleta de lixo, de modo a não incentivar a expansão desnecessária da cidade, fenômeno que impacta diretamente no meio ambiente local, principalmente porque Rio das Ostras tem como principal vocação econômica o turismo sustentável e, desde 1997, ou a ser um município petro-rentista, o que fornece recursos financeiros para investimentos em políticas públicas. PALAVRAS-CHAVE: Adensamento urbano, indicadores, planejamento urbano.

USING GIS TOASSESS THE URBAN EXPANSION IN RIO DAS OSTRAS - RJ ABSTRACT: Since the 1980s, in Rio das Ostras - RJ happen a significant population growth and a fast process of urban expansion, without urbanity for the dwellers. Using data from IBGE Census 2010 and geoprocessing techniques for the development of index of domicile density, services of water supply and garbage collection to public service at Census tract level, we observed an unequal spatial distribution of these services, which does not follow the location the highest domicile densities. Furthermore, the urban expansion is encouraged by the municipality. The analysis of the indexes showed the possibility of a population density in consolidated areas if taken by better services of water supply and garbage collection, in order to not encourage unnecessary urban expansion, a phenomenon that impacts on the local environment, principally because in Rio das Ostras the main economic vocation is sustainable tourism and, since 1997, became a municipality that receive royalty, provide the municipality of resources for investment in public policies. KEYWORDS:Urban density, index, urban planning.

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INTRODUÇÃO Desde 1980, Rio das Ostras a por um intenso processo de urbanização e crescimento demográfico decorrentes, num primeiro momento, da reestruturação produtiva ocorrida no Estado do Rio de Janeiro que direcionou investimentos para o interior do Estado e, em um segundo momento, da descoberta de petróleo na Bacia de Campos e da instalação da Petrobrás em Macaé. A reestruturação produtiva do Rio de Janeiro facilitou o deslocamento de pessoas e produtos para o interior com uma série de investimentos, dentre eles a Ponte Rio-Niterói e a Rodovia Amaral Peixoto. A descoberta do petróleo na Bacia de Campos intensificou ainda mais a chegada de novos moradores para o interior do Estado, agora direcionados para a região Norte Fluminense devido à necessidade de trabalhadores, sobretudo aqueles qualificados para a cadeia produtiva petrolífera. Macaé, pela localização da sede da Petrobrás, e Campos dos Goytacazes pela estrutura de serviços e educacional/profissionalizante são os principais municípios desta região. Rio das Ostras, por ser município vizinho à Macaé, é atingido pela repercussão econômica do petróleo no Norte Fluminense. Nas décadas de 1970 e 1980 foi considerada cidade-dormitório de Macaé por abrigar muitos trabalhadores que optaram pelo deslocamento diário, já que Rio das Ostras oferecia um menor custo de vida e melhor qualidade de vida. Com o crescimento populacional e urbanização uma nova rede de comércio e serviços foi criada em Rio das Ostras para atender aos moradores, e o município garantiu maior autonomia em relação à Macaé, inclusive competindo com sua vizinha para atração de novas empresas. Assim, Rio das Ostras cresceu muito rápido física e populacionalmente, ando de 27.842 habitantes em 1996 para 74.750 habitantes em 2007 e em 2010 foram contabilizados 105.676 (IBGE). Este rápido crescimento urbano e populacional, apesar dos recursos dos royalties, (em 2008, os royalties recebidos por Rio das Ostras chegaram a R$ 429.035.290,26), o qual Rio das Ostras recebe desde 1997, não foram acompanhados de investimentos proporcionais em serviços e infraestrutura urbana. Como consequência, uma parte significativa do município não é atendida pelas benesses da urbanidade e esta situação se agrava em dois pontos: quando percebe-se que 94,5% (IBGE, 2010) dos moradores de Rio das Ostras moram na zona urbana e, portanto, muitos moradores não tem o a alguns serviços e infraestruturas urbanas e; por Rio das Ostras ser uma cidade balneária que tem no turismo sua principal vocação econômica, a falta de urbanidade afeta negativamente a qualidade ambiental na cidade e a qualidade de vida dos moradores, sendo que esta condição é intensificada na alta temporada turística (nos meses de dezembro e janeiro e nos eventos de carnaval, feriados e outros promovidos pela cidade, como o Festival de Jazz). A distribuição dos serviços e infraestrutura urbana em Rio das Ostras não é aleatória. São bairros e, às vezes setores dentro de bairros, que não recebem as mesmas qualificações físicas e de atendimento à população. Bairros onde os lotes são menos valorizados como o Âncora e Cidade Praiana são menos servidos, apesar da elevada densidade domiciliar. A expansão urbana em Rio das Ostras é outro elemento importante para compreensão da problemática de o aos serviços e infraestrutura urbana. O crescimento urbano espraiado é incentivado pelo município quando se verifica a ampla área de expansão urbana definida pelo Plano Diretor Participativo (2006) – ver figura 1 - a abertura de novos loteamentos e empreendimentos imobiliários nas franjas da cidade e a construção de vias que facilitam o deslocamento para o interior, como por exemplo a Rodovia do Contorno. 375

Figura 1 – Área urbana e de expansão em Rio das Ostras Entretanto, em Rio das Ostras esta pode não ser a melhor forma de crescimento urbano. Se nem mesmo a área urbana consolidada, com a valorização dada pela especulação imobiliária, tem recebido serviços e infraestrutura, a área de expansão urbana, que tem sido ocupada por classes menos abastadas, esta ainda mais vulnerável. O espraiamento da cidade pode também não ser a melhor opção quando se observa o município como um todo, destacando-se a pressão que a área de expansão urbana exerce sobre a zona rural e sobre as unidades de conservação distribuídas no município. Assim, ao analisarmos os dados de abastecimento de água, esgotamento sanitário e de coleta de lixo e relacioná-los com a densidade domiciliar por setor censitário verifica-se a possibilidade de adensamento nas formas do Novo Urbanismo, onde a cidade compacta é tida como uma possibilidade de crescimento urbano com menor custo de distribuição dos serviços e infraestrutura e menor impacto ambiental. As vantagens de um maior adensamento também estão relacionadas à redução do número de viagens e, por isso, diminuição da emissão de poluentes, proteção das áreas rurais e diversidade cultural e social (MANCINI, 2008). Neste sentido, este artigo contribui apresentandoa possibilidade de adensamento urbano em localizações estratégicas. Porém, esta é uma decisão da municipalidade e que para concebê-la terá de enfrentar todo um contexto social,econômico e político onde a especulação imobiliária e seus grandes empreendedores dão a tônica. MATERIAL E MÉTODOS A proposta de adensamento urbano em Rio das Ostras foi baseada na relação entre os índices de abastecimento de água, esgotamento sanitário e coleta de lixo com a densidade domiciliar, sem levar em conta a estrutura das redes de distribuição. Esta escolha é justificada quando se observam os mapas dos índices que, fora o índice de coleta de lixo, não tem se aproximado das condições de universalização no município, ou seja, de maneira que todos os moradores tenham o. Por isso, a estrutura das redes de distribuição não foi considerada como um fator limitante para o adensamento urbano, já que ainda deve ser instalada e, portanto, tem o potencial de ser dimensionada para uma população desejada pelo planejamento urbano municipal. Para a elaboração dos índices foram sistematizados os dados dos setores censitários de Rio das Ostras levantados no Censo do IBGE de 2010. Para os dados de abastecimento de 376

água foram considerados os levantamentos de serviço de abastecimento por rede geral e por poço ou nascente; para a coleta de lixo foi considerado aquele realizado por serviço de limpeza; para o esgotamento sanitário foram considerados os serviços de rede geral e por fossa séptica e; foram considerados todos os domicílios particulares permanentes, isto é, que estavam sendo utilizados como habitação no momento da pesquisa. Estes dados foram tabulados e inseridos no mapa de setores censitários fornecido pelo IBGE por meio de procedimentos com metadados no software Arcgis 10.1. Posteriormente, foram realizadas classificações dos dados normalizados pelo número de domicílios dos setores censitários, gerando os mapas de Abastecimento de água por rede geral, abastecimento de água por fossa séptica, coleta de lixo por serviço de limpeza, esgotamento sanitário por rede geral, esgotamento sanitário por fossa séptica e densidade domiciliar média. RESULTADOS E DISCUSSÃO Na figura 2 é possível perceber que não há muitos setores censitários com alta densidade domiciliar (entre 3,18 e 3,78 habitantes), estando os setores nesta condições localizados na zona de expansão urbana ou zona rural. Por serem estas zonas menos ocupadas, os setores são grandes espacialmente posto que um dos critérios do IBGE para delimitar um setor censitário é capacidade de operacionalização da coleta de dados. Também se verifica a formação de um mosaico de setores censitários com maior ou menor densidade domiciliar, não havendo, portanto uma clara definição das áreas mais densamente povoadas, exceto em alguns bairros periféricos.

Figura 2 – Densidade domiciliar média em Rio das Ostras A figura 3 demonstra que o abastecimento de água por rede geral está concentrado na área central e sudoeste do município e em uma área rural a noroeste, cuja excepcionalidade está sendo investigada. Dessa forma, percebe-se que o abastecimento de água por rede geral ainda está longe de sua universalização em Rio das Ostras. É importante salientar que muitos loteamentos novos tem desrespeitado a lei 6766/79 – dispõe sobre o parcelamento do solo urbano e dá outras providências - no que tange a oferta de serviço de fornecimento de água e infraestrutura de rede de distribuição de água, como é possível verificar o tom mais claro nos setores censitários que mais avançam para o interior do município.

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Figura 3 – Abastecimento de água por rede geral em Rio das Ostras De maneira complementar, a figura 4 revela que, nos locais onde não há abastecimento de água por rede geral, a principal forma utilizada nos domicílios é por poço ou nascente, estando presente inclusive em bairros onde o lote é mais caro, como o Costa Azul. O abastecimento de água por poço ou nascente pode ocasionar uma série de problemas ambientais se não for acompanhado de perto pela municipalidade, como poluição e rebaixamento dos lençóis freáticos.

Figura 4 – Abastecimento de água por poço ou nascente em Rio das Ostras A coleta de lixo foi o indicador analisado que mais se aproximou de condições de universalização em Rio das Ostras, como apresenta a figura 5, sobretudo nos setores censitários de urbanização consolidada e em alguns enclaves sob investigação. Por outro lado, os setores mais periféricos e a área rural apresentaram menor porcentagem de domicílios servidos de coleta de lixo, assim pode-se dizer que a coleta de lixo universalizada é uma característica da área urbana e não da área rural ou de expansão urbana.

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Figura 5 – Coleta de lixo em Rio das Ostras O esgotamento sanitário é um sério problema urbano em Rio das Ostras. A figura 6 apresenta uma baixa distribuição do serviço no município, não atendendo nem mesmo a área mais central. O único bairro onde é possível verificar o completo atendimento de esgoto por rede geral é no Jardim Marileia. A falta de esgotamento sanitário em um município que cresce e se desenvolve como Rio das Ostras demanda uma gestão pública proporcional para gerir o impacto ambiental causado, que é agravado por Rio das Ostras ser um município balneário e cuja vocação econômica é baseada no turismo.

Figura 6 – Esgotamento sanitário por rede geral em Rio das Ostras A forma encontrada em muitos domicílios para suprir a falta de esgotamento sanitário por rede geral foi o sistema de fossa séptica, como é possível visualizar na figura 7, com destaque para os setores censitários que avançam para o interior do município, indicando mais uma vez que os novos loteamentos não tem respeitado a lei 6766/79.

379

Figura 7 – Esgotamento sanitário por fossa séptica em Rio das Ostras Por meio da análise das seis figuras foi possível verificar que a demanda por serviços e infraestrutura urbana, sobretudo aqueles apresentados pelos indicadores, é muito maior do que o planejamento e gestão urbanos têm ofertado aos moradores de Rio das Ostras. A permissividade em relação à abertura de novos loteamentos sem a disponibilidade de serviços e infraestrutura urbana tende a agravar a situação, posto que estes loteamentos avançam para a área rural e se aproximam de unidades de conservação, impactando negativamente. Também a falta de regulamentação em relação ao preço da terra torna os valores dos lotes da área urbana proibitivos para uma parcela da população que a a ocupar as franjas da cidade, ainda que nesta periferia não existam serviços e infraestruturas urbanas adequadas. Para Monte-Mór (2006), o zoneamento e a regulação do solo urbano visam resolver uma contradição do sistema capitalista relacionada ao conflito entre a propriedade privada e as demandas sociais da população. Em Rio das Ostras este conflito é mediado pela prefeitura quando estabelece uma larga faixa para expansão urbana, ampliando assim os ganhos dos empreendedores imobiliários e, ao não provir esta área de urbanidade, valoriza ainda mais as áreas centrais. Em uma leitura marxista do espaço urbano, Harvey (1980) entende que um Estado que seja mediado por relações capitalistas fornece à população apenas o mínimo para reprodução da força de trabalho, distante da perspectiva de ampliação da qualidade de vida da população e da preocupação com as questões ambientais, a menos que o impacto negativo afete os ganhos econômicos. A perspectiva de permanência do crescimento demográfico e de expansão da urbanização em Rio das Ostras permite um prognóstico pessimista e um agravo nesta situação, tendo em vista que a chegada de mais moradores exigirá mais moradias, mais serviços e mais infraestrutura de um município que não tem respondido em proporção e em qualidade nem mesmo aos moradores atuais, ainda que haja recursos financeiros dos royalties para a ampliação da qualidade de vida da população. Piquet (2004) denominou a falta de capacidade das municipalidades em gerenciar as necessidades e os recursos como “desafio da abundância” pois, mesmo havendo recursos não se verifica melhoras proporcionais nas condições de vida dos moradores das cidades petrorentistas. Givisiez e Oliveira (2007) encontraram em suas pesquisas uma relação exatamente inversa, onde os municípios que mais recebem royalties são aqueles que apresentam os piores índices de pobreza. 380

Neste sentido, propõe-se à municipalidade incentivar o maior adensamento na área urbana, considerando a baixa verticalização no município, principalmente nos bairros centrais. O adensamento tem sido revisto pela gestão municipal, como é possível verificar nas leis 1471/2010 – dispõe sobre o zoneamento municipal – e 1472/2010 – dispõe sobre o parcelamento e uso do solo em área urbana, de expansão urbana e rural – que substitui a lei 202/96, ampliando as taxas de verticalização. Contudo, o adensamento deve ser permitido em locais estratégicos, com facilidade de deslocamento para os moradores, sem que interfira na ambiência, onde a caixa de rua permita a verticalização e dimensionando adequadamente a infraestrutura de distribuição dos serviços de água e esgoto por rede geral. Tendo em vista que muitos serviços e infraestruturas ainda não foram disponibilizados à população, Rio das Ostras tem a chance de planejar adequadamente o crescimento e o adensamento da cidade, com redução de custos financeiros e ambientais. Há estudos (MASCARÓ, 1989) que dimensionam os custos do desenvolvimento urbano para diferentes níveis de adensamento, por hectare e por habitante e que podem ser utilizados como metodologia para avaliação dos custos de expansão urbana. Em visita aos bairros do Jardim Marileia e Costa Azul, que apresentaram melhores serviços e infraestrutura urbana segundo os indicadores analisados, foi possível verificar iniciativas pontuais de verticalização, que ampliarão a capacidade de adensamentos, entretanto são ainda a minoria das edificações, como é possível visualizar nas imagens 1 e 2:

Imagem 1 – Verticalização no Jardim Marileia Fonte: Juliana Higa Bellini, 11/08/2013

Imagem 2 – Verticalização no Costa Azul Fonte: Juliana Higa Bellini, 11/08/2013

381

Assim, foi possível perceber a possibilidade de reduzir o espraiamento da área urbana com o adensamento, de forma a diminuir os impactos negativos da urbanização sobre a zona rural e sobre as unidades de conservação. A análise da área de expansão urbana de Rio das Ostras também suscita críticas a respeito do zoneamento e da restrita funcionalidade dos espaços, uma vez que os novos loteamentos tem somente a função de uso residencial, sem uso misto ou comercial. Este tipo de zoneamento hierarquiza os espaços urbanos segundo o papel funcional no processo de produção e as dificuldades de deslocamento e ibilidade intensificam a segregação urbana. Em relação aos impactos negativos da urbanização espraiada, Ojima (2008) aponta que este tipo de crescimento aumenta a distância entre os núcleos urbanos e, consequentemente, aumenta a distância dos deslocamentos dos moradores e a demanda pelo uso dos meios de transporte coletivo e individual. Esta última forma de deslocamento tem sido bastante utilizada, inclusive pelas camadas menos abastadas economicamente, principalmente pelas políticas governamentais de incentivo à indústria automotiva. O crescimento urbano espraiado também necessita de uma maior rede de distribuição de água o que por sua vez amplia as possibilidades de desperdício ao longo do sistema de abastecimento. Podem ser encontradas outras relações entre o crescimento urbano espraiado e diferentes tipos de impactos ambientais negativos, como o estudo de Ewing, Pendall e Chen (2002) que estabelece a relação entre o índice de dispersão urbana e a concentração de ozônio troposférico, ou seja, o ozônio produzido a partir dos gases do efeito estufa (GEE) que se concentram nas camadas mais baixas da atmosfera e se tornam um perigoso poluente, ou a pesquisa de McCann e Ewing (2003) que relaciona índices de maior obesidade em pessoas que residem em áreas de urbanização dispersa por caminharem menos. Em suma, a leitura ambiental sobre os espaços urbanos requer não somente o desenvolvimento técnico e tecnológico que diminuam o impacto ambiental negativo que as áreas urbanas causam, mas também uma reflexão sobre a relação entre a forma da urbanização e seus impactos e como os interesses econômicos, sociais e políticos tendem a viabilizam mais determinadas formas que nem sempre tem como objetivo a melhora na qualidade ambiental e de vida dos moradores. CONCLUSÕES Os fenômenos de rápido crescimento demográfico e acelerada urbanização em Rio das Ostras são recentes, mas com elevada magnitude. Esta última característica levou a um descomo entre as necessidades dos moradores e a capacidade de planejar e gerenciar o espaço urbano, apesar de haver recursos financeiros oriundos dos royalties. Por outro lado, o fato da urbanização recente ainda não ter levado a urbanidade para a maior parte dos domicílios, oferece à Rio das Ostras a capacidade de planejar o crescimento urbano desejado e realizar a um custo mais baixo tendo em vista que ainda deve ser implantado e não readequado. Neste estudo, sugere-se o adensamento urbano nos bairros do Jardim Marileia e do Costa Azul por possuírem características que permitem o adensamento se vierem acompanhados de uma infraestrutura de abastecimento de água e esgotamento sanitário adequados ao número de moradores. A opção pelo adensamento urbano pode diminuir a pressão do espraiamento quando oferta moradias em áreas urbanas consolidadas, o que acarretaria menor pressão sobre a área rural e sobre algumas unidades de conservação, assim como reduz a necessidade de longos deslocamentos da população. Em outra medida, a opção pelo adensamento ainda provocaria a diminuição da capacidade de valorização das áreas centrais. 382

Contudo, esta escolha depende de capacidade técnica, investimento público e vontade política, uma vez que a municipalidade terá de enfrentar especuladores e investidores imobiliários que tem muito a ganhar com a formação de novos loteamentos e que direcionam os investimentos públicos, principalmente aqueles associados a oferta de serviços e infraestrutura coletiva para os interesses capitalistas. AGRADECIMENTOS Agradecimentos a CAPES pelo financiamento desta pesquisa, ainda em andamento, à Universidade Federal de Viçosa – UFV, ao Departamento de Arquitetura e Urbanismo – DAUe ao Programa de Pós-Graduação em Arquitetura e Urbanismo pelo apoio e fornecimento de estrutura física e humana. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS EWING, R.; PENDALL, R.; impacts.SmartGrowthAmerica, 2002.

CHEN,

D.

Measuring

sprawl

and

its

GIVISIEZ, G. H.N.; OLIVEIRA, E. L. A pobreza e a riqueza nas cidades do petróleo. In: PIQUET & SERRA (Org.). Petróleo e Região no Brasil – o desafio da abundância. Rio de Janeiro: Garamond, 2007, p. 139 – 168. HARVEY, D. A justiça social e a cidade. São Paulo, Hucitec, 1980. IBGE – Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. Dados do Universo. Censo demográfico 2010. BRASIL. Lei Nº 6766. Dispõe sobre o parcelamento do solo urbano e dá outras providências. Brasília, 1979. Disponível em . o em 21 de julho 2013. RIO DAS OSTRAS. Lei complementarNº004. Dispõe sobre o Plano Diretor, o sistema e o processo de planejamento e gestão do desenvolvimento urbano do Município de Rio das Ostras. Rio das Ostras, 2006. Disponível em . o em 08 de setembro 2012. ______________. Lei Nº 1471. Dá nova redação à Lei Complementar 007/2008. Institui o Código de Zoneamento do Município de Rio das Ostras. Rio das Ostras, 2010. Disponível em . o em 08 de setembro de 2012. ______________. Lei Nº 1472. Revoga a Lei Nº 202/96 e regula o parcelamento e uso do solo, para fins urbanos no Município de Rio das Ostras. Rio das Ostras, 2010. Disponível em . o em 08 de setembro de 2012. MANCINI, G. A. Avaliação dos custos da urbanização dispersa no Distrito Federal. Dissertação de mestrado, Universidade de Brasília, UNB, 2008.

383

MASCARÓ, J. L. Desenho urbano e custo da urbanização. 2º edição. Porto Alegre: D. C. Luzzatto, 1989. MCCANN, B. A.; EWING, R. Measuring the health effects of sprawl: a national analysis of physical activity, obesity and chronic disease. Smart Growth America, Washington: Surface Transportation Policy Project, 2003. MONTE-MÓR, R. L. As teorias urbanas e o planejamento urbano no Brasil. In. DINIZ, C.C. & CROCCO, M. A. (eds.) Economia regional e urbana: contribuições teóricas recentes.Belo Horizonte, editora UFMG, 2006, p. 61-85. OJIMA, R. Novos contornos do crescimento urbano brasileiro? O conceito de urbansprawl e os desafios para o planejamento regional e ambiental. Revista GEOgrahia, Niterói, vol.10, n. 19, p. 46-59, 2008. PIQUET, R. Norte Fluminense: mudanças e incertezas na era do petróleo. Revista de Desenvolvimento Econômico, Salvador, ano IV, n. 9, p. 27-35, 2004.

384

I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

COMPARAÇÃO DA DEGRADAÇÃO E DA FOTODEGRADAÇÃO DO AZUL DE METILENO UTILIZANDO ÓXIDO DE CROMO(III) RECUPERADO THALLIS MARTINS SOUZA1, ADELIR APARECIDA SACZK2, ZUY MARIA MAGRIOTIS3, PRISCILA FERREIRA DE SALES4, MARCO ANTONIO ALVES SALES5, RICARDO FELIPE RESENDE 6 1

Mestrando em Agroquímica, Universidade Federal de Lavras, (35) 3829-1124, [email protected] Professora Adjunta, Universidade Federal de Lavras, (35) 3829-1876, [email protected] 3 Professora Adjunta, Universidade Federal de Lavras, (35) 3829-1889, [email protected] 4 Doutoranda em Agroquímica, Universidade Federal de Lavras, (35) 3829-1124, [email protected] 5 Graduando em Química, Universidade Federal de Lavras, (35) 3829-1124, [email protected] 6 Mestrando em Agroquímica, Universidade Federal de Lavras, (35) 3829-1124, [email protected] 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Neste trabalho foi realizado um estudo comparativo da degradação do corante azul de metileno (AM) na presença e ausência da radiação UV. As cinéticas de degradação foram realizadas em batelada à temperatura ambiente (25 ± 1°C) em incubadora shaker a 200 rpm. Alíquotas de 5,0 mL de solução de AM 25 mg L-1 em pH 3 foram colocadas em contato com 100 µL de H2O2 30,0%(v/v) e 50 mg de óxido de cromo recuperado (Cr2O3). As amostras foram retiradas no intervalo de tempo situado entre 0,25 e 24 horas e as concentrações remanescentes foram determinadas por espectroscopia na região do UV-visível em 662 nm. Os resultados da porcentagem de remoção de AM foram de 98% e de 95% para os respectivos tempos de equilíbrio de 6 horas e de 10 horas, nos processos desenvolvidos na ausência e presença de radiação UV, respectivamente. Diante dos resultados obtidos, pode-se inferir que o processo de degradação na presença a radiação UV apresentou uma cinética mais lenta, o que corrobora com outros trabalhos reportados na literatura. PALAVRAS–CHAVE: catálise heterogênea, fotodegradação, óxido de cromo(III)

COMPARISON OF DEGRADATION AND PHOTODEGRADATION OF METHYLENE BLUE USING RECOVERED CHROMIUM(III) OXIDE ABSTRACT: In this work was realized a comparative study in degradation of methylene blue (MB) with and without UV radiation. The kinetics of degradation were carried out at room temperature (25± 1°C) on incubator shaker to 200 rpm. Aliquots of 5,0 mL of MB solution 25 mg L-1 at pH 3 were kept in with 100 µL of H2O2 30,0%(v/v) and 50 mg of recovered chromium(III) oxide (Cr2O3). Samples were retired between 0,25 and 24 h and final concentrations were determined by Visible-UV spectroscopy at 662 nm. The results of removal percentage of MB were 98% and 95% for the respective equilibrium times of 6h and 10h, the processes developed in the absence and presence of UV radiation, respectively. Hence, these results can concluded that the process of degradation with UV radiation showed a slower kinetic than degradation in absence UV radiation, according with reported works in literature. KEYWORDS: heterogeneous catalyses, photodegradation, chromium(III) oxide

385

INTRODUÇÃO A água é um recurso vulnerável e de fundamental importância para a conservação da vida e do meio ambiente. Seus múltiplos usos são indispensáveis a um largo espectro das atividades humanas, as quais destacam o abastecimento público e industrial, bem como a preservação da vida aquática (ARULKUMAR et al., 2011). Verifica-se, entretanto, que sua disponibilidade e qualidade têm sido afetadas pela maneira inadequada em que é utilizada nos mais diversificados segmentos. Dentre os setores que contribuem nesse sentido, destaca-se a contaminação proveniente de descargas de corantes e pigmentos empregados ao longo dos processos industriais produtivos. Os corantes são compostos orgânicos que podem colorir outras substâncias. Essas substâncias estão presentes usualmente nas águas de efluentes de muitas indústrias, tais como as têxteis, de cosméticos, couros, alimentícias e de plásticas (OZER et al., 2007; WENG et al., 2009). As estruturas complexas aromáticas das moléculas de corantes fazem deles mais estáveis e mais difíceis de serem removidos quando os efluentes são descarregados em corpos d’água. O uso extensivo dos mesmos pode causar problemas ambientais no ecossistema, uma vez que além de impedir a penetração da luz solar na água e reduzir a atividade da fotossintética, interferindo desse modo no crescimento da biota, são também responsáveis pela alteração da aparência do ambiente (HAN et al., 2009). Diante da vasta quantidade de corantes empregada, o azul de metileno (AM) tem sido selecionado como molécula modelo pra validar o potencial da remoção de corantes de águas contaminantes, tornando-se foco de uma ampla variedade de pesquisas (HAN et al., 2009). O corante azul de metileno empregado como molécula modelo de contaminante Pode ser definido quimicamente como “cloridrato de metiltiamina” ou (cloreto de 3,7bis(dimetilamino)-fenotiazin-5-io). Trata-se de um corante catiônico, ou seja, que em solução aquosa dissocia-se em ânions cloreto e cátions azul de metileno. É uma molécula orgânica heteroaromática de fácil solubilidade em água e de massa molecular 319,50 g mol-1 (MSDS, 2008). Dentre as técnicas que podem ser empregadas no tratamento de águas contaminadas e que incluem a coagulação, a precipitação química, a filtração em membrana, a extração com solvente, a osmose reversa e a adsorção, foca-se no presente estudo, a utilização dos processos oxidativos avançados (POAs) (LIU et al., 2010). Os POAs podem ser definidos como tecnologias que utilizam um agente oxidante forte, (ozônio, peróxido e/ou catalisadores), na presença ou não de forte irradiação (UV), para gerar radicais livres altamente reativos em um processo que pode conduzir à degradação completa e à conversão da maioria dos contaminantes orgânicos a CO2 e H2O e sais inorgânicos. Em geral estas tecnologias podem ser consideradas como limpas por não introduzirem produtos químicos que precisam ser retirados posteriormente. Além disso, os mesmos não permitem a transferência de fase do poluente, além de poderem ser realizados à pressão e temperatura ambiente (DEZOTTI, 2008). Vale salientar, entretanto que há uma busca crescente por catalisadores que sejam eficientes e economicamente viáveis e que tem se tornado alvo de pesquisas recentes, em que se destacam os metais de transição, com ênfase para o cromo III, já que o mesmo pode ativar H2O2 na geração de OH• durante a etapa de oxidação de Cr(III) a Cr(VI) (BOKARE & CHOI, 2011). Nessa perspectiva, este trabalho teve como objetivo realizar um estudo comparativo da degradação do corante azul de metileno (AM) na presença (fotodegradação) e ausência (degradação) da radiação UV. 386

MATERIAL E MÉTODOS Síntese do catalisador Um resíduo contendo Cr(VI), recolhido pelo Laboratório de Gestão de Resíduos Químicos (LGRQ/UFLA) com volume de 4,0 L, pH 1 e coloração vermelho-alaranjado, foi tratado pela adição de NaHSO3 sólido até a alteração da coloração para verde. Em seguida, o pH foi ajustado para 8 com adição de solução de NaOH 50,0% (m/v) até a formação de precipitado de Cr(OH)3, sendo posteriormente filtrado. A síntese do Cr2O3 foi obtida mediante a calcinação do Cr(OH)3 em forno mufla a 800°C por 3 horas com taxa de aquecimento correspondente a 10°C min-1. Cinéticas de degradação Os experimentos de degradação foram realizados em batelada à temperatura ambiente (25 ± 1°C), em 200 rpm. Alíquotas de 5 mL de solução de azul de metileno na concentração de 25 mg L-1 e pH 3, foram colocadas em contato com 0,050 ± 0,005 g do Cr2O3 e 100 µL de H2O2, em uma cinética monitorada entre 0,25 e 24 horas. As reações fotocatalisadas foram realizadas numa mesa agitadora, em que a irradiação UV era fornecida por uma lâmpada de médio vapor de mercúrio de 20W, localizada na parte superior de um reator cúbico. As amostras retiradas em intervalos de tempo definidos tiveram suas concentrações remanescentes determinadas por meio de espectroscopia na região do UV-visível, em comprimento de onda de 662 nm no equipamento Femto 800 XI. A Equação 1 representa a relação para a determinação da porcentagem de degradação do corante realizada na ausência e na presença de radiação UV.

%Degradação=

Ci − Ct x100 Ci

(1)

Em que Ci é a concentração inicial do corante (mg L-1) and Ct é a concentração do corante (mg L-1) no tempo t. Todos os experimentos foram conduzidos em duplicata a fim de permitir a reprodutibilidade dos resultados. RESULTADOS E DISCUSSÃO As soluções diluídas do corante utilizado nos estudos de degradação foram preparadas a partir de uma solução estoque de AM na concentração correspondente a 2000 mg L-1 (Quimios). Sua estrutura química, bem como suas propriedades e características são descritas na Tabela 1. Tabela 1 – Propriedades e características do corante azul de metileno Nome Genérico Azul de Metileno

Nome Químico (IUPAC) cloreto de 3,7-Bis (dimetilamino) fenilatianium

Número CAS

C.I.

Fórmula química

61-73-4

52015

C16H18ClN3S

Peso molecular (g mol -1) 319,85

387

O valor natural do pH do corante foi de aproximadamente 5,5 e este foi ajustado para 3 empregando HCl concentrado. A Figura 1 ilustra a forma estrutural da molécula do corante utilizado.

Figura 1 – Representação estrutural do corante azul de metileno. (Fonte: YANG et al., 2011) As cinéticas de degradação (Cr2O3/H2O2) e de fotodegradação (Cr2O3/H2O2/UV) do corante azul de metileno são mostradas na Figura 2.

Figura 2 – Comparação das cinéticas de degradação e fotodegradação do corante azul de metileno empregando Cr2O3 como catalisador. Conforme pode ser observado na Figura 2, ambos os processos se mostraram eficientes para a degradação do corante em estudo, contando com remoções percentuais médias de 98% e 95% para os respectivos processos de degradação e fotodegradação, cujos respectivos tempos de equilíbrio foram de 6 horas e 10 horas. Os resultados experimentais obtidos da degradação do corante foram ajustados aos modelos de pseudoprimeira ordem, pseudossegunda ordem e primeira ordem combinada, cujas respectivas equações 2, 3 e 4 são demonstradas a seguir. 7

X7 = X5 «1 − »¼½7® X7 =

8¼,7£¾

(3)

£¾

X7 = 8 exp8 + ; exp ; Em que

(2)

(4)

ρ (min) e k (mg L-1 min-1) são as constantes cinéticas das reações de 388

pseudoprimeira ordem e pseudossegunda ordem, respectivamente; k1 (min-1) e k2 (min-1) as constantes da reação combinada; co, c1 (mg L-1) e c2 (mg L-1): concentração inicial do corante azul de metileno; θ a constante associada à capacidade oxidativa do sistema. Os coeficientes de correlação obtidos para o ajuste dos dados cinéticos aos modelos descritos são mostrados na Tabela 3. Tabela 3 – Coeficientes de correlação obtidos para o ajuste dos dados aos modelos cinéticos Modelo cinético

Coeficiente de correlação (r) Degradação Fotodegradação 0,9935 0,9916 0,9685 0,7718 0,9983 0,9961

Pseudoprimeira ordem Pseudossegunda ordem Primeira ordem combinada

Os resultados obtidos permitem inferir que a radiação UV não ocasionou mudanças quanto ao ajuste dos dados experimentais aos modelos cinéticos, uma vez que é possível inferir pela análise da Tabela 1 que em ambos os processos a remoção do corante azul de metileno se ajustou de maneira mais adequada ao modelo de primeira ordem combinada, o que permite inferir que os processos em estudo seguem duas reações de degradação paralelas. Os resultados dos dados experimentais podem então ser verificados pela análise da Figura 3 e 4, as quais mostram os ajustes para as reações de degradação e fotodegradação. 30 Dados experimentais Pseudoprimeira ordem Pseudossegunda ordem Primeira ordem combinada

25

Ce (mg L-1)

20 15 10 5 0 0

200

400

600

800

1000

1200

1400

Tempo (min)

Figura 3 – Ajuste dos dados experimentais aos modelos cinéticos da degradação do corante azul de metileno

389

30 Dados experimentais Pseudoprimeira ordem Pseudossegunda ordem Primeira ordem combinada

25

Ce (mg L-1)

20 15 10 5 0 0

200

400

600

800

1000

1200

1400

Tempo (min)

Figura 4 – Ajuste dos dados experimentais aos modelos cinéticos da fotodegradação do corante azul de metileno. CONCLUSÕES Os resultados permitem concluir que o catalisador de Cr2O3 obtido a partir da calcinação do Cr(OH)3 se mostrou eficiente nos dois processos estudados, contando com resultados promissores e eficiências correspondentes a 98% e de 95% para os respectivos processos de degradação e fotodegradação. Os tempos de equilíbrio de 6 horas e de 10 horas, nos processos desenvolvidos na ausência (degradação) e presença de radiação UV (fotodegradação) possibilitam inferir que a cinética de remoção do corante mediante a presença de luz apresentou uma velocidade menor, embora tenha sido verificado que em ambos os processos o modelo cinético de primeira ordem combinada foi o que ajustou de maneira mais adequada aos dados experimentais. Tais resultados mostraram que os processos estudados podem ser definidos como ambientalmente favoráveis, visto que além de permitirem a agregação de valor a um resíduo coletado pelo LGRQ/UFLA, contribuiu para a minimização dos impactos ambientais provenientes do descarte de resíduos que contém corantes em seus efluentes. AGRADECIMENTOS CNPq, CAPES, FAPEMIG, FINEP, PROGPLAG/UFLA, LGRQ/UFLA. REFERÊNCIAS ARULKUMAR, M.; SATHISHKUMAR, P.; PALVANNAN, T. Optimization of Orange G dye adsorption by activated carbon of Thespesia populnea pods using response surface methodology. Journal of Hazardous Materials, v. 186, n. 1, p. 827-834, fev. 2011. BOKARE, A.D.; CHOI, W. Advanced oxidation process based on the Cr(III)/Cr(VI) redox cycle. Environmental Science and Technology, v. 45, p. 9332-9338, out. 2011.

390

HAN, R.; WANG, Y.; ZHAO, X.; WANG, Y.; XIE, F.; CHENG, J.; TANG, M. Adsorption of methlylene blue by phoenix tree leaf powder in a fixed-bed column: experiments and prediction of breakthrough curves, Desalination, v. 245, n. 1-3, p. 284-297, dez. 2009. LIU, Y.; ZHENG, Y.; WANG, A. Enhanced adsorption of Methlylene Blue from aqueous solution by chitosan-g-poly (acrylic acid)/vermiculite hydrogel composites, Journal of Environmental Sciences, v. 22, n. 4, p. 486-493, 2010. ÖZER, A.; DURSUN, G., Removal of methylene blue from aqueous solution by dehydrated wheat bran carbon, Journal of Hazardous Materials, v. 146, n. 1-2, p. 262-269, jul. 2007. DEZOTTI, M. Processos e técnicas para o controle ambiental de efluentes líquidos. Rio de Janeiro, E-papers Serviços Editoriais Ldta., 2008. WENG, C-H.; LIN, Y-T.; TZENG, T-W, Removal of methylene blue from aqueous solution by adsorption onto pineapple leaf powder, Journal of Hazardous Materials, v. 170, n. 1, p. 417-424, out. 2009. YANG, S-T.; CHEN, S.; CHANG, Y.; CAO, A.; LIU, Y.; WANG, H. Removal of methylene blue from aqueous solution by graphene oxide. Journal of Colloid and Interface Science, v. 359, n. 1, p. 24-29, jul. 2011.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

LOGÍSTICA REVERSA NA DESTINAÇÃO FINAL DE RESÍDUOS DE ÓLEO LUBRIFICANTE TAMMY CAROLINE LIMA DE JESUS1, EDNILTON TAVARES DE ANDRADE2, ANTONIO CARLOS DUTRA3 1

Eng. de Produção, Mestrado em Eng. de Biossistemas, PGEB - Universidade Federal Fluminense, [email protected] D.Sc. em Eng. Agrícola, PGEB - Universidade Federal Fluminense, [email protected] 3 Estudante Eng. Agrícola, Universidade Federal Fluminense 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: São muitos os impactos ambientais provenientes de atividades da troca de óleos lubrificantes automotivos em postos de combustíveis, devido, principalmente, ao descarte inadequado do óleo lubrificante e de suas embalagens. O presente estudo teve como finalidade analisar a implantação da logística reversa na destinação final dos resíduos de embalagens, e como estes podem ser reaproveitados. O estudo explorou os conceitos de resíduos de óleo lubrificante designando-os à um tratamento correto e propondo como uma das possíveis soluções ao problema, a logística reversa, que busca reinserir os produtos na cadeia econômica visando minimizar o descarte e incentivar um consumo consciente tanto da população como das empresas fabricantes. Foram apresentados os impactos ambientais associados à disposição do resíduo de embalagens de óleos lubrificantes automotivos. Como estudo de caso foram analisadas as embalagens coletadas em um posto de combustível buscando quantificar em número e volume os resíduo gerados nesta atividade, ou seja, o resíduo de óleo lubrificante desperdiçado. Desta forma, foi calculado também quanto tempo é necessário para retirar o óleo residual do interior da embalagem. Como resultado, tem-se que em embalagens de 1L de lubrificante restam aproximadamente 20 ml de óleo lubrificante. PALAVRAS–CHAVE: Óleo lubrificante, logística reversa, impactos ambientais.

REVERSE LOGISTICS IN THE DISPOSAL OF RESIDUE LUBRICATING OIL ABSTRACT: Many environmental impacts from activities of exchange of automotive lubricants oils in gas stations, due to improper disposal of lubricating oil and its packaging. The present study has the finality to analyze the implementation of reverse logistics in the disposal of these residue and their packaging, and how these can be availed. The study explored the concepts of residue lubricating oil designating them to the correct treatment and proposed as a possible solution to the problem, reverse logistics, seeking to reenter the product in the economic chain to minimize the disposal and encourage conscious consumption of both population as of the manufacturers. Were presented the environmental impacts associated with the disposal of packaging residue automotive lubricants oils. As a case study we analyzed the packaging collected at a gas station in seeking to quantify the number and volume residue generated in this activity, in other words, the residue lubricating oil wasted. So, was also calculated how much time is required to remove residual oil from inside the package. As a result, it follows that in packages of 1L of lubricant remaining approximately 20 ml of lubricating oil. KEYWORDS: Lubricating oil, reverse logistics, environmental impacts.

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INTRODUÇÃO A preservação do meio ambiente tem demonstrado ser um assunto de extrema importância na sociedade. Os problemas ambientais vêm sendo discutidos por empresas de diversos segmentos, no intuito de se tomarem medidas que reduzam a degradação dos ecossistemas. A extinção de diversas espécies animais e vegetais, a poluição dos recursos hídricos, juntamente com o consumo excessivo dos recursos energéticos não renováveis, é reflexo de um modelo econômico desequilibrado, que hoje é considerado insustentável. Este modelo desequilibrado surgiu através da busca a qualquer preço dos seres humanos em encontrar tecnologias que garantissem seu bem-estar. É neste contexto que surgem os automóveis. Segundo Giucci (2004), desde que foi inventado na Europa no final do século XIX, o automóvel conquistou o mundo, invadiu as cidades e se transformou num protagonista da vida cotidiana. A quantidade de veículos que circulam nas ruas tem sido crescente, tornando assim enorme a quantidade de óleo lubrificante automotivo utilizado, que é descartado, juntamente com suas embalagens plásticas em diversos lugares das cidades. Em 2012, foram comercializados 1.412.731.489 milhões de litros de óleo lubrificante (SINDICOM, 2012). O óleo lubrificante é vendido em postos de combustíveis, onde as embalagens do produto pós-consumo, contaminadas com resíduo oleoso, são reservadas em um local específico até serem coletadas por empresas recicladoras ou são enviadas para lixões ou aterros sanitários, que é o que acontece na maioria das vezes. De acordo com Xavier et al. (2004), a presença de óleo lubrificante remanescente nos frascos de PEAD impõe periculosidade ainda maior ao resíduo em questão, quando considerado o potencial de contaminação do meio por esse hidrocarboneto e seus aditivos, através das diversas vias (solo, meio aquoso e atmosférico – queima). O recolhimento e a destinação correta de todo óleo lubrificante usado ou contaminado é regulamentada pela Resolução Conama N°362/2005. De acordo com a resolução, todo óleo lubrificante usado ou contaminado deverá ser recolhido e ter destinação final ambientalmente adequada, o produtor e o importador de óleo lubrificante acabado deverão coletar ou garantir a coleta e dar a destinação final ao óleo lubrificante usado ou contaminado. O Art. 33 da Lei 12.305/2010 da Política Nacional de Resíduos Sólidos inclui óleos lubrificantes, seus resíduos e embalagens como produtos que devem integrar um sistema de logística reversa. Assim, o SINDICOM (Sindicato Nacional das Empresas Distribuidoras de Combustíveis e de Lubrificantes) criou um programa denominado “Jogue Limpo”, que se baseia no estabelecimento de uma logística reversa de coleta e destinação à reciclagem das embalagens usadas de lubrificantes. Este estudo teve como objetivo analisar as embalagens coletadas em um posto de combustível buscando quantificar em número e volume os resíduos gerados nesta atividade, ou seja, o resíduo de óleo lubrificante desperdiçado. Desta forma, foi calculado também quanto tempo é necessário para retirar o óleo residual do interior da embalagem e propor como uma das soluções para o problema a logística reversa. MATERIAL E MÉTODOS A seguir serão descritos os métodos, materiais e técnicas que foram utilizados para desenvolver o tema. De acordo com os objetivos pretendidos, a pesquisa foi considerada exploratória, pois analisou um problema que não é muito estudado. De acordo com Andrade (1999), a pesquisa exploratória tem o propósito de “proporcionar maiores informações sobre 393

determinado assunto; e facilitar a delimitação de um tema de trabalho”. A pesquisa também foi considerada descritiva, pois utilizou técnicas de coleta de dados. Segundo Andrade (1999), a pesquisa descritiva é aquela em que “os fatos são observados, registrados, analisados, classificados e interpretados, sem que o pesquisador interfira neles”. Quanto à abordagem a pesquisa foi considerada quantitativa, no qual utilizou-se procedimentos estatísticos para analisar o problema, ou seja, pöde-se traduzir em números as opiniões e informações para então obter a análise dos dados e, posteriormente, chegar a uma conclusão. Localização da área de estudo Foi selecionado como área de estudo um posto de combustíveis localizado no município de São Gonçalo - RJ, onde foram realizadas visitas para a coleta de embalagens já utilizadas de óleo lubrificante. Tamanho da amostra selecionada e método de coleta das informações Para realização do estudo de caso, foram coletadas 30 embalagens de 1L com tampa e todas foram transportadas para o laboratório da Universidade Federal Fluminense - UFF. Para auxiliar no processo de coleta de dados e determinar o volume residual contido nas embalagens, foram utilizadas 10 provetas e 10 funis. Assim, fixou-se o funil na proveta e apoiouse a embalagem no funil virada para baixo, e o óleo lubrificante ainda contido nela escorria para a proveta localizada logo abaixo (FIGURA 1).

Figura 1 - Quantificação do volume de óleo lubrificante residual nos frascos coletados. Esta coleta foi realizada em três etapas: 1° Etapa: foram coletadas amostras de 10 embalagens 2º Etapa: foram coletadas amostras de 10 embalagens 3º Etapa: foram coletadas amostras de 10 embalagens A coleta das amostras foi realizada em 6 dias, no qual analisou-se o conteúdo das embalagens de 1-10 em 2 dias, das embalagens de 11-20 em 2 dias e das embalagens de 21-30 em 2 dias.

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Cada frasco foi mantido por um período de 48 horas na mesma posição para coleta de todo líquido (TABELA 1). Tabela 1 – Data de início e fim da coleta de dados. nº de embalagens 10 10 10

Período de coleta de dados Início Fim 21/08/2013 23/08/2013 23/08/2013 25/08/2013 25/08/2013 27/08/2013

nº de dias estudado 2 2 2

RESULTADOS E DISCUSSÕES Nesta seção serão apresentados os resultados obtidos com o desenvolvimento da pesquisa. No estabelecimento em que foi realizado o estudo de caso, vende-se aproximadamente um total de 850L de óleo lubrificante por mês. Destas 850 embalagens que são comercializadas no posto, foram coletadas 30 embalagens para realizar a pesquisa. Quantidade de resíduo de óleo lubrificante gerado Na Tabela 2, obteve-se o somatório do volume do resíduo proveniente das amostras o que gerou um total de 972 ml de resíduo de óleo lubrificante, ou seja, o equivalente a 0,97 L. Tabela 2 - Volumes de óleos lubrificante residual n° da embalagem 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Total

Volume residual (ml) 20 24 25 35 42 37 41 33 32 41 330

n° de frascos

n° da embalagem 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Total 30

Volume residual (ml) 39 23 27 35 39 22 25 42 41 35 328

n° da embalagem 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Total

Volume total de resíduos (ml)

Volume residual (ml) 34 22 20 41 30 28 37 42 32 28 314 972

Em um mês vende-se aproximadamente 850L de óleo lubrificante, o que gera, no posto em questão, um resíduo mensal de 27,16 L. Desta forma, a percentagem de óleo lubrificante que pode ser lançada mensalmente no meio ambiente sem nenhum tipo de tratamento é de aproximadamente 3,19% de resíduo oleoso. Desta forma, a quantidade de resíduo descartado na natureza é bem expressiva, pois a poluição gerada pelo descarte de uma tonelada por dia de óleo usado para o solo ou cursos d’ água equivale ao esgoto doméstico de 40 mil habitantes (AMBIENTEBRASIL, 2001). De acordo com Atlas et. al. (1991), os lubrificantes são capazes de apresentar um impacto ambiental irreversível e crônico nos ecossistemas, porque apenas um litro desta substância é capaz de esgotar o oxigênio de um milhão de litros de água (AMBIENTEBRASIL, 2001). 395

Tempo necessário para retirar o óleo residual da embalagem Para facilitar a análise de quanto tempo seria necessário para o completo escorrimento do resíduo contido na embalagem, realizou-se o experimento em três etapas. Analisando-se os valores marcados nas provetas, observou-se o primeiro e o segundo dia para possibilitar uma comparação entre os dias e ver se havia alguma alteração de volume. Assim, notou-se que houve alteração no segundo dia dos valores marcados nas provetas das embalagens 2 e 4. Já nas embalagens de 11-20 e de 21-30, não houve alteração no volume de resíduo, pois os mesmos mantiveram o mesmo valor no primeiro e no segundo dia (TABELA 3). Tabela 3 - Volume de óleo residual por dia. nº da embalagem 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Total

Volume residual (ml) 1º dia 2º dia 20 20 22 24 25 25 32 35 42 42 37 37 41 41 33 33 32 32 41 41 325 330

nº da embalagem 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Total

Volume residual (ml) 1º dia 2° dia 39 39 23 23 27 27 35 35 39 39 22 22 25 25 42 42 41 41 35 35 328 328

n° da embalagem 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Total

Volume residual (ml) 1° dia 2° dia 34 34 22 22 20 20 41 41 30 30 28 28 37 37 42 42 32 32 28 28 314 314

Desta forma, conclui-se que 24 horas é o tempo necessário para o completo escorrimento do resíduo. O posto em que foi realizado o estudo de caso possui um plano de coleta e destino das embalagens já utilizadas e do óleo lubrificante contaminado que é retirado dos automóveis, esta coleta é realizada por empresas terceirizadas que são credenciadas pela Agência Nacional de Petróleo - ANP. Com relação ao óleo residual contido nos frascos de lubrificantes, não há nenhum tipo de tratamento, pois o lubrificante é utilizado e as embalagens vazias são jogadas em sacos pretos (FIGURA 2).

Figura 2 - Saco plástico utilizado para armazenamento temporário das embalagens de lubrificantes.

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Na maioria das vezes estas embalagens são jogadas nestes sacos sem tampa e ficam reservadas em um canto até serem recolhidas pelas empresas que realizam sua reciclagem, ou seja, os frascos vazios ainda com o óleo residual são lavados em qualquer lugar antes de serem reciclados o que leva o óleo residual a escoar pelo esgoto doméstico até atingirem os mananciais e lençóis freáticos. CONCLUSÕES Assim, a quantidade de resíduo lançada no meio ambiente, demonstra ser significativa, levando-se em consideração que a pesquisa foi realizada em apenas um posto de combustíveis, logo a quantidade total de resíduos de todos os postos com certeza lança indiscriminadamente um valor bem expressivo de resíduo na natureza, onde essa fonte poluidora causa danos crônicos e acumulativos nos ecossistemas. O posto em questão demonstrou que utiliza a logística reversa para destinação correta das embalagens já utilizadas e do óleo lubrificante contaminado que é retirado dos automóveis, onde esta coleta é realizada por empresas terceirizadas. Então, observa-se que há um ciclo reverso onde o posto rea estes materiais para empresas recicladoras, que após todo processo de reciclagem e re-refino enviam para as distribuidoras que novamente integram estes materiais na cadeia produtiva enviando-os para os postos de combustíveis novamente. Com relação ao problema do óleo residual que fica contido na embalagem vazia, nota-se que o impacto deste resíduo na natureza fica mascarado pela reciclagem dos frascos, então como uma das soluções para este problema propõe-se que os postos de combustíveis adotem a prática de escorrer todo o resíduo das embalagens antes de enviá-las para a reciclagem e enviem o óleo obtido para o re-refino. Propõe-se, também, que os postos adotem a tecnologia Jet Oil, que é um sistema de troca de óleo lubrificante automotivo, onde o lubrificante fica armazenado em tanques ou tonéis e é vendido a granel, evitando a utilização de embalagens geração. REFERÊNCIAS AMBIENTEBRASIL.Óleos lubrificantes. Revista meio ambiente industrial, ano VI, ed. 31, nº 30, 2001. ANDRADE, M. M. Introdução a metodologia do trabalho científico: elaboração de trabalhos na graduação. 4. ed. São Paulo: Atlas, 1999. CLOCK, M. et al. Redução do impacto ambiental e recuperação de custos por meio da logística reversa: estudo de caso em empresa de distribuição elétrica. Revista Produção em foco - Artigo, Rio Grande do Sul, v.1 ,n.1, p.101, 123 jan./jun. 2011. DACACH, C. M. Cenário mundial dos resíduos sólidos e o comportamento corporativo brasileiro frente à logística reversa. Perspectivas em Gestão & Conhecimento, João Pessoa, v.i, n.2, p.118 – 135, jul./dez. 2011. GESTÃO de óleo lubrificante automotivo usado em oficinas automotiva. Projeto programa piloto para a minimização dos impactos gerados por resíduos perigosos. Pernambuco, 2006. GIL, A. C. Como elaborar projetos de pesquisa. 5. ed. São Paulo: Atlas, 2008. 397

GIUCCI, G. A Vida Cultural do Automóvel: Percursos da Modernidade Cinética, 1. ed., Rio de Janeiro: Civilização Brasileira, 2004, Cap. 01. GOMES, P. L. Aspectos e impactos no descarte de óleos lubrificantes: o caso das oficinas. XI Congresso Nacional de Excelência em Gestão, 2008, Niterói. UFF, 2008. Disponível em: < http://www.latec.uff.br/cneg/documentos/anais_cneg4/T7_0035_0236.pdf>. ado em: 27 ago. 2013. LORENZETT, D. B. et al. A gestão ambiental em postos de combustíveis. Responsabilidade Socioambiental - XIV Simpósio de ensino, pesquisa e exploração, 2000, Rio Grande do Sul, UFSM, 2000. MARTINS, H. M. A destinação final das embalagens de óleo lubrificante: o caso do programa "Jogue Limpo". 2004. Trabalho final submetido ao programa de pós - graduação em engenharia ambiental. Universidade Estadual do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2005. SILVA, T. A. Descarte de óleos lubrificantes e suas embalagens: estudo de caso nos postos de gasolina e oficinas da cidade de Ituiutaba. Observatorium: revista eletrônica de geografia, Minas Gerais. v.3, n.7, p. 101 – 114, out. 2011. SINDICOM. Informações institucionais. Disponível em . o em: 29 ago. 2013.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

ANÁLISE DO CICLO DE VIDA E A UTILIZAÇÃO DA LOGÍSITCA REVERSA WLIR HENRIQUES MOTTA1, LUCIENE NASCIMENTO DE ALMEIDA2 1 2

Mestre em Engenharia de Produção, Universidade Veiga de Almeida , 21 8899.1033, [email protected] Mestre em istração, SENAI CETIQT, 21 8873.9224, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: O desenvolvimento sustentável, que preconiza a conciliação entre os interesses econômicos, ambientais e sociais, ou a ser nos últimos anos um objetivo almejado por cada vez mais empresas. Para tal, se torna necessário que governos, empresas, pesquisadores e população de forma geral tomem ações que contribuam para este tão desejado objetivo. Dentre os problemas ambientais, a geração de resíduos tem sido uma das grandes preocupações. No Brasil, a logística reversa apresenta-se como a ferramenta a ser utilizada para a operacionalização da Política Nacional de Resíduos Sólidos (PNRS), Lei 12.305. A logística reversa, além de ter papel central na PNRS é também atividade presente em uma das mais completas metodologias para avaliação dos impactos ambientais causados pelas atividades organizacionais, que é a Análise do Ciclo de Vida (ACV). Esta metodologia permite a análise dos impactos ambientais em toda a cadeia produtiva. O presente trabalho busca, através de um estudo bibliográfico apresentar a fase do descarte dos resíduos na ACV e sua relação com a logística reversa, além de esclarecer a metodologia do ACV e a ferramenta logística reversa. PALAVRAS–CHAVE: Análise do Ciclo de Vida (ACV), logística reversa, resíduos sólidos.

LIFE CYCLE ASSESSMENT AND THE USE OF REVERSE LOGISTICS ABSTRACT: Sustainable development, in which the idea of a compromise between the interests of economic, environmental and social has become in recent years, a goal pursued by more and more companies. To do this, it becomes necessary for governments, companies, researchers and people in general take actions that contribute to this such a desirable objective. Among the environmental problems, waste generation has been a major problem in Brazil, presented the reverse logistics as the tool to be used to operationalize the National Policy on Solid Waste (PNRS), law 12,305. Reverse logistics, as well as having a central role in PNRS activity is also present in one of the most complete methodologies for assessing environmental impacts of organizational activities, which is the life cycle assessment (LCA), this methodology that analyzes the environmental impacts throughout the supply chain. The present study seeks, through a literature search, present the stage of waste disposal in LCA and its relationship with reverse logistics, besides clarifying the methodology of LCA tool and reverse logistics. KEYWORDS: life cycle assessment (LCA), reverse logistics, solid waste.

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INTRODUÇÃO Atualmente, a busca pelo desenvolvimento sustentável, cujo objetivo é a conciliação e equilíbrio entre os interesses econômicos, ambientais e sociais, tem sido destaque na agenda de diversos países. No entanto, para que de fato tal aspiração se concretize é necessário que não somente governos, mais também empresas, pesquisadores e a população, de uma forma geral, adotem ações que contribuam para este tão desejado objetivo. Em meio a diversas questões que contribuem para a degradação ambiental, os resíduos sólidos ganham importância em função tanto da grande quantidade produzida, quanto dos impactos ambientais causados pelo descarte incorreto. Como parte da solução para este problema ambiental, destaca-se uma atividade já praticada há certo tempo, mas que emerge com abordagem ambiental relativamente recente, que é a logística reversa. Tal atividade surge como uma proposta para a correta destinação dos resíduos sólidos no Brasil, principalmente após sua apresentação como ferramenta a ser utilizada para a operacionalização da Política Nacional de Resíduos Sólidos (PNRS), instituída por meio da Lei 12.305. A logística reversa tem papel relevante na PNRS, além de ser atividade fundamental em uma das mais completas metodologias para avaliação dos impactos ambientais causados pelas atividades organizacionais: a Análise do Ciclo de Cida (ACV). Esta metodologia permite a avaliação em toda a cadeia produtiva, apresentando os impactos ambientais causados durante o processo, do berço ao túmulo. A ACV contribui para solucionar ou, ao menos, reduzir os problemas ambientais existentes na cadeia produtiva analisada, pois sinaliza para as oportunidades de melhorias existentes em processos e produtos empregados, de forma a minimizar ou, até mesmo, a anular impactos decorrentes da atividade. O presente artigo pretende, através de uma pesquisa bibliográfica, apresentar as definições de Análise do Ciclo de Vida (ACV) e de logística reversa, apontando a relação direta entre ambas. Também objetiva esclarecer alguns importantes aspectos da Política Nacional de Resíduos Sólidos (PNRS) e demonstrar a importância da logística reversa na correta destinação dos resíduos sólidos, atendendo, assim, a Lei brasileira. DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL E A POLÍTICA NACIONAL DE RESÍDUOS SÓLIDOS (PNRS) Segundo Motta, Almeida e Lucido (2011), as intervenções humanas no meio ambiente após o século XX aram a ser cada vez mais impactantes, devido aos avanços tecnológicos decorrentes da Revolução Industrial. Os resultados das ações deletérias do Homem aram a ser sentidos nos mais diversos pontos do planeta e das mais variadas formas, o que provocou preocupação mundial e deflagrou discussões em torno de questões relacionadas à preservação do meio ambiente. Conferências, encontros, cartas de intenções e iniciativas públicas e privadas orientadas nesse sentido levaram a concluir que os esforços necessários para tentar preservar e proteger o meio ambiente contra os males já percebidos e os que estariam por vir, necessitavam de ação conjunta que envolvesse empresas, indivíduos e nações. Como resultado desta preocupação criaram-se leis de proteção ambiental que, como apontado por Leite (2009), pressionaram governos e empresas a se adequarem à nova realidade mundial frente à quase irreversível degradação ambiental. Paralelamente à regulamentação crescente, as organizações também começaram a incorporar o conceito de responsabilidade ambiental aos negócios, associando,

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paulatinamente, aos objetivos de crescimento econômico uma maior preocupação com o meio ambiente e com os impactos que suas atividades podem gerar. Como se pode inferir, a mudança de atitude em relação ao meio ambiente não se deu de forma rápida, nem está consolidada. Pelo contrário. Trata-se da consequência do processo de evolução do movimento ambiental que, de forma resumida, pode ser caracterizado da seguinte forma: a) em 1965 cria-se a PNUD, braço da ONU focado no desenvolvimento; b) em 1968 forma-se o Clube de Roma, um grupo de profissionais da área da diplomacia, industriais, academia e sociedade civil que se reune para discutir o consumo de recursos; c) em 1972 o Clube de Roma lança o relatório Meadows, conhecido também como “Os Limite do Crescimento”, apontando os impactos sobre os recursos naturais e energéticos e a poluição; d) em 1972, ainda, ocorre a criação da PNUMA, agência da ONU para o meio ambiente e, neste mesmo ano, a Conferência de Estocolmo que foi a primeira reunião mundial promovida pela ONU para discutir a relação entre o homem e o meio ambiente; e) em 1987 o relatório Brundtland ou “Nosso Futuro Comum” foi apresentado, trazendo a proposta do desenvolvimento sustentável; f) em 1990 surgiu o IPCC (International for Climate Change), primeiro mecanismo de caráter científico, criado com a intenção de alertar o mundo sobre o aquecimento do planeta; g) em 1992 acontece a 2ª Conferência Internacional sobre Meio Ambiente, a Rio 92, realizada no Brasil, com a presença de mais de 160 líderes de Estado, tendo como resultados mais expressivos a da Convenção Marco sobre Mudanças Climáticas, a proposta do desenvolvimento sustentável e a Agenda 21; h) em 1993 ocorre a criação da ISO 14000, Norma de padrão internacional, desenvolvida pela International Organization for Standardization (ISO), que estabelece diretrizes sobre a gestão ambiental nas empresas; i) em 2013 ocorre no Rio de Janeiro a Conferência das Nações Unidas sobre Desenvolvimento Sustentável, a Rio+20, cujo objetivo foi renovar o compromisso político com o desenvolvimento sustentável. Diante de todos os problemas ligados às questões ambientais contemporâneas, o presente trabalho abordará a questão relacionada aos resíduos sólidos, que se tornou um problema que ultraa a dimensão local. Santos (2008), afirma que os efeitos imediatos dos resíduos sólidos são sentidos na escala local, mas seus impactos socioambientais são multiplicados e sentidos em âmbito mundial, de forma que a solução se encontra além das simples práticas de controle, requerendo ações que englobam a sociedade, o governo, a comunidade acadêmico-científica, entre outros atores. No Brasil, para tentar reduzir o impacto ambiental provocado pela exploração exacerbada dos recursos naturais e a geração de resíduos sólidos, em agosto de 2010 foi sancionada a Lei 12.305, que institui a Política Nacional dos Resíduos Sólidos (PNRS), depois de ar, praticamente, 20 anos em debate no Congresso Nacional. Entre outras providências, esta lei obriga os fabricantes a providenciarem a coleta e destinação para os resíduos oriundos do processo produtivo e para os produtos de pós-consumo, impondo responsabilidades aos diversos elos da cadeia (BRASIL, 2010). Os objetivos da PNRS consistem na não geração, redução, reutilização e tratamento de resíduos sólidos; na destinação final ambientalmente correta dos resíduos; na redução do uso dos recursos naturais no processo produtivo; na intensificação da educação ambiental; no aumento da reciclagem; na promoção da inclusão social e na geração de emprego e renda para catadores de materiais recicláveis (BRASIL, 2010).

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Cumpre destacar que resíduos sólidos são aqueles que resultam de atividades de origem industrial, doméstica, hospitalar, comercial, agrícola, de serviços e de varrição (ABNT, 2004). Para atingir tais objetivos a PNRS trata alguns instrumentos como fundamentais, como, por exemplo: a) coleta seletiva – coleta de resíduos sólidos previamente segregados conforme sua constituição ou composição (BRASIL, 2010); b) destinação final ambientalmente adequada – destinação de resíduos que inclui a reutilização, a reciclagem, a compostagem, a recuperação e o aproveitamento energético ou outras destinações itidas (BRASIL, 2010); c) disposição final ambientalmente adequada – distribuição ordenada de rejeitos em aterros, observando normas operacionais específicas de modo a evitar danos ou riscos à saúde pública e à segurança e a minimizar os impactos ambientais adversos (BRASIL, 2010); d) gerenciamento de resíduos sólidos – conjunto de ações exercidas, direta ou indiretamente, nas etapas de coleta, transporte, tratamento, destinação e disposição final ambientalmente adequada dos rejeitos, de acordo com plano municipal de gestão integrada de resíduos sólidos ou com plano de gerenciamento de resíduos sólidos, exigidos na forma desta Lei (BRASIL, 2010); e) logística reversa - instrumento de desenvolvimento econômico e social caracterizado por um conjunto de ações, procedimentos e meios destinados a viabilizar a coleta e a restituição dos resíduos sólidos ao setor empresarial, para reaproveitamento, em seu ciclo ou em outros ciclos produtivos (BRASIL, 2010); f) responsabilidade compartilhada pelo ciclo de vida dos produtos – conjunto de atribuições individualizadas e encadeadas dos fabricantes, importadores, distribuidores e comerciantes, dos consumidores e dos titulares dos serviços públicos de limpeza urbana e de manejo dos resíduos sólidos, para minimizar o volume de resíduos sólidos e de rejeitos para reduzir os impactos negativos decorrentes do ciclo de vida dos produtos (BRASIL, 2010). A Lei trata também da correta destinação dos rejeitos, que são os resíduos sólidos restantes depois de esgotadas todas as possibilidades de reaproveitamento, reciclagem, tratamento e recuperação. Segundo a PNRS, os destinos dos resíduos sólidos, podem ser: − Destinação final ambientalmente adequada: destinação de resíduos que inclui a reutilização, a reciclagem, a compostagem, a recuperação e o aproveitamento energético ou outras destinações itidas pelos órgãos competentes; e − Disposição final ambientalmente adequada: distribuição ordenada de rejeitos em aterros, observando normas operacionais específicas de modo a evitar danos ou riscos à saúde pública e à segurança, e a minimizar os impactos ambientais adversos. A PNRS cria o apoio legal e a participação do governo Brasileiro nos procedimentos operacionais de segregação, acondicionamento, coleta, triagem, armazenamento, transbordo, tratamento de resíduos sólidos e disposição final adequada dos rejeitos. Para isso, a PNRS, conta com a prática de logística reversa, como ferramenta principal neste processo. A logística reversa de pós-consumo, apontada pela Lei 12.305 como norteadora das ações no setor público, da indústria e dos próprios consumidores quanto à destinação correta dos resíduos sólidos, aborda algumas atividades que podem trazer benefícios ao meio ambiente, como a reciclagem e o descarte. O termo reciclagem foi introduzido no vocabulário internacional no final da década de 80, quando se constatou que as fontes de petróleo e outras matérias-primas não renováveis poderiam estar se esgotando. A reciclagem seria um canal reverso de revalorização em que os materiais integrantes do produto de pós-consumo que foram descartados são processados 402

industrialmente, transformando-se em matérias primas secundárias (não extraídas diretamente da natureza) ou recicladas, para serem posteriormente incorporadas na fabricação de novos produtos. Reciclar implica economia de energia e de recursos naturais, trazendo de volta ao ciclo produtivo o que foi jogado fora ou descartado. Leite (2009) afirma que num futuro próximo os bens produzidos serão de pós-consumo. Portanto, é necessário que se viabilizem meios controlados para o descarte desses bens no meio ambiente. Sendo assim, a logística reversa de pós-consumo adquiri grande importância e a a ter papel relevante como uma das ferramentas essenciais na luta contra a degradação do meio ambiente. Logística reversa A logística é a ciência que estuda os meios de se levar itens de produção ao consumo, buscando atender os prazos, com o menor custo. Ela é parte no processo de gerenciamento da cadeia de suprimentos, planejando, implementando e controlando o eficiente fluxo e armazenagem de bens, serviços e informações, desde o ponto de origem até o ponto de consumo, com o objetivo de atender as necessidades do consumidor. Até muito pouco tempo atrás essa prática se restringia até a entrega ao cliente, cliente este que se considerava ser o final. Nesta época, não havia nenhuma preocupação quanto à destinação final dos resíduos em que os produtos se transformavam, muito menos a preocupação da forma como iria ser realizada esta coleta e distribuição. Devido a todo o movimento global em prol da sustentabilidade ambiental, novas propostas vêm surgindo e dentre elas tem-se a da logística reversa, prática que inicialmente não tinha um cunho ambiental, mas que, no mundo contemporâneo, acabou sendo diretamente relacionada a tais propósitos. A proposta da logística reversa é relativamente nova e em evolução. Todavia, a logística reversa já vem sendo utilizada por alguns países desde 1975. Da mesma forma como ocorreu com a logística direta, conforme aponta Motta (2013), o conceito de logística reversa também tem evoluído ao longo do tempo. Inicialmente a logística reversa tratava do movimento de bens do consumidor para o produtor, por meio de um canal de distribuição, tendo seu escopo limitado ao movimento que faz com que os produtos e informações sigam na direção oposta às atividades logísticas tradicionais. Posteriormente, conforme apontado por Rodrigues et al (2002), novas abordagens da logística reversa surgiram apontando-a como a logística do retorno dos produtos, redução de recursos, reciclagem e ações para substituição de materiais, reutilização de materiais, disposição final de resíduos e reparação, reaproveitamento e remanufatura, sendo incluída também em sua definição a questão da eficiência ambiental. Conforme citado anteriormente, a logística reversa tem sido ligada apenas a assuntos ambientais, principalmente pela grande quantidade de resíduos que o mundo tem gerado atualmente e, também, pelo fato da reciclagem ser um dos benefícios que podem ser decorrentes do uso da logística reversa. Mas além desta questão ambiental, as empresas am a ver na proposta uma questão econômica, pois a logística reversa, também agrega valor. Segundo Stock (1998), a logística reversa refere-se ao papel da logística no retorno de produtos, redução na fonte, reciclagem, substituição de materiais, reuso de materiais, disposição de resíduos, reforma, reparação e remanufatura. Uma das primeiras conceituações da logística reversa foi dada por Kroon e Vrijens (1995), que a define como sendo “a operação que faz referência aos talentos da gestão da logística e as atividades requeridas para reduzir, gerir e dispor os desperdícios perigosos e não perigosos que provêm do material de embalagem e os produtos”.

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A logística reversa, segundo Dias (2005), procura encontrar um meio eficiente de trazer do ponto de consumo os bens e materiais que foram vendidos, até o ponto de origem. O emprego da logística reversa pelas organizações acaba ando para seus clientes a imagem de uma empresa que procura se desenvolver sustentavelmente. Dentre as diversas definições existentes para a logística reversa, a definição de Leite (2009) é uma das mais completas e atuais, como se pode verificar a seguir: Logística reversa é a área da logística empresarial que planeja, opera e controla o fluxo e as informações correspondentes, do retorno dos bens de pós-venda e de pósconsumo ao ciclo de negócios ou ciclo produtivo, por meio dos canais de distribuição reversos, agregando-lhes valor de diversas naturezas: econômico, ecológico, legal, logístico, de imagem corporativa, entre outros (LEITE, 2009, p.1617).

Segundo Leite (2009), a logística reversa pode ser dividida em duas áreas de atuação: logística reversa de pós-venda e logística reversa de pós-consumo. A logística reversa de pósvenda, diz respeito à devolução de produtos com pouco ou nenhum uso, ocorre normalmente na devolução de produtos com falha no funcionamento imediatamente após sua compra, produtos avariados no transporte, dentre outras ocorrências. Já a logística reversa de pós-consumo, a área da logística reversa de maior interesse no presente estudo, trata dos produtos que foram utilizados até o fim de sua vida útil, mas que mesmo após seu descarte podem ser reutilizados através da reciclagem ou descartados com segurança. Segundo Leite (2009), algumas das formas de reaproveitamento dos produtos são: a reciclagem, o reuso, o desmanche ou o próprio descarte. Os descartes são uma agressão à natureza. Desta forma tornou-se necessário um planejamento reverso do pós-consumo, visando ao retorno e à recuperação dos produtos utilizados, visto que na cadeia comercial, o ciclo dos produtos não termina quando os mesmos são descartados. Dai a importância da reciclagem e do reaproveitamento destes produtos para o meio empresarial, já que tratam da responsabilidade da empresa sobre o fim da vida de seus respectivos produtos. Existe uma proposta também aceita pela academia, no que tange à classificação dos processos logísticos reversos de uma divisão em três tipos distintos, que são os dois já apontados neste estudo, o de pós-venda e o de pós-consumo, mais um terceiro que, na verdade, é uma subdivisão da classificação de ambas, que seria a logística reversa de embalagens, devido, principalmente, ao grande volume que este tipo de produto vem gerando em nível de resíduo. Por trás do conceito de Logística Reversa está um conceito mais amplo, que é o do “ciclo de vida” do produto, o que não tem relação com a proposta de Análise do Ciclo de Vida apresentada no presente artigo. O ciclo de vida, do ponto de vista logístico, não termina com a entrega ao cliente. Os produtos, após o uso ou até mesmo antes dele, podem se tornar obsoletos, danificados ou não funcionarem e devem retornar ao seu ponto de origem ou a outro ponto para serem descartados corretamente, reparados ou reaproveitados. De acordo como os estudo de Rodriques et al. (2002), foram muitas as razões para o estímulo à logística reversa, dentre elas: − sensibilidade ecológica: baseado principalmente no conceito de desenvolvimento sustentável, na ideia de atender as necessidades no presente sem comprometer as gerações futuras; − pressões legais: reforçada recentemente pela aprovação da Lei 12.305, Politica Nacional de Resíduos Sólidos, política que rea a responsabilidade quanto à correta destinação dos resíduos sólidos, que, até então, era do estado, para os fabricantes; − redução do ciclo de vida: esta redução se deve, principalmente, à obsolescência programada; 404

− imagem diferenciada: a empresa pode alcançar a imagem diferenciada de ser ecologicamente correta, por meio de políticas mais eficientes de devolução de produtos e de marketing ligado a questões ambientais; − redução de custos: através de economias obtidas na utilização de embalagens retornáveis e reaproveitamento de materiais para o processo produtivo. De uma forma geral a revalorização econômica ainda é o fator primordial levado em consideração pelas empresas quando utilizam a logística reversa e não as questões ambientais, sendo que as leis ambientais têm feito com que esta visão mude, principalmente após a PNRS. Com o crescimento dos mercados globais, o descarte adequado dos resíduos gerados ou a ser um grande desafio para as organizações, considerando que os impactos gerados por estes resíduos têm sido diretamente sentidos no meio ambiente e, consequentemente, pela sociedade de uma forma geral. Como alternativas de destinação a estes materiais, tem-se a reciclagem, o reprocessamento e a devolução ao mercado ou, caso todas as formas de reuso deste resíduo já tenham sido esgotadas, a disposição final deste rejeito. Principalmente devido a esta forte relação do processo logístico reverso com o reaproveitamento dos resíduos, a logística reversa acabou sendo diretamente relacionada à reciclagem e muitas vezes até confundida com ela. Análise do ciclo de vida (ACV) Pela importância que a metodologia da Análise do Ciclo de Vida adquiriu no que tange à gestão ambiental, ela teve sua estrutura normatizada pela ISO 14000, normas estas que definem parâmetros e diretrizes para a gestão ambiental para as empresas. A ISO 14000 foi definida pela International Organization for Standartization - ISO (Organização Internacional para Padronização), com o intuito de reduzir o impacto causado pelas empresas ao meio ambiente. Dentre as normas da ISO 14000, as que referenciam a Análise do Ciclo de Vida (ACV) são: ISO 14040:2001, princípios e práticas gerais; ISO 14041:2004, definição do objetivo e escopo e análise do inventário; ISO 14042:2004, avaliação dos impactos; ISO 14043:2004, interpretação dos resultados. Estas foram substituídas pela ISO 14040:2009, tendo ainda a ISO 14044:2009, gestão ambiental - avaliação do ciclo de vida - requisitos e orientações. A ACV é uma avaliação que inclui o ciclo de vida completo do produto, processo ou serviço, partindo da extração e processamento das matérias-primas (berço), a fabricação, o transporte e a distribuição, assim como o uso final do produto/serviço e sua disposição final (túmulo). Silva (2006) define a ACV como uma técnica utilizada para avaliar o desempenho ambiental de produtos e serviços ao longo de todo o seu ciclo de vida, desde a extração dos recursos naturais até a sua disposição final, levando em consideração todos os elos de sua cadeia de suprimentos. A ACV, segundo Valt (2004), estuda a complexa interação entre um produto e o ambiente, levando em conta a avaliação dos aspectos ambientais, associados ao ciclo de vida do produto. Outra definição da análise do ciclo de vida é dada por Hinz, Valentina e Franco (2006), apontando que a ACV surgiu da necessidade de se criar uma metodologia para análise dos impactos ambientais decorrentes dos processos e produtos das empresas.

Tal proposta tem por resultado final uma interpretação do inventário do ciclo de vida levantado e, nesta interpretação, são apontadas os impactos causados pelos diferentes processos existentes durante todo o ciclo de vida. Santos (2008) aponta que os descartes gerados nos diferentes processos do ciclo de vida, tais como as emissões atmosféricas, a geração de efluentes e resíduos sólidos, o consumo de energia e de matérias-primas, as consequências ambientais e a disposição dos produtos, são avaliados pela ACV.

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Segundo Palma-Rojas et al. (2012), as normas da ISO 14000 foram desenvolvidas pela Comissão Técnica 207 da ISO (TC 207), em resposta à demanda mundial por uma gestão ambiental mais confiável, reforçando o novo papel das questões ambientais, como fatores considerados de forma direta na estratégia dos negócios empresariais, sendo a ISO 14000 estruturada em duas grandes áreas, uma com foco nas organizações e outra com foco nos produtos e serviços. A norma ISO 14040 descreve os princípios e a estrutura de uma análise do ciclo de vida e a ISO 14044 especifica os requisitos e provê orientações para a ACV, conforme apontado por Palma-Rojas et al. (2012) e incluem: a definição do objetivo e escopo da ACV; a fase da análise do inventário do ciclo de vida (ICV); a fase de avaliação de impacto de ciclo de vida; a fase de interpretação do ciclo de vida ; a comunicação e a revisão crítica da ACV; as limitações da ACV; a relação entre as fases da ACV; e as considerações para o uso de escolhas de valores e de elementos opcionais. A SETAC (Society of Envirommental Toxicology and Chemistry) define a Avaliação do Ciclo de Vida como um processo objetivo de avaliar as cargas ambientais associadas a um produto ou processo, identificando e quantificando os impactos gerados quanto ao uso de energia, matéria-prima e emissões ambientais, apresentando oportunidades de melhoria ambiental. Ometo et al (2004) apontam que o avanço da política ambiental é um subsídio para a viabilidade de técnicas para a análise do ciclo de vida, assim como para a gestão de resíduos. Segundo a Fundacion Cotec para La Innovacíon Tecnológica (1999), são seis os os a serem analisados pela ACV: 1) o impacto ecológico das matérias-primas e a energia usada na produção, incluindo a extração, transporte e os resíduos; 2) o processo de fabricação e montagem; 3) os sistemas de transporte e distribuição; 4) aspectos ambientais relacionados com o uso do produto; 5) o potencial do produto para ser reutilizado e reciclado; 6) os aspectos ambientais relacionados com a disposição final do produto. No que tange ao presente trabalho, os itens 5 e 6 são os que se tonam relevantes, já que abordam os assuntos relacionados à reutilização, reciclagem e disposição final. Práticas que tem relação direta com a proposta da logística reversa, que, justamente, cuida da correta destinação dos resíduos sólidos gerados que, neste caso, podem ser reaproveitados, reciclados ou destinados à correta disposição final.

METODOLOGIA Este estudo classifica-se como de pesquisa exploratória, visto que se presta a esclarecer conceitos e ideias, com o objetivo de proporcionar uma visão geral acerca do assunto a ser estudado, sendo usada ainda, quando se busca um entendimento sobre a natureza geral de um problema, as possíveis hipóteses alternativas e as variáveis que precisam ser relevadas. A pesquisa exploratória também ajuda os pesquisadores a aumentar o seu grau de conhecimento sobre o tema pesquisado. Segundo Parasunaman, Zeithaml e Berry (1988), o propósito principal da pesquisa exploratória é esclarecer a natureza de uma situação e identificar alguns objetivos específicos ou dados necessários para serem utilizados em pesquisas posteriores. Quanto aos meios de investigação, segundo Vergara (2004), esse estudo pode ser classificado como uma pesquisa bibliográfica. Neste trabalho, buscou-se através de levantamento bibliográfico, apontar as definições da logística reversa e da Análise do Ciclo de Vida, esclarecendo os temas sustentabilidade ambiental e Política Nacional de Resíduos 406

Sólidos e apontando a inter-relação existente entre a logística reversa e a Análise do Ciclo de Vida. ANÁLISE DO CICLO DE VIDA E LOGÍSTICA REVERSA Segundo Queiroz e Garcia (2007), ao final da vida de um produto que foi extraído, processado, usado, transportado, algumas vezes reciclado, ele transforma-se em resíduo. Em uma ACV de produto tem-se a análise desta etapa final que estuda exatamente o consumo de energia, de recursos naturais e das emissões decorrentes do descarte destes resíduos. Para se modelar a disposição destes resíduos deve-se conhecer a forma de coleta, a distância percorrida, as formas disponíveis para a disposição, dentre outras informações que são diretamente relacionadas à logística reversa. Logo, as atividade da logística reversa de coleta, transporte, aterro, segregação, triagem, reciclagem, tratamento biológico e incineração, são todas contempladas em uma estudo de ACV, conforme aponta Queiroz e Gracia (2007). A logística reversa tem sido utilizada para auxiliar o gerenciamento integrado dos resíduos sólidos, orientando as decisões quanto à otimização deste sistema. A logística reversa juntamente a ACV trazem à tona, segundo Queiroz e Garcia (2007), os seguintes conhecimentos: 1) o perfil ambiental do sistema; 2) situações de divisão dos fluxos para os diversos tratamentos, justificando investimentos; 3) seleção dos materiais que devem ser separados e destinados à reciclagem mecânica, reciclagem química e reciclagem energética; 4) contabilização dos ganhos da aplicação da compostagem aos resíduos orgânicos. Percebe-se, então, o papel da logística reversa como ferramenta crucial ao ser utilizada em conjunto com a Análise do Ciclo de Vida, nesta fase da análise direcionada ao estudo da reutilização, reciclagem e disposição final dos resíduos. CONCLUSÃO A proposta da Análise do Ciclo de Vida, segundo a ISO 14000, inclui quatro fases: definição de objetivo e escopo, análise do inventário, avaliação dos impactos e interpretação de resultados. No que tange à definição do escopo, tem-se a determinação de qual abrangência o estudo terá, sendo o presente estudo focado na fase de descarte dos resíduos gerados, também conhecida como túmulo, partindo-se da premissa de que a ACV é tida como a análise que vai do berço ao túmulo. Tendo como escopo de uma ACV apenas a fase do pós-consumo, a ferramenta da logística reversa é a forma correta de se trabalhar os resíduos gerados, trazendo benefícios como diminuição da poluição do solo, água e ar, melhorias na qualidade de limpeza da cidade e da qualidade de vida da população, trazendo, ainda, o benefício da utilização de matériasprimas secundárias, ou seja, matérias-primas provenientes de processos de reciclagem de resíduos sólidos, como insumo na produção de novos bens de consumo. Mostrou-se que o uso dos dados referentes à prática da logística reversa, sendo tratados pela ACV pode gerar informações cruciais para a busca de otimização ambiental do sistema, o que comprovou a relação direta entre a logística reversa e a ACV, bem como a sua importância para o uso desta metodologia. O presente trabalho trouxe as definições da Análise do Ciclo de Vida e da logística reversa. Apresentou, principalmente, a inter-relação entre a ACV e a logística reversa, proposta esta que ainda não foi tão trabalhada pela academia e carece de mais trabalhos

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acadêmicos para maior esclarecimento, servindo, assim, de base e inspiração para novos trabalhos. REFERÊNCIAS ABNT. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR ISO 14001:2004 – Sistema de gestão ambiental – Requisitos com orientação para uso. Rio de Janeiro, 2004. BRASIL. Lei Nº 12.305, de 2 de agosto de 2010. Institui a Política Nacional de Resíduos Sólidos; altera a Lei no 9.605, de 12 de fevereiro de 1998; e dá outras providências. DIAS, J. C. Q. Logística global e macrológica. Lisboa: Síbalo, 2005. FUNDACIÓN COTEC PARA LA INNOVACÍON TECNOLÓGICA. Pautas metodológicas en gestión de la tecnologia y inovación para las empresas. Módulo II: Herramientas de gestión de la tecnologia. Madrid:Gráficas Arias Montano, 1999. HINZ, R.T.P.; VALENTINA, L.V.D.; FRANCO, A.C. Sustentabilidade ambiental das organizações através da produção mais limpa ou pela avaliação do ciclo de vida. Estudos tecnológicos, vol.2, 2006. KROON, L.; VRIJENS, G. Returnable containers: an example of reverse logistics. International Journal of Physical Distribution & Logistics Management, v. 25, n. 2, p. 56-68, 1995 LEITE, P.R. Logística Reversa: meio ambiente e competitividade. São Paulo: Pearson, 2009. MOTTA, W.H.; ALMEIDA, L.N.; LUCIDO, G.L.A. Logística reversa de resíduos sólidos: uma proposta aplicada a indústria de confecção de vestuário. XXXI ENEGEP, Belo Horizonte, 2011. MOTTA, W.H. Análise do Ciclo de Vida e a logística reversa, X SEGET, Rio de Janeiro, 2013. PALMA-ROJAS, S.; PAIVA-CASTRO; P.; GAMA-LUSTA, C.; LAMB, C.R. Sistema brasileiro de inventário de ciclo de vida (SICV Brasil) e a ISO 14044:2009. III Congresso Brasileiro em Gestão do Ciclo de Vida de Produtos e Serviços, Maringa, 2012. PARASUNAMAN, A.; ZEITHAML, V.A.; BERRY, L.L. SERVQUAL: A multiple-item scale for measuring consumer perceptions of service quality, Journal of Retailing, Vol. 64 Nº 1, 1988. RODRIGUES, D.F.; RODRIGUES, G.G.; LEAL, J.E.; PIZZOLATO, N.D. Logística Reversa - conceitos e componentes do sistema. Curitiba: XXII Encontro Nacional de Engenharia de Produção, 2002. SANTOS, L.C. A questão do lixo urbano e a geografia. Primeiro SIMPGEO/SP, 2008. SETAC - Society of envirommental toxicology and chemistry. Disponível em: . o em: 10 março 2012. SILVA, G.A. Panorama da avaliação do Ciclo de Vida (ACV) no Brasil. In: Seminário Avaliação do Ciclo de Vida de Produtos e Ecodesign, São Paulo, 2006. Disponível em: . o em: 03 setembro 2013. STOCK, J.R. Development and Implementation of Reverse Logisitcs Programs. Council of Logisitics Management, 1998. VALT, R.B.G. Análise do Ciclo de Vida de embalagens de pet, de alumínio e de vidro para refrigerantes no brasil variando a taxa de reciclagem dos materiais. Dissertação de mestrado apresentada ao programa de pós-graduação em Engenharia de Processos Térmicos e Químicos, UFPR, Curitiba, 2004. VERGARA, S.C. Projetos e relatórios de pesquisa em istração. São Paulo: Atlas, 2004. 408

I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

AQUECIMENTO GLOBAL SOB A CONCEPÇÃO DOS ALUNOS DO PRIMEIRO PERÍODO DO CURSO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS DA UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE (UFF) NICOLE SILVA CALIMAN MONTEIRO1, JOEL DE ARAUJO2 1

Bióloga, Universidade Federal Fluminense, (21) 8262-4502, [email protected] Professor do curso de Pós- Graduação em Ciência Ambiental, Universidade Federal Fluminense, (21) 8883-8416, [email protected] 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: A temática aquecimento global, devido a sua relevância mundial, está em grande evidência atualmente e a possível influência antrópica na exacerbação do efeito estufa tem sido discutida. Assim, com a finalidade de conhecer as concepções prévias dos alunos acerca dessa temática e se a mesma foi desenvolvida nas escolas, realizou-se uma pesquisa, por meio de um questionário, com estudantes ciências biológicas. Foi percebido que muitos alunos ainda não possuem a temática muito bem esclarecida e por muitas vezes a confundem com outros problemas ambientais. Além disso, conceitos básicos da temática, como o efeito estufa, não são muito bem compreendidos pelos alunos. PALAVRAS–CHAVE: aquecimento global, meio ambiente, educação.

CONCEPTION OF BIOLOGICAL SCIENCES STUDENTS OF THE FIRST PERIOD, UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE (UFF), ABOUT GLOBAL WARMING ABSTRACT: The theme global warming, due to its global relevance, is much in evidence currently and a possible anthropogenic influence in exacerbating the greenhouse effect has been discussed. Thus, in order to know the information aggregated by students about this issue and whether it was developed in schools, a survey was conducted through a questionnaire, with biological sciences students. It was noticed that the theme is not very clear yet for many students and often confuse it with other environmental problems. Furthermore, the basic concepts of the subject as the greenhouse effect is not very well understood by the students. KEYWORDS: global warming, environment, education.

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INTRODUÇÃO O ambiente pode ser entendido como o “conjunto de fatores biológicos e antrópicos existentes no espaço que é influenciado por um organismo, uma população, uma comunidade ou por uma organização, assim como as relações que existem entre tais componentes” (TORNISIELO, 2007) Devido ao sistema econômico presente, as sociedades contemporâneas promovem a degradação do planeta para alcançar o chamado “desenvolvimento” (MORAES; SHUVARTZ & PARANHOS, 2008). Não por acaso, a temática, aquecimento global apresenta relevância mundial e está presente em muitas discussões atualmente, devido à possível influência antrópica nessa problemática. Diferentes meios de comunicação divulgam a respeito e, muitas dessas informações são recebidas pelos alunos através da mídia. Entretanto, muitas vezes, o problema mostrado é a de um fenômeno catastrofista e indiscutível (VIEIRA E BAZZO, 2007). Assim, é importante conhecer o nível de veracidade das informações que chegam aos alunos do Ensino Fundamental e Médio. Quais serão as origens dessa informação? Qual a abordagem dada? São confiáveis? Teriam sido fixadas após a sua explanação? Apesar da discussão está constantemente presente na mídia escrita e televisiva, nos últimos tempos as informações transmitidas à população têm sido sucintas e, por vezes, imprecisa. Assim, além da população, os responsáveis por tomar decisões a respeito do assunto, muitas vezes não conseguem distinguir as certezas das incertezas com relação às variações climáticas no contexto atual, e no futuro (MARENGO, 2006). Segundo o Intergovernamental de Mudanças Climáticas (IPCC) (2001 a, apud MARENGO, 2006), a temperatura da Terra pode aumentar entre 1.4 e 5.8 ºC entre 1900 e 2100. Esse aumento representa um aquecimento mais rápido do que o apresentado no século XX, no qual a temperatura média da atmosfera terrestre aumentou em 0.6 ± 0.2ºC. Os últimos 1000 anos apontam que alterações na temperatura global não ocorrem somente devido a causas naturais, considerando as grandes incertezas dos registros paleoclimáticos. Assim, a identificação da interferência humana na mudança climática é um dos aspectos analisados pelo Terceiro Relatório de Avaliação do IPCC, publicado em 2001(IPCC, 2001 a-c, apud MARENGO, 2006) Desta feita, a pesquisa se justifica não somente devido a importância da inserção da temática no contexto atual, mas também, pela motivação em se tentar entender até que ponto, as atividades antrópicas produzidas nas últimas décadas e capazes de intensificar o aquecimento global, vem sendo discutidas no espaço escolar. Desde o princípio, a Terra sempre ou por ciclos naturais de aquecimento e resfriamento. Gases foram inseridos na atmosfera a partir de intensa atividade geológica e criou o que hoje é conhecido como efeito estufa, esse formado de forma natural. Entretanto, a emissão de gases do efeito estufa (GEEs) foi acelerada com a exploração de combustíveis fosseis e com o crescente desmatamento para produção agrícola e implantação de novas indústrias (ROCHA, 2011), interferindo na mudança do clima no que diz respeito a sua variação natural, indicando assim, que a influência antrópica é um fator determinante no aquecimento (MARENGO, 2006). De acordo com a organização WWF-Brasil, aquecimento global é entendido como resultado da introdução exacerbada de gases de efeito estufa, especialmente o CO2, na atmosfera. Esses gases formam uma camada que impede a saída da radiação solar. A Terra deve irradiar energia para o espaço na mesma proporção em que a absorve do sol. As emissões antrópicas de GEEs aumentam a capacidade da atmosfera absorver

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irradiação infravermelha, desbalanceando a proporção de saída e entrada de energia solar (MARENGO, 2006). O fenômeno de interceptação do infravermelho (IV) emitido pelos gases que constituem a atmosfera e sua distribuição com o calor para aumentar a temperatura da atmosfera é chamado de efeito estufa, necessário para o aquecimento da Terra e sobrevivência dos seres vivos. Esse fenômeno preocupa, pois o aumento da concentração dos gases, traço que absorve a luz IV resultaria na conversão do calor para uma fração ainda maior de energia infravermelha do que ocorre atualmente, o que poderia aumentar a temperatura média da superfície, ocorrendo assim, a intensificação do efeito estufa (COLIN & CANN, 2011). Entre os chamados gases de efeito estufa estão: o CO2, o ozônio (O3), o metano (CH4) e o óxido nitroso (N2O), juntamente com o vapor d’água (H2O) (WALTER, 2007). Os principais constituintes da atmosfera, como por exemplo, o N2, O2 e ar são incapazes de absorver a luz IV (COLIN & CANN, 2011). Segundo a publicação Perguntas e Respostas sobre Aquecimento Global (PINTO; MOUTINHO & RODRIGUES, 2008), do Instituto de Pesquisa da Amazônia (Ipam), as principais fontes antropogênicas que contribuem para as emissões de gases de efeito estufa são a queima de combustíveis fósseis (gás natural, carvão mineral e especialmente petróleo), o desmatamento e a queimada das florestas. Além disso, os reservatórios naturais de carbono e os ecossistemas com a capacidade de absorver CO2, chamados de sumidouros (os oceanos e os continentes), também estão sendo afetados por ações antrópicas (PINTO; MOUTINHO & RODRIGUES, 2008). Evidências do aquecimento global são percebidas por meio de observações quanto à variação da cobertura de neve das montanhas e de áreas geladas, ao aumento do nível global dos mares, ao aumento das precipitações, e outros fatores relacionados ao clima (VIEIRA E BAZZO, 2007). Além disso, um aumento da concentração de CO2 na atmosfera aumentará o fluxo desse gás para água do oceano através da interface ar/água. Tal processo acarretará na diminuição dos valores de pH (potencial hidrogeniônico) na água oceânica de 8,0 (valor atual) para 7,4 (MILLERO, 2006), e ainda, fenômenos como ondas de calor intensas, tempestades, secas e furacões estão cada vez mais severos, assim como o aumento de epidemias e a extinção de inúmeras espécies (WALTER, 2007). Segundo Epstein (2002) outras conseqüências do aquecimento seria um aumento do número de insetos, devido à umidade e o calor, ligado a um aumento de doenças por eles transmitidas, como por exemplo, a malária. Além de ser prevista uma redução da produção agrícola na maior parte das regiões tropicais e subtropicais. De acordo com Marengo (2006) o aquecimento global está afetando os ecossistemas no sentido de destruir ou de degradar o habitat de muitas espécies, além de acabar com a produtividade. Assim, ameaça tanto a biodiversidade quanto o bem estar dos seres humanos. Há algumas propostas e soluções para tentar diminuir a intensificação de emissão dos GEEs. Podemos citar o uso de combustíveis de origem não fóssil, como o álcool e o hidrogênio, o Protocolo de Quioto e o Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL) (RIBELA, 2006). Assim, o objetivo do presente trabalho foi conhecer as concepções prévias dos alunos do primeiro período do segundo semestre do ano de 2012 do curso de ciências biológicas da UFF, acerca da temática denominada “aquecimento global” e, a partir disso, identificar se o assunto foi desenvolvido durante a Educação Básica dos mesmos; conhecer a percepção dos referidos alunos a respeito das temáticas aquecimento global e efeito estufa; sugerir estratégias e abordagens didático pedagógicas versando sobre o aquecimento global e o efeito estufa.

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MATERIAL E MÉTODOS O presente estudo ocorreu na cidade de Niterói, localizada no Estado do Rio de Janeiro. Segundo o IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística), censo demográfico 2010, a cidade possui uma população de 487.562 habitantes e está distribuida numa área de aproximadamente à 134 km². A pesquisa foi realizada junto aos alunos ingressantes do curso de ciências biológicas da UFF que ingressaram no segundo semestre de 2012. Segundo a Coordenação do curso de ciências biológicas, o número total de alunos ingressantes no segundo semestre de 2012, na UFF, foi o de aproximadamente 60 alunos. Assim, foram pesquisados um quantitativo de 28 alunos. O instrumento utilizado para com os alunos foi um questionário, esse composto por 20 perguntas, dentre as quais, 10 abertas, 6 semi abertas e 4 fechadas. O questionário também continha uma ficha identificatória, no sentido de se conhecer o aluno quanto ao seu gênero, faixa etária, local de residência e origem escolar. Após a referida ficha, focou-se em perguntas relacionadas ao tipo de o à informação sobre a temática, presença de conteúdos relacionados ao tema durante a Educação Básica daqueles, além de opiniões sobre a importância do assunto. O instrumento foi finalizado com perguntas mais específicas sobre aquecimento global com o propósito de compreender a concepção prévia dos estudantes com relação ao foco da pesquisa. Para o emprego do questionário foram necessárias três incursões “a campo” para que perfizessem o número adequado de alunos para a pesquisa, somando-se um total de 2 horas de pesquisa de campo. RESULTADOS E DISCUSSÃO A faixa etária média dos respondentes esteve em torno de 20 anos de idade. Verificouse ainda que ao cursarem o Ensino Médio, 86% dos alunos são oriundos de escolas particulares e 14% são originários de escolas públicas. Talvez, por ser a muito divulgada e comentada/evidenciada nos meios de comunicação 100% dos alunos disseram ter conhecimento sobre a temática aquecimento global e a escola foi apontada como o local onde os alunos tiveram seu primeiro contato com essa temática. Para Pontalti, (2005, apud SILVA, 2008, p. 39), “a escola é o espaço social e o local onde o aluno dará seqüência ao seu processo de socialização”, este iniciado com os familiares, tornando a escola importante no processo de formação social e ambiental dos alunos. Isso, inclusive vem corroborar a importância dessa temática ser bem debatida nas instituições de ensino. As disciplinas de biologia e geografia foram as mais apontadas pelos respondentes por abordarem o tema aquecimento global. Biologia foi indicada pelos alunos pesquisados 21 vezes, enquanto que geografia foi indicada 20 vezes (Figura 1). É aqui constatado que os cursos de graduação em ciências biológicas e geografia são os cursos onde há maior inserção de caráter ambiental em suas discussões e reflexões. No entanto, numa quantidade bastante considerável, tal abordagem se dá de maneira reducionista e “biologizante” (MORAES, 2008). Indagamos aqui se, não somente essas disciplinas mais citadas, como até mesmo aquelas com menores indicações (química e redação) são as únicas responsáveis pela abordagem desse tema. No entanto, de acordo com a Lei 9.795/99 (BRASIL, 1999), no seu artigo 11º, “a dimensão ambiental deve constar dos currículos de formação de professores, em todos os níveis e em todas as disciplinas” (MORAES, 2008).

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Nº de apontamentos

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21

20

20 15 10 5

3

1

1

0

Figura 1: Disciplinas abordaram o tema durante a Educação Básica. Obs.: As respostas dadas estão relacionadas à quantidade de vezes que foram indicadas pelos respondentes. 61% dos respondentes, segundo o gráfico abaixo (Figura 2), citaram o uso de métodos alternativos ou a interdisciplinaridade como meios de melhorar a abordagem do tema aquecimento global em sala de aula, enquanto. 11% apontaram a apresentação das evidências do aquecimento global. Devemos nos atentar para a importância da flexibilidade; do diálogo com o outro; da interdisciplinaridade entre as disciplinas, no sentido de abordar da melhor forma uma temática atual, importante e abrangente. Professores das mais diversas áreas do conhecimento como física, química, biologia, geografia poderiam realizar trabalhos/projetos para tentar discutir coletivo-interdisciplinarmente tal temática. Bizerril e Faria (2001, apud SILVA, 2008, p.41) afirmam que o trabalho interdisciplinar é visto com dificuldade pelos professores, pois muitos têm medo da exposição à crítica por outros colegas, outros justificam a não participação em projetos interdisciplinares por não se tratar de conteúdos específicos de suas matérias, além da falta de tempo para cumprir seu plano de curso. Há professores alegando que a universidade não os preparou para a interdisciplinaridade e declaram que isso continua ocorrendo nos cursos de licenciatura. Assim, contata-se que os departamentos institucionais ainda não conseguiram solucionar o problema da fragmentação e das barreiras físicas e ideológicas presentes entre eles a fim de elaborar mudanças consistentes a favor da interdisciplinaridade e da constituição do saber ambiental (MORAES, 2008).

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Melhor abordagem do tema 7% Desenvolvimen to do tema durante toda a Educação Básica 3%

Resposta inconsistente 4%

NR 7%

Apresentação das evidências Disciplinas que 11% abordam o tema 7%

Métodos alternativos/Int erdisciplinarida de 61%

Figura 2: Sugestões dadas pelos respondentes a respeito de melhorar o desenvolvimento desse conteúdo em sala de aula. NR = não respondeu. 39% dos respondentes afirmaram que aquecimento global é o aumento da temperatura da Terra, 14% não souberam responder, 11% disseram ser o aumento da temperatura da Terra pelo homem e 3% responderam ser o resultado do efeito estufa em excesso. 4% não se lembram e outros 4% não responderam (Figura 3). De acordo com a organização WWF-Brasil, aquecimento global é entendido como resultado da introdução exacerbada de gases de efeito estufa, especialmente o CO2, na atmosfera. Esses gases formam uma camada que impede a saída da radiação solar. 39% dos alunos associaram a definição de aquecimento global ao aumento da temperatura, o que é condizente com a definição formal do tema. Entretanto, não se aventuraram muito em suas respostas, deixando de lado conceitos importantes, como, por exemplo, o efeito estufa. Um percentual considerável de 14% dos alunos não soube responder. Pode-se citar como algumas marcantes: • Respondente 23: “É o “ataque” de diversos compostos que interferem na camada de ozônio”. • Respondente 6: “Gases tóxicos concentrados na camada de ozônio formam uma barreira que não permite a saída do calor do sol da Terra”. Percebe-se com as respostas acima que, alguns alunos não sabem sobre, ou o tema não foi muito bem esclarecido em suas fontes de busca/pesquisa sobre esse assunto ou até mesmo nas salas de aula. Essas respostas citadas apareceram apesar de 100% dos alunos terem afirmado saberem sobre o que é aquecimento global.

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Não se lembram 4%

NR 4%

Não soube responder 14% Resposta inconsistente 25%

Aumento da temperatura da Terra 39%

Aumento da temperatura Resultado do da Terra pelo efeito estufa homem em excesso 11% 3% Figura 3: Definição (%) de aquecimento global dada pelos respondentes. respondeu.

NR = não

36% das respostas fornecidas pelos alunos foram consideradas inconsistentes, 25% não souberam responder, 7% não se lembram, 7% atribuem à definição de efeito estufa à retenção do calor do sol, 7% acreditam ser um efeito natural necessário a vida na Terra e apenas 4% promoveram uma definição correta (Figura 4). Segundo Marengo (2006), a radiação solar alcança a Terra na forma de ondas curtas, como o ultravioleta (UV). Parte da radiação é refletida pela superfície terrestre e pela atmosfera, e esta deve retornar para o espaço na forma de irradiação infravermelha (ondas longas). A energia emitida não é luz visível nem UV, devido ao fato de a Terra não ser quente o suficiente para emitir luz nesta região. A radiação UV é absorvida pelo ozônio estratosférico (O3) e pelo oxigênio diatômico (O2), já a radiação infravermelha (IV) é absorvida pelos gases de efeito estufa, como o dióxido de carbono e especialmente pelo vapor de água (COLIN & CANN, 2011). Retenção do Efeito natural calor do sol necessário a 7% vida na Terra NR Não se 7% 14% Definição lembra correta 7% 4% Não soube responder 25%

Resposta inconsistente 36%

Figura 4: Definição (%) de efeito estufa dada pelos respondentes. 415

Os alunos pesquisados apontaram 21 vezes o dióxido de carbono (CO2) como um dos gases envolvido no efeito estufa e 10 vezes os cloroflúocarbonos (CFCs), sendo estes os mais apontados (Figura 5). Entre os chamados gases de efeito estufa estão: o CO2, o ozônio (O3), o metano (CH4) e o óxido nitroso (N2O), juntamente com o vapor d’água (H2O) (Walter, 2007). Os principais constituintes da atmosfera, como por exemplo, o N2, O2 e ar são incapazes de absorver a luz IV (COLIN & CANN, 2011). Dentre os gases envolvidos no efeito estufa, um dos mais citados foram os clorofluorcarbonos (CFCs). Com isso, é possível perceber certa confusão, mistura de conteúdos entre “buraco na camada de ozônio” e “aquecimento global”. De acordo com Colin & Cann (2011), os CFCs devido a sua capacidade em absorver raios infravermelhos, cada molécula de CFC possui um potencial de causar a mesma quantidade de aquecimento global que dez mil moléculas de CO2. Entretanto, o efeito final dos CFCs na temperatura global é pequeno. O aquecimento que os CFCs produzem pelo redirecionamento do infravermelho térmico é parcialmente anulado por um efeito separado, o resfriamento que eles induzem na estratosfera atribuído à destruição do ozônio. Talvez as temáticas conseguissem ser mais bem esclarecidas se em sala de aula os professores tentassem, ao explicar um conteúdo ou o outro, trazer as diferenças entres esses temas que, como podemos perceber, estão conectados nas mentes dos alunos, mas, de forma equivocada. 25 Nº de apontamentos

21 20 15 10 10 5

4

3

3

2

2

2

2

1

1

1

1

1

0

Figura 5: Gases envolvidos no efeito estufa, apontados pelos respondentes. Obs: As respostas dadas estão relacionadas à quantidade de vezes que foram indicadas pelos respondentes. NR = não respondeu. De todos os estudantes (Figura 6), 46% apresentaram resposta inconsistente, 25% alunos disseram que o CO2 atua na retenção do calor, 11% não responderam, 7% dos alunos atribuíram a função do CO2 como sendo de agravamento do aquecimento global ou do efeito estufa, outros 7% não se lembram e 4% afirmam que o CO2 não têm função alguma no aquecimento global. De acordo com Marengo (2006), os gases de efeito estufa atuarão como uma barreira, impedindo uma perda elevada de radiação da superfície terrestre para o espaço, necessária para o aquecimento da Terra e sobrevivência dos seres vivos.

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46% dos estudantes apresentaram respostas inconsistentes e muitas delas relacionando a função do CO2 com a destruição da camada de ozônio. Mostrando mais uma vez, a não distinção das temáticas “camada de ozônio” e “aquecimento global”. 25% dos respondentes relacionaram à função do CO2 à retenção da radiação solar na Terra de forma correta. Entretanto, não fica claro se os mesmos compreendem de que forma isso ocorre. Nenhum 4%

Não se lembra 7%

NR 11% Rentenção de calor 25% Resposta inconsistente 46%

Agravamento do aquecimento global/efeito estufa 7%

Figura 6: Respostas dos alunos a respeito da função do CO2 no aquecimento global. NR = não respondeu. CONCLUSÕES O presente trabalho evidencia, por meio da análise dos questionários dos respondentes, que o assunto foi abordado durante a Educação Básica e inclusive para muitos, a escola foi o local onde tiveram o primeiro contato com o tema. Foi possível constatar também que, quanto à concepção prévia dos alunos em relação ao aquecimento global e ao efeito estufa os mesmos não apresentaram clareza suficiente. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS COLIN, B. & CANN, M. Química Ambiental. 4 ed. Porto Alegre: Bookman. 2011. 844p. EPSTEIN, Isaac. Aquecimento global. Com ciência, Reportagens. SBPC/Labjor, Brasil 2002. Disponível em: http://www.comciencia.br/reportagens/clima/clima11.htm. o em 04/07/2012. Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE). Disponível em: o em 03/12/12. MARENGO, J. A. Mudanças climáticas globais e seus efeitos sobre a biodiversidade: caracterização do clima atual e definição das alterações climáticas para o território brasileiro ao longo do século XXI. Brasília. Série Biodiversidade. V. 26. 2006. MILLERO, F.J. The marine Inorganic Carbon Cycle. Rosenstiel School of Marine and Atmospheric Science University of Miami, p.1 – 162. 2006. MORAES, F. A.; SHUVARTZ, M; PARANHOS, R. D. A educação ambiental em busca do saber ambiental nas instituições de ensino superior. Revista eletrônica do Mestrado em Educação Ambiental. V 20. Porto Alegre. 2008.

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Organização WWF-Brasil. Disponível em: o em: 02/03/2013. PINTO, E. P. P.; MOUTINHO, P.; RODRIGUES, L. Perguntas e respostas sobre aquecimento global. Instituto de Pesquisa Ambiental da Amazônia (IPAM). Pará. 2008. RAMOS E SILVA, C. A. 2004. Análises físico-químicas de sistemas marginais marinhos. Rio de Janeiro: Editora Interciência, 128 p. RAMOS E SILVA, C. A. 2011. Oceanografia Química. Rio de Janeiro: Editora Interciência, 195 p. RIBELA, R. G. Ações antrópicas e impactos ambientais: o Efeito estufa e o aquecimento global. Jaboticabal. 2006. ROCHA, H. Da revolução industrial ao aquecimento global. 2011. Disponível em: o em: 02/03/2013. SILVA, A. C. S. O trabalho com educação ambiental em escolas de ensino fundamental. Revista eletrônica do Mestrado em Educação Ambiental. V. 20. Porto Alegre. 2008. TORNISIELO, S. M. T. Microrganismos como indicadores de impactos ambientais. In: MAIA, N. B. & MARTOS (coordenadores). Indicadores Ambientais. Sorocaba: s.n. 2007. 266 p. Universidade Federal Fluminense (UFF) – Coordenação do Curso de Graduação em Ciências Biológicas. 2013. VIEIRA, C. L & BAZZO, A. W. Discussões acerca do aquecimento global: uma proposta CTS para abordar esse tema controverso em sala de aula. Ciência & Ensino. Vol. 1. Número especial. Novembro de 2007. WALTER, M. K. C. Mudanças Climáticas: Uma Verdade Inconveniente. Revista Multiciência. Campinas. Ed. 8. Maio 2007.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

ANÁLISE DO MÉTODO ORDINAL DE DECISÃO MULTICRITÉRIO DO VETO ANGEL SANTIAGO FERNANDEZ BOU1, JOÃO CARLOS SOARES DE MELLO2 1 2

Eng. Agrônomo, Universidade Federal Fluminense, [email protected] Eng. Mecânico e D.Sc. Eng. da Produção, Universidade Federal Fluminense, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Não há nenhum método ordinal de apoio à decisão que seja perfeito, ou seja, um método ordinal não pode matematicamente respeitar os cinco axiomas de Arrow (independência das alternativas irrelevantes, transitividade, universalidade, unanimidade de Pareto e ordem total). Por este motivo, os pesquisadores vêm centrando seus esforços na definição de métodos ordinais que possam reduzir a influência das alternativas irrelevantes sem gerar ciclos de intransitividade. O método do Veto é um método ordinal de decisão multicritério. Para seu cálculo, ele desconsidera os dois quartis intermediários da matriz de alternativas ordenadas por cada tomador de decisão; assim, o quartil superior representará a força de cada alternativa e o inferior a debilidade, sendo escolhida a alternativa com maior índice de força menos debilidade. Este artigo analisou o método do Veto para a dependência das alternativas irrelevantes usando como referência o método de Copeland, reforçado com outros métodos e exemplos. Os resultados mostram que o método do Veto é mais sensível às alternativas irrelevantes que o método de Copeland. O veto dos quartis intermediários, postulado para reduzir a dependência das alternativas irrelevantes, não a reduz, e ainda pode eliminar informação essencial para uma ordenação justa. Por sua estrutura, o método do Veto permite a manipulação dos resultados através da seleção das alternativas, sendo possível fabricar uma decisão por parte de quem decide que alternativas serão votadas. Por tanto, o método de Copeland deve ser preferido ao do Veto. PALAVRAS–CHAVE: decisão em grupo; análise multicritério; método de Copeland.

ANALYSIS OF THE VETO MULTI-CRITERIA DECISION MAKING METHOD ABSTRACT: There is no perfect ordinal decision making method. This means, one ordinal method cannot meet the five Axioms of Arrow (independence of irrelevant alternatives, transitivity, universality, Pareto unanimity and total order). For this reason, researchers have been focusing their efforts on finding methods that reduced the influence of irrelevant alternatives without incurring intransitivity. The Veto method is an ordinal multi-criteria decision method. It consists in removing the middle quartiles of the alternatives matrix after it is ranked by the decision makers to calculate the chosen alternative; thus, the upper quartile is used to calculate the strength of each alternative, and the lower quartile corresponds to the weakness. The alternative chosen is the one with the greatest value of strength minus weakness. This article analyzed the Veto method for the dependence of irrelevant alternatives. To achieve this, the Copeland method was used as reference, reinforced with other methods and examples. The result was that the Veto method is more sensitive to irrelevant alternatives than the Copeland method. The intermediate quartiles veto, postulated to reduce the dependency on the irrelevant alternatives, doesn’t reduce it and it can eliminate essential information to achieve a fair decision. Because of its structure, the Veto method allows manipulation of the results through the selection of the alternatives, making possible for the one who selects the alternatives available to build a decision. Therefore, the Copeland method must be preferred to Veto method. KEYWORDS: group decision; multi-criteria analysis; Copeland method.

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INTRODUÇÃO Tomar decisões corretas é a base de um bom planejamento estratégico. No entanto, esta pode se tornar uma difícil tarefa (Candia-Véjar e González, 2011), sobretudo quando as decisões devem ser tomadas em grupo. A literatura (Forman e Peniwati, 1998) distingue dois procedimentos para a tomada de decisões. Um deles seria a agregação de juízos individuais, onde o grupo decide como uma unidade; o outro seria a agregação de prioridades individuais, em que cada componente do grupo defende sua postura particular. Um exemplo do primeiro procedimento seria o conselho de istração de uma empresa, onde os dirigentes devem atingir um consenso para maximizar o lucro da empresa. O segundo procedimento poderia ser um debate entre sindicatos, empresas e governo para legislar sobre direitos trabalhistas. Neste caso, no debate plural cada setor tem um objetivo diferente, e cada representante tentará que as decisões tomadas beneficiem ao máximo a seus representados, mesmo que isso signifique prejudicar os outros. Os métodos ordinais são considerados intuitivos e com poucas exigências, especialmente para os tomadores de decisão, que devem só ordenar as alternativas de acordo com as suas preferências (Barba-Romero e Pomerol, 1997). Muitos métodos ordinais foram formulados até hoje com o intuito de estabelecer a melhor forma tomar decisões sujeitas a múltiplos critérios, mas não há um método perfeito. Em meados do século XX, Arrow (Arrow, 1950; 1951) formulou os cinco axiomas que sistematizam as condições necessárias para que um método não gere paradoxos e seja justo. Estes axiomas são (Mattos Fernandes et al., 2012): (1) Independência das alternativas irrelevantes: para qualquer par de alternativas, a preferência entre elas deve depender só de como os tomadores de decisão ordenam uma respeito da outra, e não de como ordenam as outras alternativas; (2) Transitividade: se A é preferível a B e B é preferível a C, então A deve ser preferível a C; (3) Universalidade: o método deve funcionar respeitando todos os axiomas para qualquer conjunto de decisões dos tomadores de decisão; (4) Unanimidade de Pareto: se existirem duas alternativas para as quais todos os tomadores de decisão preferirem a primeira à segunda, a primeira deve ficar posicionada por cima da segunda no ranking final; (5) Ordem total: para cada par de alternativas a primeira tem que ser melhor, pior ou igual que a segunda. Arrow demonstrou depois que não há possibilidade de criar um método ordinal que respeite os cinco axiomas. Portanto, a pesar de ter caráter científico, esta limitação introduz subjetividade, já que o método deve ser escolhido para cada situação em função das características de cada caso (Gomes, González Araya e Carignano, 2003). O Apoio às Decisões Multicritério foi constituído formalmente como uma área da Investigação Operativa na década de setenta. No entanto, os primórdios desta metodologia aconteceram durante a Revolução sa, em finais do século XVIII (Correia Baptista Soares De Mello et al., 2005), quando apareceram dois métodos ordinais importantes, Borda e Condorcet, que deram início, respetivamente, às escolas Americana e sa. Ambos os métodos já foram vislumbrados pelo erudito maiorquino Ramón Llull no século XIII, com desenvolvimento matemático similar, mas não idêntico. Em qualquer caso, os manuscritos de Llull (“Ars notandi”, “Ars eleccionis” e “Alia ars eleccionis”) só foram publicados recentemente (Hägele e Pukelsheim, 2001), não deslegitimando, portanto, a originalidade dos matemáticos ses. O método de Borda foi criado no século XVIII por Jean-Charles de Borda. De acordo com este método, cada tomador de decisão deve ordenar as alternativas (candidatos) segundo sua preferência individual. Desta forma se cria uma matriz de preferencias onde as colunas representam as preferências de cada tomador de decisão, e as filas as alternativas ordenadas, sendo mais preferidas quanto mais alto estejam.

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As alternativas da primeira fila (as favoritas de cada tomador de decisão) ganham 1 ponto, as da segunda 2 pontos,... e assim até as da última fila (as menos favoritas) terem a maior pontuação. Vence a alternativa que acumule menos pontos. Este método considera todas as preferências de cada tomador de decisão, não só a primeira; desta forma, a alternativa vencedora pode ser diferente àquela que mais vezes ficou em primeiro lugar. O método de Borda tem a vantagem de ser intuitivo e simples, sendo algumas das suas variantes usadas em competições desportivas, como a Fórmula 1 (Correia Baptista Soares De Mello et al., 2005). No entanto, tem uma importante debilidade, já que não respeita o axioma de Arrow sobre a independência das alternativas irrelevantes (Arrow, 1951). Isso significa que a posição de duas alternativas depende (não é independente) de seu ranking em referência às alternativas irrelevantes. Esta debilidade faz com que o resultado dependa diretamente do conjunto de alternativas analisadas e permite a possibilidade de manipulação ++da votação (Gonçalves Gomes, Soares De Mello e Mangabeira, 2009). O método de Condorcet foi criado poucos anos depois do de Borda, também no século XVIII, por Marie Jean Antoine Nicolas Caritat, o Marquis de Condorcet. Este método está baseado em relações de superação entre pares de alternativas, que são representadas com um grafo onde aparece a relação entre dominante e dominada, quando essa relação existe (Mattos Fernandes et al., 2012). Se existir uma única alternativa dominante, essa será a escolhida (Gonçalves Gomes, Soares De Mello e Mangabeira, 2009). Este método tem como principal vantagem a independência das alternativas irrelevantes, ou seja, o resultado da votação não depende do grupo de alternativas selecionadas. Todavia, o método de Condorcet não sempre consegue dar uma ordenação completa, pois não respeita em todos os casos o axioma de Arrow da transitividade. Pode, portanto, gerar situações do tipo “A domina a B, B domina a C y C domina a A”. Esta situação é denominada como paradoxo de Condorcet, e faz impossível a ordenação das alternativas. Também não respeita o axioma da universalidade, pois não funciona para qualquer conjunto de preferências dos tomadores de decisão. Quando não existe intransitividade na votação, o método de Condorcet é preferível ao de Borda (Soares De Mello, Quintella e Soares De Mello, 2004). O método ordinal mais referenciado na literatura, além do de Borda e do de Condorcet, é o de Copeland (Gonçalves Gomes, Soares De Mello e Mangabeira, 2009). O método de Copeland deriva do método de Condorcet e utiliza a mesma matriz de relações entre pares de alternativas. O cálculo realizado é vitorias menos derrotas, ou seja, se soma o número de vezes que cada alternativa venceu às outras e o número de vezes que perdeu, e a diferença é o resultado. A alternativa escolhida é aquela com resultado maior. O método de Copeland tem o mesmo resultado que o de Condorcet quando não existem ciclos de intransitivadade. Porém, quando existem, Copeland é capaz de ordenar as alternativas. É um pouco mais complexo que o método de Borda, mas tem a vantagem sobre este de reduzir (mas sem eliminar em todos os casos) a influência das alternativas irrelevantes (Gomes Júnior, Soares De Mello e Soares De Mello, 2008). Desta forma, pode-se dizer que o método de Copeland reúne a filosofia dos métodos de Borda e de Condorcet e, mesmo não sendo perfeito, é igual o melhor a estes em todos os casos. De fato, de acordo com Arrow, não há um método ordinal perfeito, e os esforços dos pesquisadores são baseados em tentar reduzir a dependência das alternativas irrelevantes sem cair em ciclos de intransitividade. Este estudo analisou o método proposto por Morais e Teixeira (Morais e De Almeida, 2012), denominado método do Veto, e especialmente a sensibilidade às alternativas irrelevantes. Para realizar a avaliação, usou-se como referência o método de Copeland, por considerar que reduz a dependência das alternativas irrelevantes.

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MATERIAL E MÉTODOS O Método do Veto O método do Veto foi criado por Danielle C. Morais e Adiel Teixeira de Almeida, da Universidade Federal de Pernambuco (Morais e De Almeida, 2012). Nele, os autores pretendem definir um método aplicável a decisões relativas a bacias hidrográficas, onde os tomadores de decisão têm interesses claramente enfrentados. O método do Veto é um método ordinal de decisão multicritério através de ranking das alternativas, com o objetivo de escolher a que possa ser considerada apropriada para resolver o problema desde o ponto de vista de todos. Dado um problema que tem que ser resolvido adotando uma única medida (alternativa), são considerados m tomadores de decisão e n alternativas (k = {TD1, TD2,…, TDm} e i = {1, 2,…, n}). Cada tomador de decisão ordena as alternativas colocando-as em ordem decrescente de preferência, desde a favorita, até a menos preferida. Considera-se que as preferências de cada tomador de decisão são transitivas, que todos os tomadores de decisão têm o mesmo tratamento e que uma preferência coletiva é a agregação de várias preferências individuais. A primeira fase é a ordenação das alternativas. Na segunda fase, denominada de VETO, a matriz ordenada divide-se em quartis, e os dois intermediários são eliminados, sendo os cálculos realizados unicamente com as alternativas dos quartis extremos. Na terceira fase, o quartil superior se utilizará para calcular a FORÇA das alternativas (Equação 1), e o inferior para calcular a DEBILIDADE (Equação 2). No caso em que o número de alternativas dentro do quartil não seja um número inteiro, redondear-se-á de forma tradicional, ou seja, entre 0 e 5 décimas para abaixo, e para 5 décimas ou mais para acima. Deste modo, atribui-se um valor correspondente à posição dentro do quartil, tendo os extremos mais peso que as posições mais próximas ao centro. Ä , Á> = ∑ ,Å8 ∑GÅ8Â − Ã + 14>G

∀i, k

∀j = 1, 2, …, x

(1)

# , Æ> = ∑ ,Å8 ∑GÅÈ(Ã − Ç + 1)4>G

∀i, k

∀j = y, …, n

(2)

Em que i é cada alternativa; j é a posição da alternativa i para cada tomador de decisão; k é cada tomador de decisão; m é o número total de tomadores de decisão; n é o número total de alternativas; x é a posição da última alternativa dentro do quartil superior; y é a posição da , primeira alternativa dentro do quartil inferior; 4>G terá valor 1 se a alternativa i estiver na posição j para o tomador de decisão k, ou 0 em qualquer outro caso. Depois, calcular-se-á a intensidade da força de cada alternativa, αi, que é a diferença entre a força e a debilidade (Equação 3). A alternativa elegida será aquela com maior índice α. αi = Fi - fi

(3)

O artigo original inclui o coeficiente β (Equação 4), que é uma medida da intensidade do desacordo do grupo com uma determinada alternativa. Então, se a debilidade de uma alternativa for β vezes ou mais superior à força, essa alternativa será descartada. O valor do coeficiente β deve ser definido pelos tomadores de decisão assessorados por um consultor. Se fi ≥ β·Fi Ai é descartada

(4)

422

Ou seja, se o quociente

fi Fi

for suficientemente alto (≥ β), a alternativa i será descartada.

Aplicação do Método do Veto Morais y Teixeira aplicaram este modelo para um comité de gestão de uma bacia hidrográfica. O objetivo foi escolher uma única alternativa entre todas as apresentadas que representasse ao grupo, de maneira a controlar a degradação ambiental daquele lugar. A bacia hidrográfica estudada foi a do Rio Jaboatão, em Pernambuco, região Nordeste do Brasil. No Brasil, as decisões a respeito da gestão das bacias hidrográficas estão descentralizadas. Os comités de bacias hidrográficas são os responsáveis por reunir as partes, analisar a situação e, consensualmente, decidir a melhor solução para resolver cada problema. O método pode ser estruturado como segue: (1) Caraterização da bacia hidrográfica estudada. (2) Identificação dos tomadores de decisão. (3) Seleção das alternativas. (4) Ranking das alternativas. (5) Decisão do grupo. A caraterização da bacia hidrográfica consiste em um estúdio de base para poder adaptar o método do Veto da melhor forma possível. Um consultor analisou a bacia para determinar os agentes afetados e definir os tomadores de decisão. O consultor selecionou 5 tomadores de decisão: representando aos stakeholders, as Indústrias (TD1), Agroindústrias (TD2) e Empresas de tratamento e fornecimento de água (TD3); representando ao Setor Público, o Governo Federal, Estadual y Municipal (TD4); e representando à Sociedade civil, as Universidades ou associações civis (TD5). Como o método quer definir a melhor alternativa para combater a degradação da bacia, o consultor investigou as condições ambientais para propor as alternativas a serem ordenadas pelos tomadores de decisão de acordo a suas preferências individuais. As alternativas selecionadas pelo consultor foram 12. Ou seja, cada um dos quartis da matriz de alternativas ordenadas (Tabela) ficou composto por 3 alternativas (25% de 12). Com esta matriz de alternativas ordenadas realizou-se o veto, tirando os dois quartis intermediários, e se atribuiu a pontuação, conforme se descreve na Tabela.

Ranking 1º 2º 3º 4º 5º 6º 7º 8º 9º 10º 11º 12º

TD1 A5 A2 A10 A4 A6 A3 A9 A7 A11 A12 A8 A1

TD2 A2 A5 A6 A4 A9 A10 A3 A7 A12 A8 A11 A1

TD3 A5 A4 A3 A2 A10 A9 A6 A7 A11 A8 A12 A1

TD4 A9 A6 A4 A2 A3 A11 A7 A8 A10 A5 A12 A1

TD5 A9 A4 A3 A6 A12 A10 A8 A2 A5 A1 A7 A11

Quarto Primer Quartis vetados quartil quartil

Tabela 1: Alternativas ordenadas por cada tomador de decisão (caso A)

FORÇA

Pontuação 3 2 1

Desconsideradas para o cálculo do 0 índice α

DEBILIDADE

1 2 3

Desta forma, a alternativa selecionada pelo método do Veto foi a A5 (Tabela ). 423

Tabela 2: Resultados parciais e final aplicando o método do Veto (caso A) Alternativa A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12

FORÇA 1ª 2ª 3ª - - 1 1 - - 2 - 2 1 2 1 - 1 1 - - - - 2 - - - 1 - - - - -

Subtotal 0 5 2 5 8 3 0 0 6 1 0 0

DEBILIDADE 10ª 11ª 12ª 1 4 1 1 2 1 1 1 1 2 -

Subtotal 13 0 0 0 1 0 2 4 0 0 5 5

α -13 5 2 5 7 3 -2 -4 6 1 -5 -5

Ranking final 12ª 3ª 6ª 3ª 1ª 5ª 8ª 9ª 2ª 7ª 10ª 11ª

Análise do Método do Veto A presente análise pretende mostrar que o método do Veto é altamente dependente das alternativas irrelevantes, e que permite a manipulação dos resultados baseada na seleção das alternativas. Como referência principal utilizar-se-á o método de Copeland. O método de Copeland consiste na comparação entre pares de alternativas; ao número de vezes que uma alternativa superou a outra para todos os tomadores de decisão se resta o número de vezes que essa alternativa perdeu de outra. Vence a alternativa com mais pontos. O resultado do método de Copeland foi um empate entre as alternativas A2, A4 e A5. Essas três alternativas são indiferentes, ou seja, são igualmente atrativas para todos os tomadores de decisão. Não há maneira de eleger uma entre essas três alternativas utilizando o método de Copeland. A probabilidade de que um empate ocorra é menor quanto maior for o número de tomadores de decisão. Para desempatar, poder-se-ia incrementar o número de tomadores de decisão, ou utilizar-se um método ordinal ou, inclusive, um sorteio entre as três alternativas indiferentes. O resultado é diferente ao do método do Veto, que elegia sim uma alternativa, a A5. No entanto, para mostrar com maior claridade a dependência das alternativas irrelevantes do método do Veto, criou-se outra matriz de alternativas ordenadas por cada tomador de decisão (Tabela 3). A nova matriz não apresenta ciclos de intransitividade, ou seja, o método de Copeland, ao igual que o de Condorcet, têm como resultado um ranking independente das alternativas irrelevantes. Para servir como referências secundárias para a análise da ordenação das alternativas, além do método de Copeland, usaram-se o método de Borda; o de Condorcet; variações do método do Veto com 0%, 16,7%, 33,3%, 66,7% e 83,3% de veto, ou seja, vetando, respetivamente, as 0, 2, 4, 8, e 10 alternativas centrais da matriz ordenada; e a contagem usada na Fórmula 1 e outros esportes de motor, como a Moto GP, que é uma variação do método de Borda (Correia Baptista Soares De Mello et al., 2005). A comparação entre os resultados de todos os métodos estudados aparece na Tabela .

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Tabela 3: Nova matriz de alternativas ordenadas por cada tomador de decisão (caso B) Ranking 1º 2º 3º 4º 5º 6º 7º 8º 9º 10º 11º 12º

TD1 B5 B2 B10 B4 B6 B3 B9 B7 B11 B12 B8 B1

TD2 B4 B5 B6 B2 B9 B10 B3 B7 B12 B8 B11 B1

TD3 B5 B4 B3 B9 B10 B2 B6 B7 B11 B8 B12 B1

TD4 B9 B6 B2 B4 B3 B11 B7 B8 B5 B10 B12 B1

TD5 B9 B4 B3 B6 B12 B10 B8 B2 B5 B1 B7 B11

Tabela 4: Comparativa de resultados com os diversos métodos estudados para a nova matriz de preferências (caso B)

B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 B10 B11 B12

Paper Copeland

Borda Condorcet

12 4 6 2 1 4 8 9 3 7 10 10

12 5 6 1 4 3 8 9 2 7 11 9

12 5 6 1 2 4 8 11 3 7 9 10

12 5 6 1 2 4 8 11 3 7 9 10

0% 12 4 6 1 4 3 8 10 2 7 10 9

Veto 16,7% 33,3% 12 12 5 4 6 6 1 1 3 2 3 4 8 8 9 9 2 2 7 7 11 10 10 10

66,7% 12 4 6 2 1 4 8 8 2 6 11 10

83,3% 12 4 4 3 1 4 4 4 1 4 11 4

F1 12 5 6 1 3 4 8 10 2 7 10 9

RESULTADOS E DISCUSÃO Nos dois casos estudados o resultado do método do Veto foi diferente ao de Copeland. Para a primeira matriz (caso A), cabe destacar que o empate entre as alternativas A2, A4 e A5 é diferente da vitória de uma delas, A5, sobre as outras. O empate foi provocado por um ciclo de intransitividade que impede a ordenação justa sendo, portanto, as três alternativas iguais para esse grupo de tomadores de decisão. No segundo caso (caso B), a matriz (Tabela 3) não apresenta nenhum ciclo de intransitividade, ou seja, o resultado do método de Copeland é independente das alternativas irrelevantes para essa matriz de preferências. Como o resultado do método do Veto (B5) é diferente ao do método de Copeland (B4), queda provado que o método do Veto é dependente das alternativas irrelevantes. Este fato já era conhecido pelos autores; no entanto, na epígrafe 5 do artigo, sobre a discussão dos resultados, quando analisam o axioma de Arrow sobre a dependência das alternativas irrelevantes, os autores dizem “A pesar de que o método proposto é sensível à independência das alternativas irrelevantes – uma das propriedades do Teorema de Arrow, esta foi reduzida

425

pela limitação das alternativas nos quartis superior e inferior [...]”. Esta afirmação é incorreta. No caso B, o método de Borda, que é dependente das alternativas irrelevantes, tem o mesmo resultado que o de Condorcet e o de Copeland. Por isso, pode se dizer que o método do Veto não pode ser considerado melhor que o de Borda. Por outro lado, o método de Copeland é preferível ao de Borda; assim, o método de Copeland deve ser preferido ao do Veto. O próprio método do Veto, quando modificada a percentagem de alternativas vetadas, varia o resultado. Quando o veto foi igual ou inferior a 4 das 12 alternativas, o resultado coincidiu com o de Copeland (B4). Mas quando o veto foi igual ou superior a 6 alternativas, o resultado foi B5 e B5 empatado com B9. Isto significa que o veto dos dois quartis intermediários pode tirar informação essencial para a obtenção de um resultado justo. Outra conclusão importante é o fato de alternativas consideradas muito desfavoráveis influírem notavelmente no resultado. Assim, no caso de que algumas alternativas sejam ordenadas nas últimas posições pela maioria dos tomadores de decisão, estas vão alterar o resultado final, pois alternativas que sejam favoráveis para uns tomadores de decisão, mas não para outros, vão perder debilidade, e a força vai influir mais no índice α. Isto permite a manipulação fácil dos resultados através da seleção das alternativas, o que indica alta sensibilidade às alternativas irrelevantes, como se apresenta no Exemplo 1 (Tabela e Tabela ), que compara o método de Copeland com o do Veto para uma matriz de alternativas com uma delas muito desfavorável. Exemplo 1 – Comparação entre o método do Veto e o de Copeland com uma alternativa muito desfavorável. Tabela 5: Matriz de decisão (caso Z) Ranking 1º 2º 3º 4º 5º

TD1 Z1 Z3 Z4 Z2 Z5

TD2 Z2 Z3 Z4 Z1 Z5

TD3 Z2 Z3 Z1 Z4 Z5

TD4 Z4 Z3 Z1 Z2 Z5

TD5 Z4 FORÇA Z3 Z2 VETO Z1 Z5 DEBILIDADE

Pontuação 1 0 1

Para esta matriz de decisão (caso Z) a alternativa vencedora é a Z2 empatada com Z4. A ordenação resultante foi Z2 = Z4, Z1, Z3, Z5. No entanto, a alternativa Z5 é claramente desfavorável para todos os tomadores de decisão. Portanto, tirou-se esta alternativa para realizar de novo o ranking. Tabela 6: Matriz de decisão depois de eliminar a alternativa Z5 (caso Z sem Z5) Ranking 1º 2º 3º 4º

TD1 Z1 Z3 Z4 Z2

TD2 Z2 Z3 Z4 Z1

TD3 Z2 Z3 Z1 Z4

TD4 Z4 Z3 Z1 Z2

TD5 Z4 FORÇA Z3 VETO Z2 Z1 DEBILIDADE

Pontuação 1 0 1

Para esta nova matriz de decisão (caso Z sem Z5), a alternativa vencedora foi Z4, sendo a ordenação Z4, Z2, Z3, Z1.

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Aplicando a este exemplo o método de Copeland, para as duas matrizes (com e sem Z5) se obteve o como resultado Z3. A ordenação foi: Z3, Z4, Z2, Z1, Z5. Como não existem ciclos de intransitividade, o resultado é independente das alternativas irrelevantes. Neste exemplo se pode observar claramente que a alternativa Z5 não deve estar entre as consideradas, mas que isso não atrapalha o desempenho do método de Copeland. Entretanto, o método do Veto apresenta elevada dependência à alternativa irrelevante ou, se se prefere, à alternativa altamente desfavorável. Além do mais, o método do Veto coloca a alternativa escolhida por Copeland (Z3) na penúltima posição nas duas matrizes. Isto reforça a ideia de que o veto não reduz a dependência das alternativas irrelevantes, mas pode retirar informação essencial para uma ordenação justa. Na mesma linha de raciocínio, foi aplicado o método de Borda às duas matrizes do exemplo e, em ambos os casos, o resultado foi o mesmo que com Copeland. No artigo original, os autores incluem coeficiente β (Equação 4), para eliminar as alternativas que não são suficientemente preferíveis, ou seja, aquelas com as que o grupo tem elevado grau de desacordo. Se para uma alternativa a debilidade for maior ou igual que β vezes a força, essa alternativa é descartada. Este coeficiente pretende resolver o problema das alternativas extremamente débeis, como poderia ser o caso da Z5 no Exemplo 1. Mesmo assim, sua aplicação poderia complicar muito a utilização deste método a nível prático, pois aumenta muito a exigência de participação dos tomadores de decisão. De fato, os próprios autores não usaram o coeficiente β em seu artigo. O valor deste coeficiente deveria ser definido pelos tomadores de decisão. Como não se menciona um possível valor no artigo, para avaliar e entender o efeito do coeficiente se considerou β = ∞. A aplicação do coeficiente β se apresenta nas Tabela e Tabela . Tabela 7: Evolução da matriz de decisão aplicando o coeficiente β (M1, M2 e M3) M1 Ranking TD1 TD2 TD3 TD4 TD5 1º A5 A2 A5 A9 A9 2º A2 A5 A4 A6 A4 3º A10 A6 A3 A4 A3 4º A4 A4 A2 A2 A6 5º A6 A9 A10 A3 A12 6º A3 A10 A9 A11 A10 7º A9 A3 A6 A7 A8 8º A7 A7 A7 A8 A2 9º A11 A12 A11 A10 A5 10º A12 A8 A8 A5 A1 11º A8 A11 A12 A12 A7 12º A1 A1 A1 A1 A11

M2 TD1 TD2 TD3 TD4 TD5 A5 A2 A5 A9 A9 A2 A5 A4 A6 A4 A10 A6 A3 A4 A3 A4 A4 A2 A2 A6 A6 A9 A10 A3 A10 A3 A10 A9 A10 A2 A9 A3 A6 A5 A5

M3 TD1 TD2 TD3 TD4 TD5 A5 A2 A5 A9 A9 A2 A5 A4 A6 A4 A4 A6 A2 A4 A6 A6 A4 A9 A2 A2 A9 A9 A6 A5 A5

Com a matriz de preferencias original (M1) o resultado foi A5. As alternativas que apresentaram debilidade, mas não força, satisfazem β = ∞, e foram tiradas para recalcular as preferências e gerar uma segunda matriz (M2). Elas foram A1, A7, A8, A11 e A12. Na segunda matriz, o resultado foi A2 empatada com A4, mas ainda se apresentaram alternativas com debilidade e sem força, A10 e A3, que foram tiradas gerando uma terceira matriz (M3).

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Para a terceira matriz o resultado foi A2, mas ainda se apresentou uma alternativa com debilidade extrema, A6, que foi tirada para gerar a quarta e última matriz (Tabela , matriz M4), consistente de acordo com o coeficiente β. Tabela 8: Matriz consistente de acordo com coeficiente β (M4) Ranking 1º 2º 3º 4º

TD1 A5 A2 A4 A9

TD2 A2 A5 A4 A9

TD3 A5 A4 A2 A9

TD4 A9 A4 A2 A5

TD5 A9 FORÇA A4 VETO A2 A5 DEBILIDADE

Pontuação 1 0 1

O resultado depois de aplicar o coeficiente β foi um empate entre as alternativas A5 e A9. Este resultado é diferente ao apresentado no artigo, em que a escolhida era A5, com A9 na segunda posição. Mas é também diferente ao resultado de Copeland, para o que existia empate entre A2, A4 e A5. Além do mais, 8 das 12 alternativas foram eliminadas (A1, A7, A8, A11, A12, A10, A3, A6), ou seja, 66,7% do total das alternativas foram extremamente débeis de acordo com o coeficiente β. Este fato deveria ser suficiente para que o consultor que definiu as alternativas a serem votadas reavaliasse se a seleção fora correta. As alternativas extremamente débeis serviram para modificar o resultado, deixando clara a dependência que o método do Veto tem às alternativas irrelevantes. Outra consideração significativa é que o método do Veto foi criado para atender a tomada de decisões a respeito de recursos hídricos. No entanto, a limitação de eleger só uma alternativa debilita a ação do método nesse campo, já que não considera o valor econômico de cada alternativa. Ou seja, uma alternativa pode ter um custo de implantação equivalente ao de diversas alternativas juntas. Este parâmetro deve ser considerado neste tipo de decisões, já que é essencial para gerenciar o orçamento de qualquer organização. CONCLUSÕES 1. O método do Veto é mais sensível às alternativas irrelevantes que o método de Copeland. 2. O veto dos quartis intermediários não reduz a dependência das alternativas irrelevantes, e ainda pode eliminar informação essencial para uma ordenação justa. 3. O método do Veto permite a manipulação dos resultados através da seleção das alternativas, sendo possível fabricar uma decisão ao selecionar as alternativas a serem votadas. 4. O método de Copeland deve ser preferido ao do Veto. AGRADECIMENTOS Ao CNPq e à CAPES pelo apoio financeiro. REFERÊNCIAS ARROW, K. J. A difficulty in the concept of social welfare. Journal of Political Economy, v. 58, p. 328-346, 1950. ARROW, K. J. Social choice and individual values. New York: Wiley, 1951.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

ESPAÇOS DE RISCO À SAÚDE HUMANA NA REGIÃO METROPOLITANA DO RIO DE JANEIRO: UM ESTUDO DAS TRAJETÓRIAS DE POLUENTES ATMOSFÉRICOS DO ARCO METROPOLITANO, CSA E COMPERJ HEITOR SOARES DE FARIAS1, JORGE LUIZ FERNANDESDE OLIVEIRA2 1 2

Doutor em Geografia, UFRRJ, 91377513, [email protected] Doutor em Ciências Atmosféricas, UFF, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: A Região Metropolitana do Rio de Janeiro (RMRJ) tem a qualidade do ar comprometida devido à presença da segunda maior concentração de indústrias, veículos, e de outras fontes de poluentes atmosféricos do país. Apesar disso, o governo federal anunciou a construção do Arco Metropolitano e de indústrias pesadas, como o Complexo Petroquímico do Rio de Janeiro (COMPERJ) e a Companhia Siderúrgica do Atlântico (CSA), e a expectativa é que cheguem outras. O relevo acidentado da RMRJ, uma baixada litorânea rodeada pela Serra do Mar com 900 metros de altitude em média, interfere no transporte de poluentes atmosféricos, formando áreas com distintas concentrações dos mesmos, as bacias aéreas, que potencializam os problemas relacionados à qualidade do ar, criando espaços de risco para a população mais vulnerável. Para identificar os espaços de risco à saúde humana da RMRJ, foram utilizados diferentes softwares. O BRAMS e o Trajetórias Cinemáticas 3D permitiram visualizar o comportamento dos ventos e o transporte de poluentes nas bacias aéreas. A partir dessas informações, no ArcGis foram mapeadas as áreas com potencial para concentrar poluentes, como também, as áreas onde localiza-se a população mais vulnerável. O cruzamento dessas informações identificou que na baixada fluminense, principalmente, estão áreas de risco elevado à população, localizados ao longo das vias de grande fluxo de veículos e próximos às áreas industriais, onde a população tem condições de vida e saúde muito ruins. PALAVRAS–CHAVE: Poluição do ar, Bacias aéreas, Espaços de risco.

SPACES OF RISK TO HUMAN HEALTH IN THE METROPOLITAN AREA OF RIO DE JANEIRO: A STUDY OF THE PATHS OF AIR POLLUTANTS ARC METROPOLITAN, CSA And COMPERJ ABSTRACT: The Metropolitan Region of Rio de Janeiro (RMRJ) has air quality compromised due to the presence of the second largest concentration of industries, vehicles, and other sources of air pollutants in the country. Nevertheless, the federal government announced the construction of the arc road and heavy industries such as Petrochemical Complex of Rio de Janeiro (COMPERJ) and Atlantic Steel Company (CSA), and is expected to reach others. The rugged terrain of RMRJ a coastal lowland surrounded by the Serra do Mar with 900 meters high on average, interferes with transport of air pollutants, forming areas with different concentrations of the same, the air basins, which potentiate the problems related to air quality creating spaces of risk for the most vulnerable. To identify areas of risk to human health RMRJ, we used different software. The BRAMS and 3D kinematic trajectories allowed us to visualize the behavior of the winds and the transport of pollutants in air basins. From this information, the ArcGIS mapped the areas with the potential to concentrate pollutants, as well as the areas where is located the most vulnerable. The crossing of the information identified in the Baixada Fluminense which mainly are areas of high risk to the population, located along the major routes of traffic flow and close to industrial areas, where the population has health and living conditions very bad. KEYWORDS: Air Pollution, Air Basins, Spaces risk.

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INTRODUÇÃO A ação humana sobre a superfície da Terra pode ser vista como a história da criação de um meio ambiente cada vez mais complexo. Nesse novo ambiente construído a natureza primitiva parece estar ausente, pois matérias primas industrialmente produzidas são crescentemente utilizadas (CORRÊA, 1992). Nas áreas intensamente modificadas as situações de risco são mais numerosas devido à permanente expansão e à ocupação diferenciada do território. Cada vez mais o homem cria novos espaços de risco, expondo os grupos humanos a situações de vulnerabilidade, também de maneira diferenciada (ZANIRATO et al., 2008). A Região Metropolitana do Rio de Janeiro (RMRJ) é um exemplo dessa expansão. Está localizada em uma baixada litorânea rodeada pela Serra do Mar, que se eleva a 900 metros de altitude em média, e apresenta problemas de qualidade do ar. O relevo, que interfere no transporte atmosférico, forma áreas com distintas concentrações de poluentes, denominadas bacias aéreas.

Figura 1 - O relevo na RMRJ A RMRJ possui quatro bacias aéreas que têm a qualidade do ar comprometida devido à presença da segunda maior concentração de indústrias, veículos, e de outras fontes de poluentes atmosféricos do país. Mas, apesar de a qualidade do ar estar comprometida, em 2007 o governo federal anunciou a construção do Arco Metropolitano, e nas proximidades do estão sendo instaladas indústrias pesadas, como o Complexo Petroquímico do Rio de Janeiro (COMPERJ), em Itaboraí, e a Companhia Siderúrgica do Atlântico (CSA), em Santa Cruz no município do Rio de Janeiro, que aumentarão as emissões de poluentes na RMRJ.

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Figura 2 – As quatro bacias aéreas e seus limites. A execução desses empreendimentos que têm o objetivo de alavancar o desenvolvimento e atrair novas atividades pode representar um risco. No momento em que se busca um desenvolvimento compatível com a sustentabilidade do planeta é preciso conhecer os riscos que os novos empreendimentos podem gerar para que sejam reduzidos. Portanto, este trabalho tem como objetivo identificar os espaços de risco na RMRJ, áreas onde os moradores estão mais vulneráveis à poluição do ar, ou seja, suscetíveis ao desenvolvimento de doenças respiratórias originadas em consequência da poluição atmosférica. MATERIAL E MÉTODOS Este trabalho foi dividido em quatro etapas. A primeira consistiu em utilizar simulações numéricas do campo de vento para verificar como e onde os ventos sofriam maiores interferências do relevo na RMRJ, estagnando poluentes. A segunda etapa foi de construção de um mapa de potencial de concentração de poluentes, a partir de parâmetros obtidos tanto na bibliografia especializada como nos resultados da primeira etapa. A terceira etapa foi de espacialização da qualidade de vida da população da RMRJ, a partir da construção de um índice condição de vida. Na quarta etapa foi feito o cruzamento dos mapas gerados nas etapas dois e três, potencial de concentração de poluentes com o de condição de vida, resultando em um mapa de risco à saúde humana. Na primeira etapa, para fazer as simulações numéricas do campo de vento das bacias aéreas da RMRJ utilizou-se o modelo BRAMS em dois períodos de agem de frente fria com ocorrência de precipitação na cidade do Rio de janeiro: dias 12, 13 e 14 de janeiro e 11, 12 e 13 de julho de 2010, com o objetivo é investigar a influência do Anticiclone Subtropical do Atlântico Sul (ASAS) na circulação dos ventos e transporte de poluentes na RMRJ, no verão e inverno, respectivamente. 432

Após obter o campo de vento optou-se pelo modelo cinemático tridimensional de FREITAS (1999) para simular as trajetórias dos poluentes emitidos na RMRJ, a partir do campo de vento gerado pelo modelo BRAMS. Como trata-se de um modelo tridimensional representado em uma superfície, a altitude atingida por uma partícula ou poluente ao longo da trajetória de parcelas de ar é representada por uma escala de cores, variando do azul marinho para altitudes de até 100 metros, até o rosa para altitudes entre 1900 e 2000 metros. As trajetórias foram simuladas nas alturas de 0 metros e 70 metros, para o escapamento dos veículos (5 pontos ao longo do Arco Metropolitano) para a chaminé das indústrias (CSA e do COMPERJ), respectivamente; nas mesmas datas citadas nos meses de janeiro e julho, para verificar o comportamento das trajetória dos poluentes nas estações de verão e inverno nas bacias aéreas da RMRJ. Na segunda etapa, para mapear as áreas com potencial para concentração de poluentes na RMRJ utilizou-se o software ArcGIS, versão 9.3. Neste software, a ferramenta Wheighted Overlay permitiu atribuir pesos e percentual de influência aos parâmetros selecionados - uso do solo, rodovias, indústrias, relevo e bacias aéreas. No mapa, as áreas foram apresentadas em 5 classes, segundo o potencial de concentração de poluentes. Na terceira etapa, para mapear as desigualdades de condição de vida e saúde presentes na RMRJ, baseado em literatura especializada, foram escolhidos 11 indicadores agrupados em 5 dimensões - Serviço de Saúde, Saneamento Básico, Demografia, Renda e Educação - de onde foi possível extrair características de grupos populacionais mais suscetíveis aos riscos de morbidade e mortalidade. A construção dos indicadores se baseou, principalmente, nos dados do Censo Demográfico de 2000, mas também no DATASUS de 2010, quando estavam relacionados diretamente à saúde. No mapa, as áreas foram apresentadas em 6 classes, segundo o grau de vulnerabilidade da condição de vida e saúde da população. O mapa dos espaços de risco da RMRJ, resultado do cruzamento das informações das áreas com potencial para concentração de poluentes (mapa de potencial para concentração de poluentes) com informações da qualidade de vida da população dessas áreas (mapa de condição de vida e saúde), sendo as áreas apresentadas em 5 categorias de risco à saúde humana. RESULTADOS E DISCUSSÃO No verão, o dia 12 de janeiro de 2010 foi de forte calor. No horário da manhã observam-se ventos paralelos à costa, sobre o mar, e no planalto, devido ao maior aquecimento do topo da Serra do Mar, ventos subindo a encosta em direção ao cume (brisa de vale). Na planície litorânea observa-se o efeito da brisa marítima nas bacias aéreas III e IV, enquanto que na bacia aérea I os ventos vindos do mar têm a velocidade reduzida em função do relevo (Figura 3).

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Figura 3 – Escoamento atmosférico do dia 12/01/2010, 9 horas local Durante a manhã as trajetórias emitidas das bacias aéreas III e IV (pontos 3, 4, 5), devido à presença do relevo, deslocam-se para norte em baixa altitude durante o início do percurso, fazendo com que os poluentes circulem próximos ao solo, contaminando o ar por mais tempo dentro da bacia aérea de emissão. Trajetórias do Arco Metropolitano – 12/01/10 9h

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3

4 5

1

Figura 4 - Trajetórias simuladas para o dia 12/01/2010, 9 horas local Ao ascender para ultraar a Serra do Mar, as trajetórias am a receber influência da circulação de grande escala e se elevam até 2000 metros do solo. Na bacia aérea I (pontos 1 e 2), onde os ventos estavam mais fracos, as trajetórias se elevaram menos e chegaram no máximo a 1500 metros devido a presença do maciço (Figura 4). No inverno, o dia 11 de julho de 2010 foi de bastante calor. Durante a manhã os ventos seguiram paralelos à costa do Rio de Janeiro, e têm sua velocidade reduzida pelo relevo,

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sendo as bacias aéreas III e IV atingidas por ventos mais fracos, e a bacia aérea I, praticamente isolada da sua atuação (Figura 5).

Figura 5 – Escoamento atmosférico do dia 11/07/2010, 9 horas local Neste horário as trajetórias têm comportamento semelhante ao observado nas manhãs de verão, no entanto elevaram-se menos. Em todos os pontos as trajetórias emitidas deslocam-se em baixa altitude no início do percurso, e na bacia aérea I (pontos 1 e 2) elevaram-se menos que nas demais bacias aéreas (Figura 6). Trajetórias do Arco Metropolitano – 11/07/10

3 2

4 5

1

Figura 6 - Trajetórias simuladas para o dia 11/07/2010, 9 horas local O mapa do potencial para concentrar poluentes mostra áreas com potencial muito alto, representadas em vermelho, na maior parte na bacia aérea III, mas também nas bacias aéreas I e IV, em áreas urbanas com grande densidade populacional e de construções, vias com alto fluxo de veículos, presença de indústrias muito poluentes em áreas de planície. Também foi observado um potencial muito alto em parte das rodovias que atravessam os municípios da 435

Baixada Fluminense. Em verde as áreas com potencial muito baixo presentes no alto das montanhas onde a altitude impede a concentração de poluentes, mas são áreas desabitadas.

Figura 7 - Áreas com potencial para concentrar poluentes na RMRJ No mapa síntese do Índice de Condição de Vida e Saúde (Figura 8), percebe-se que os setores com tonalidades da cor verde escura (Grupos 4, 5 e 6) representam a metade da população que tem melhor condição de vida e saúde e, em sua grande maioria, estão localizados na bacia aérea III, onde há maior emissão e potencial para concentração de poluentes. No entanto, são áreas que apresentam residências com saneamento básico, onde a população tem melhor instrução, renda e maior possibilidade de atendimento médicohospitalar. As tonalidades do amarelo, laranja e vermelho (Grupos 1, 2, e 3) representam a metade da população que tem pior condição de vida e saúde e, em sua grande maioria, estão localizados na Bacia Aérea III, onde há maior emissão e potencial para concentração de poluentes. São áreas que apresentam residências que não tem saneamento básico, onde a população tem menos instrução, pior renda e menor possibilidade de atendimento médicohospitalar. A Bacia Aérea III é a mais densamente urbanizada, sendo que os setores pertencentes ao município do Rio de Janeiro, mais próximo do mar, apresentam melhores condições de vida e saúde. Já os setores pertencentes aos municípios da Baixada Fluminense, mais para o interior, onde ará o Arco Metropolitano, apresentam piores condições de vida e saúde, ou seja, população mais vulnerável aos efeitos da poluição do ar.

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Figura 8 - Índice de Condição de Vida e Saúde na RMRJ No Mapa dos Espaços de Risco na RMRJ (Figura 9), os espaços de risco muito alto à saúde humana estão representados pela cor vermelha e correspondem à situação extrema, pois são áreas onde coincidem o alto potencial de concentração de poluentes e população muito vulnerável, com condição de vida e saúde muito ruins. Na cidade do Rio de Janeiro há espaços de risco muito alto à saúde ao longo da Avenida Brasil e em Santa Cruz, principalmente na área industrial onde localiza-se a CSA. Existem muitos espaços de risco muito alto à saúde na Baixada Fluminense, nas proximidades do COMPERJ. Os espaços de risco alto à saúde estão representados pela cor laranja e correspondem às áreas onde há um potencial um pouco menor para concentrar poluentes, já que não estão tão próximos de pontos de emissão de poluentes, aliado à baixa condição de vida da população. Estão localizados nos municípios da periferia do Rio de Janeiro, principalmente nas áreas dentro dos limites das bacias aéreas. Pode-se dizer que a grande maioria da população está na Bacia Aérea I. Os espaços de risco médio estão representados pela cor amarela. Correspondem às áreas onde há população com condição de vida ruim, no entanto o potencial para concentração de poluentes é baixo. Os espaços de risco baixo e muito baixo estão representados pela cor verde, claro e escuro respectivamente. Correspondem às áreas onde há população com baixa condição de vida, no entanto o potencial para concentração de poluentes também é baixo, como nas partes mais altas do relevo do município do Rio de Janeiro; ou então onde o potencial para concentração de poluentes é alto, entretanto, a condição de vida da população é muito boa, o que minimiza os efeitos da poluição em detrimento dos recursos disponíveis para enfrentá-la.

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Figura 9 - Mapa dos espaços de risco à saúde humana na RMRJ CONCLUSÕES A análise do campo de vento e o cálculo das trajetórias permitiram verificar que a posição e a orientação do relevo têm grande influência na concentração de poluentes na RMRJ. Nas Bacias Aéreas III e IV, a presença da Serra do Mar favorece a concentração dos poluentes em baixa altitude. Na Bacia Aérea I a Serra do Mar tem menor altura, o que favorece a canalização do escoamento dos ventos de grande escala, fazendo com que as trajetórias se elevem menos. Nesta bacia aérea, a posição do Maciço da Pedra Branca dificulta a agem dos ventos que seguem paralelos ao litoral, e a conseguinte dispersão dos poluentes, que ficam concentrados próximo à superfície. As Bacias Aéreas I e III também são aquelas que mais emitem e concentram poluentes. Essas áreas que já tinham sido identificadas como as maiores emissoras de poluentes pelo inventário de poluentes realizado pela FEEMA (2004) e pelo relatório de qualidade do ar do INEA (2009), foram também apontadas como tendo os maiores potenciais para concentrar poluentes no mapeamento que considerou diferentes fatores como a grande quantidade de vias com alto fluxo de veículos, áreas urbanas densas, localização de indústrias poluidoras, além do relevo plano circundado por montanhas. Ao caracterizar o perfil socioeconômico da população da RMRJ, identificou-se que a população com as piores condições de vida e saúde mora em condições precárias, em extrema pobreza, tem baixa instrução, má alimentação e pouco o ao sistema de saúde. Esta população reside na periferia do município do Rio de Janeiro, principalmente em alguns municípios da Baixada Fluminense. Assim, observou-se que existem espaços de alto e muito alto risco à saúde em todos os municípios da RMRJ e estão localizados ao longo das vias de grande fluxo de veículos e próximos às áreas industriais, onde a população tem condições de vida e saúde muito ruins. 438

São áreas extensas dos municípios da periferia do Rio de Janeiro, onde está localizada a grande maioria da população da Baixada Fluminense, principalmente, mas também na capital, em maior quantidade na extrema Zona Oeste do Rio de Janeiro. Nesse contexto, destacam-se as Bacias Aéreas I e IV que possuem as áreas mais extensas entre aquelas classificadas como de risco alto e muito alto, mas também à Bacia Aérea III que apresenta muitas áreas com este perfil e que tem maior densidade populacional. Assim, conclui-se que os empreendimentos trazidos para alavancar a retomada econômica do Rio de Janeiro estão localizados em espaços de risco alto (COMPERJ) e muito alto (CSA e Arco Metropolitano) para a saúde da população, não só pelo próprio potencial poluidor das indústrias CSA e COMPERJ, mas também por estarem localizados em áreas com grande potencial para concentrar poluentes, onde a população é extremamente vulnerável. A CSA está localizada na Bacia Aérea I, que tem maior dificuldade para dispersar os poluentes e onde já existem muitas indústrias. Apesar de a densidade populacional ser baixa no entorno da CSA, há um grande percentual de população vulnerável nas áreas próximas, existindo um risco maior de a população desenvolver problemas respiratórios relacionados à má qualidade do ar. O COMPERJ está localizado na Bacia Aérea IV, que tem maior facilidade de dispersão de poluentes em relação às demais, além disso, o empreendimento está em uma área vegetada afastada das áreas urbanas, que também são de baixa densidade populacional, apesar de a proporção de população vulnerável ser grande. Assim, pode-se dizer que a localização do COMPERJ é menos problemática do que a localização da CSA. No entanto, por estar em uma bacia área com emissão de poluentes bastante inferior às demais, o funcionamento pleno do COMPERJ influenciará a qualidade do ar local. REFERÊNCIAS CENSO DEMOGRÁFICO 2000. IBGE. Disponível em www.ibge.org.br CORRÊA, R. L. O meio ambiente e a metrópole. In: ABREU, M. A. (org.).: Natureza e sociedade no Rio de Janeiro. Rio de Janeiro: Secretaria Municipal de Cultura, Turismo e Esporte, p.27-36, 1992. DATASUS – Banco www.datasus.gov.br

de dados

do

Sistema Único

de Saúde.

Disponível

em

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

AVALIAÇÃO DA CONDIÇÃO DE VIDA DOS HABITANTES DO SEMIÁRIDO NORDESTINO PARA PROPOSTA DE PLANO QUE VISE SUA MELHORIA ANA LÚCIA TORRES SEROA DA MOTTA 1, JÚLIO CÉSAR BORGES DA SILVA 2, CLAUDIO LUIZ DE OLIVEIRA COSTA 3 1

Pós-doutora pelo Institute Für Technologie in den Tropen – Cologne University of Applied Sciences – Engineering Sciences Centre, Alemanha, Professora Associada da Universidade Federal Fluminense (UFF), 2629-5401, [email protected] 2 Graduação em Ciências Contábeis, Universidade Federal Fluminense, 8342-4355, [email protected] 3 Graduado em istração Industrial, Centro Federal de Educação Tecnológica Celso Suckow da Fonseca - CEFET-RJ, 2610-3608, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Este estudo teve como objetivo avaliar a condição de vida dos habitantes do semi-árido nordestino. Para alcançar este objetivo proposto, realizou-se uma pesquisa exploratória de caráter bibliográfica, através de consultas a órgãos oficiais do governo federal do Brasil, organismos internacionais de pesquisa, livros e artigos de pesquisadores com expressivo conhecimento e qualitativa publicação sobre este tema em tela, com a perspectiva de analisar o fenômeno como uma catástrofe natural e identificar a evolução das áreas suscetíveis à desertificação no Brasil. Assim, para compor um diagnóstico da situação que se perpetuou até este ano de 2013 e propor soluções locais e abrangentes para a elaboração de um plano de contingência, considerou-se para essa proposta as situações semelhantes e soluções existentes em outras localidades do Brasil e do mundo. O principal resultado alcançado foi a elaboração de um diagnóstico de como o homem é diretamente influenciado pela seca no Brasil, identificando ás áreas e os principais aspectos que dificultam a vida nas regiões afetadas pelo clima semi-árido. Além disso, este estudo pretende ser um subsídio para pesquisas que promovam ações pontuais sobre essas variáveis que assegurarão, certamente, melhores condições de trabalho, renda e habitação aos residentes destas regiões. PALAVRAS–CHAVE: seca, desertificação, diagnóstico.

ASSESSING THE CONDITION OF LIFE OF THE POPULATION OF NORTHEASTERN SEMIARID FOR PROPOSED PLAN TO IMPROVE YOUR VISE ABSTRACT: This study aimed to evaluate the condition of life of the inhabitants of semi-arid. To achieve this objective proposed, held an exploratory character of literature, by consulting the official agencies of the federal government of Brazil, international organizations, research, books and articles by researchers with extensive knowledge and qualitative publication on this subject on the screen, with a view to analyze the phenomenon as a natural disaster and identify trends in areas susceptible to desertification in Brazil. So, to make a diagnosis of the situation that has been perpetuated until this year 2013 and to propose solutions to local and comprehensive preparation of a contingency plan, was considered for this proposal and solutions similar situations exist in other parts of Brazil and world. The major achievement was the development of a diagnosis of how man is directly influenced by drought in Brazil, to areas and identifying the main aspects that make life difficult in areas affected by semiarid climate. Furthermore, this study intends to be a research allowance that promote specific actions on these variables which will, certainly, better working conditions, income and housing to residents of these regions. KEYWORDS: drought, desertification, diagnosis.

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INTRODUÇÃO O FENÔMENO DA SECA A seca vem sendo tratada como um fenômeno devastador. Nos últimos anos o nordeste brasileiro a pela pior seca dos últimos 50 anos. É neste cenário de catástrofe natural resultante do fenômeno climático que deveriam existir propostas de soluções para minimizar as conseqüências implacáveis da seca nordestina. Para conhecer a região nordestina, os autores, Menezes e Morais (2002, p. 17), definem o Nordeste como uma das cinco grandes regiões do Brasil, representada por 18,3% do território brasileiro. Esta região compreende nove Estados que são, a saber: Maranhão, Piauí, Ceará, Rio Grande do Norte, Paraíba, Alagoas, Sergipe, Bahia e Pernambuco, da qual faz parte o arquipélago de Fernando de Noronha, rico em flora e fauna. Ademais, definem que a macrorregião geoeconômica do Nordeste possui uma área de 1.561.177,8 Km2, enquanto que o semi-árido ocupa pouco mais da metade dessa área (803 328,9 km2), além dos 54.670,4 Km2 de Minas Gerais, o que daria e para desenvolver algum plano que atacasse a seca. Para Ab´Sabber (1999, p.7), o fenômeno da seca é explicado por uma longa ausência de chuvas, chamada de estiagem, em regiões que possuem índices pluviométricos baixos e grande dificuldade de o a água potável. O autor afirma que só as análises dos fatores climáticos e ambientais não explicam as conseqüências desta seca. Ainda segundo Ab´Sabber (1991, p.7), os atributos que dão similitude às regiões semiáridas são sempre de origem climática, hídrica e fitogeográfica: baixos níveis de umidade, escassez de chuvas anuais, irregularidade no ritmo das precipitações ao longo dos anos; prolongados períodos de carência hídrica; solos problemáticos tanto do ponto de vista físico quanto do geoquímico (solos parcialmente salinos, solos carbonáticos) e ausência de rios perenes, sobretudo no que se refere às drenagens autóctones. Finalmente, Ab´Sabber (1991, p.7) define que Isoladamente, o conhecimento de suas bases físicas e ecológicas não tem força para explicar as razões do grande drama dos grupos humanos que ali habitam. No entanto, a análise das condicionantes do meio natural constitui uma prévia decisiva para explicar causas básicas de uma questão que se insere no cruzamento dos fatos físicos, ecológicos e sociais. Segundo Menezes e Morais (2002, p.80), há uma grande potencialidade para a região nordeste, pois além de possuir uma privilegiada localização geográfica, é uma região com menor proximidade do continente europeu, se comparada às demais regiões do Brasil, além de ser beneficiada pela presença do sol quase que o ano inteiro. Dessa forma, a região do semi-arido nordestino destaca-se como uma região com potencial estratégico para o desenvolvimento do país devido a sua particular localização e pelo seu clima. Esta vantagem competitiva asseguraria segundo especialistas, uma forma para desenvolver estudos para aproveitar este potencial estratégico. Segundo Rebouças (1997, p. 128), o que mais falta ao semi-árido do Nordeste brasileiro não é a água, mas determinado padrão cultural que agregue confiança e melhore a eficiência das organizações públicas e privadas envolvidas no negócio da água. Historicamente, o nordeste brasileiro, especificamente alguns municípios do denominado polígono das secas, tem ado pelas piores secas de todos os tempos. Talvez, nestes últimos anos, a região está sendo atingida pela pior seca de todas. Segundo os dados do Ministério da Integração Nacional (MIN), em 2013 (atualizado em 14.08.2013), 2343 municípios foram reconhecidos como enquadrados em situação de calamidade pública. Deste total, aproximadamente 67% foram municípios da região Nordeste, sendo que não foram incluídos os números dos municípios referentes ao Estado mineiro, pois representam a

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totalidade dos municípios do Estado e não apenas os localizados no norte de Minas Gerias que é uma região que compõe a área do semi-árido. MATERIAL E MÉTODOS

A metodologia adotada neste trabalho e a pesquisa bibliográfica. Ela resulta em descrever o fenômeno da seca na região Nordeste. Para se chegar a este objetivo proposto, foi realizada uma pesquisa exploratória de caráter bibliográfica, através de consultas a órgãos oficiais do governo federal do Brasil, organismos internacionais de pesquisa, livros e artigos de pesquisadores com expressivo conhecimento e qualitativa publicação sobre este tema em tela, com a perspectiva de analisar o fenômeno como uma catástrofe natural e identificar a evolução das áreas suscetíveis à desertificação no Brasil. Por outro lado, a proposta final, após diagnóstica da situação nordestina, é a utilização da pesquisa exploratória, no sentido de aprofundar o conhecimento do assunto, fazendo uma analisa da situação real da região. Portanto, a utilização da pesquisa exploratória possibilitará ao pesquisador absorver mais conhecimentos pela aproximação do assunto de forma a melhor compreender o tema estudado. RESULTADOS E DISCUSSÃO No Brasil existem projetos específicos para dimensionar a ação necessária para o combate da seca, estiagem e desertificação. Dentre os muitos projetos está o estudo desenvolvido pela Universidade Federal de Santa Catarina – UFSC, o Atlas Brasileiro de Desastres Naturais 1991 a 2010: volume Brasil. Com a proposta de catalogar os desastres de maior impacto no país e acompanhar sua evolução em números e por região, estabeleceu-se um mecanismo de ações e análises de grande utilidade para os usuários. Outro programa importante que trata da desertificação é o Programa de Ação Nacional de Combate à desertificação e Mitigação dos Efeitos da Seca – PAN-Brasil. Foi elaborado em 2004, pelo Ministério do Meio Ambiente (MMA), e considerou o saber local dos que mais conhecem a realidade, isto é, os habitantes das regiões propensas a desertificação e por este motivo é uma obra de grande utilidade para a percepção do ambiente que não deve ser modificado pra evitar este processo. As ações do PAN-Brasil (2004), serão executadas, majoritariamente, no Nordeste brasileiro, onde se encontram espaços climaticamente caracterizados como semi-áridos e subúmidos secos. Tais espaços estão inseridos em terras dos Estados do Piauí, Ceará, Rio Grande do Norte, Paraíba, Pernambuco, Alagoas, Sergipe, Bahia e norte de Minas Gerais. No entanto, existem áreas dos Estados do Maranhão e do Espírito Santo onde as características ambientais, hoje vislumbradas, sugerem a ocorrência de processos de degradação tendentes a transformá-las em áreas também sujeitas à desertificação, caso não sejam adotadas nestas regiões medidas de preservação e conservação ambiental. “O estudo do Ministério do Meio Ambiente (MMA), por meio da análise de Sensoriamento Remoto, classificou em três níveis o processo de desertificação, ou seja, suscetibilidade grave, muito grave e moderada”. (Menezes e Morais, 2002, P.22) 1. Áreas Semi-árido e Sub-úmidas Secas; 2. Áreas do Entorno das Áreas Semi-árido e Sub-úmidas Secas; 3. Novas Áreas Sujeitas a Processos de Desertificação; e 4. Relação das ASD com o Bioma Caatinga, o Polígono das Secas e a Região SemiÁrida do FNE.

442

Os núcleos representam um avanço, pois estabeleceu áreas para intervenções fixas e móveis que são adaptadas a situação de calamidade conforme critérios pontuados e identificados no momento próximo a possíveis intervenções. Menezes e Morais (2002, p. 27), informam que a área do polígono foi instituída para servir de base a uma política de neutralização das conseqüências desastrosas das secas. Em 1959, após a criação da Superintendência do Desenvolvimento do Nordeste (SUDENE), o polígono ou a ter um zoneamento variável. No ano de 2005, ocorreu à última atualização da área do semi-árido, o que modificou o polígono da seca. Este alteração foi realizada em 10 de março de 2005, por meio da Portaria do Ministro da Integração Nacional (MIN). Menezes e Morais (2002, pg.27), afirmam que não é apenas o semi-árido que sofre com a seca, conforme a intensidade. Este fenômeno atinge também o agreste da Zona da Mata, chegando ainda ás serras úmidas e aos brejos. Em conformidade com o Diário Oficial da União (DOU) do dia 30 de março de 2004 publicou a Portaria Interministerial nº 6, assinada pelos ministros da Integração Nacional, Ciro Gomes, e do Meio Ambiente, Marina Silva, instituindo um grupo de trabalho, sob a coordenação do Ministério da Integração Nacional, para, no prazo de 120 dias, apresentar estudos e propostas de critérios para redefinir a Região Semi-árida do Nordeste e Polígono das Secas, para orientar políticas públicas de apoio ao desenvolvimento da região (em particular, do Fundo Constitucional de Financiamento do Nordeste – FNE). BRASIL (2005) Essa atualização teve como base as conclusões do Grupo de Trabalho Interministerial, coordenado pelo Ministério da Integração Nacional, para delimitação do novo semi-árido brasileiro, instituído pela Portaria Interministerial Nº 6, de 29 de março de 2004, assinada pelos ministros da Integração Nacional, Ciro Gomes, e do Meio Ambiente, Marina Silva. O estudo realizado pelo Grupo de Trabalho Interministerial que delimitou o semi-árido brasileiro utilizou-se de três critérios técnicos sobrepostos, a saber: I - Precipitação pluviométrica média anual inferior a 800 milímetros (isoieta de 800 mm); II - Índice de aridez de até 0,5, calculado pelo balanço hídrico que relaciona as precipitações e a evapotranspiração potencial, no período entre 1961 e 1990; e III - Risco de seca maior que 60%, tomando-se por base o período entre 1970 e 1990. Com a nova delimitação do semi-árido Brasileiro, um dos critérios para a inclusão de municípios ou a considerar a precipitação pluviométrica anual inferior a 800 milímetros. Segundo Portela (2004, pg.49), apesar de a delimitação considerar as áreas escolhidas, sua demarcação foi alvo de ingerências políticas, em virtude do volume de recursos investidos a fundo perdido, nos momentos mais agudos de ocorrência das secas. Além disso, o autor afirma que a elaboração da lei que fez esta alteração, ela poderia conter interesses por recursos a serem transferidos para os municípios de apoio. ÁREAS DE DESERTIFICAÇÃO DO SEMIÁRIDO DO BRASIL O processo de desertificação é entendido como sendo um fenômeno com interferência direta do homem que inviabiliza a utilização do solo e da vegetação, dificultando a pastagem bovina e de outros animais e prejudicando o processo de desenvolvimento econômico regional. Por outro lado, este processo trás um impacto social que dificulta a vida, nestas regiões. Outra definição importante, segundo a Convenção, é a degradação de terras nas zonas áridas, semi-árido e subsumidas secas do planeta. Significa a destruição da base de recursos naturais, como resultado da ação do homem sobre o seu ambiente, e de fenômenos naturais,

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como a variabilidade climática. É um processo, quase sempre lento, que mina, que corrói pouco a pouco a capacidade de sobrevivência de uma comunidade. (MMA – BRASIL, 2004) Há uma preocupação crescente no mundo com este fenômeno. Pesquisadores se uniram para desenvolver pesquisas e propor soluções globais que minimizem os impactos sobre a vida do homem que habitam regiões que sofrem com a desertificação. No Brasil, há regiões desérticas identificadas e contam com perspectiva de intervenção para sua melhoria através de soluções advindas de pesquisas e estudos. Dito de outra maneira, “na linha dos pressupostos estabelecidos pela Agenda 21, a Convenção das Nações Unidas de Combate à Desertificação – CCD define a desertificação como um processo que culmina com a degradação das terras nas zonas áridas, semi-árido e sub-úmidas secas, como resultado da ação de fatores diversos, com destaque para as variações climáticas e as atividades humanas.” (PAN-BRASIL, 2004). Esta definição foi adotada pelo Programa das Nações Unidas para o Meio Ambiente PNUMA e, com base nela, foram definidas as áreas susceptíveis à desertificação, que se enquadram dentro dos climas árido, semi-árido e sub-úmido seco. A aceitação da definição de aridez para fins de aplicação no Plano de Ação de Combate à Desertificação, elaborado pelas Nações Unidas, ocorreu em 1977, a partir de uma metodologia desenvolvida por Thornthwaite (1941), e, posteriormente, publicada no trabalho Map of the World Distribution of Arid Regions, da UNESCO, de 1979. De acordo com esta definição, o grau de aridez de uma região depende da quantidade de água advinda da chuva (P) e da perda máxima possível de água pela evaporação e transpiração (ETP), ou a Evapotranspiração Potencial. As classes de variação para este índice são, a saber: 1. Hiper-árido: 0 < 0,05 2. Árido: 0,05 < 0,20 3. Semi-árido: 0,21< 0,50 4. Sub-úmido seco: 0,51 < 0,65 5. Sub-úmido e úmido: > 0,65 Para as áreas de aplicação da Convenção, o índice de aridez varia de 0,21 até 0,65. Dessa forma, associado a este índice está à degradação da Terra nas zonas áridas, semi-árido e sub-úmidas secas. Está, portanto, a pobreza, que vem sendo reconhecida em todo o mundo como um dos principais fatores associados ao processo de desertificação. Considerando as pesquisas do Professor Vasconcelos Sobrinho, que selecionou 06 áreas piloto de degradação do solo e da vegetação, o Ministério de Meio Ambiente definiu 04 núcleos a partir dessas 06 áreas como de alto risco de desertificação que são: 1. Núcleo do Seridó (RN/PB); 2. Núcleo Irauçuba (CE); 3. Núcleo de Gilbués (PI); e 4. Núcleo de Cabrobó (PE). A utilização destes núcleos serve para que ações sejam estabelecidas com os seus interlocutores, tomando as providências necessárias a fim de evitar a desertificação. CONCLUSÕES Conforme dados do Centro de Gestão e Estudos Estratégicos (CGEE), o Nordeste, com apenas 3% das águas brasileiras, tem apenas dois rios perenes – o rio São Francisco, que concentra 63% das águas do Nordeste, e o rio Parnaíba, com 15%. Os outros rios são intermitentes, isto é, só fluem em épocas de inverno (como se chama no Nordeste a estação chuvosa) e poucos fluem em anos de secas. As bacias hidrográficas desses rios intermitentes detêm os outros 22%. 444

Neste artigo, procurou-se fazer um diagnóstico do problema da seca no nordeste brasileiro, por meio da identificação das áreas de ocorrência e suscetíveis a seca e a desertificação, portanto, é necessário, realizar levantamentos mais sérios, detalhados e que permitam traçar a realidade das áreas afetadas pela seca de modo a facilitar a implementação de ações continuas por longo período de tempo que venham a trazer uma solução para a questão do semi-árido e da desertificação desta região. Além disso, deve-se pensar em um programa de formação humana que procure elaborar condições básicas de cidadania a serem ensinadas e praticadas por todos os habitantes locais, com treinamentos educacionais focados no homem, no meio ambiente que está inserido, com condições mínimas de alimentação, saúde, orientações sustentável de manejo do meio que o cerca, visto a situação emergencial que está instalada. Portela e Andrade (2002, P. 56), citam o próprio sertanejo como aquele que ao longo dos anos convive com as secas e conhece pequenas soluções que lhe permitem conviver com o problema a um custo bem menor do que os megaprojetos. Todavia, não sabe que solução efetiva deve ser implantada para ter um chão e condições de vida iguais a de outras regiões do país. Percebe-se que a seca, enquanto fenômeno climático no Brasil vem sendo perpetuada há décadas, sem solução e com muitas conseqüências negativas para os habitantes destas regiões. Há inúmeros questionamentos sobre as soluções propostas, porém algumas questões devem ser esclarecidas, sobre o custo, tempo, viabilidade técnica e econômica, para que um diagnóstico situacional possa orientar a escolha de soluções viáveis e de possível implantação. Segundo dados do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) 2013, no evento do Centro de Estudos e Debates Estratégicos da câmara federal do Brasil, o índice de previsão pluviométrica deste ano (2013) estava previsto desde outubro de 2012 pelo Centro de Previsão do Tempo e Estudos Climáticos do INPE, e que não tem informação sobre se esta antecipação é utilizada para implementação de ações de políticas públicas governamentais. Câmara dos Deputados Federal (2013) Dessa forma, conclui-se que a articulação de técnicas simples associadas a outras propostas mais inovadoras, porém, de comprovada eficácia e em uso em outras localidades do mundo, poderiam ser implementadas e adaptadas as particularidades de cada região. É importante lembra que o Nordeste brasileiro apresenta uma localização estratégica em relação aos mercados Europeus e a presença de sol abundante durante o ano todo, além de potencial eólico que determinam o seu potencial que deve ser considerado na escolha de ações para o desenvolvimento econômico e a melhoria do meio ambiente e o ambiente social destas regiões. REFERÊNCIAS AB’ SÁBER, Aziz Nacib. Os domínios de natureza no Brasil: potencialidades paisagísticas. São Paulo: Ateliê, 2003. AB’ SÁBER, Aziz Nacib. Sertões e sertanejos: uma geografia humana sofrida. Estudos Avançados. 13 (36), 1999. BRASIL. Programa de ação nacional de combate à desertificação e mitigação dos efeitos da seca: PAN-Brasil. – Brasília: Ministério do Meio Ambiente. Secretaria de Recursos Hídricos, 2004. BRASIL. Relatório Final Grupo de Trabalho Interministerial para Redelimitação do Semi-árido Nordestino e do Polígono da Secas – Ministério da Integração Nacional, 2005. BRASIL. Seminário Clima e Disponibilidade Água nas Bacias do Semi-arido: “A Questão da Água no Nordeste”. Centro de Gestão e Estudos Estratégicos (CGEE) e a Agência Nacional de Águas (ANA). Disponível em: 445

. o em; 09/ de Set. 2013. BRASIL. Universidade Federal de Santa Catarina. Centro Universitário de Estudos e Pesquisas sobre Desastres. Atlas brasileiro de desastres naturais 1991 a 2010: volume Brasil / Centro Universitário de Estudos e Pesquisas sobre Desastres. Florianópolis: CEPED UFSC, 2012. BRASIL. Centro de Estudos Estratégicos vai elaborar sugestões de combate à seca. Disponível em: . o em: 08 de Set. 2013. JUNIOR, J. S. P.; Nova Delimitação do Semi-árido Brasileiro. Biblioteca Digital da Câmara dos Deputados Centro de Documentação e Informação Coordenação de Biblioteca, 2007. LAKATOS, Eva Maria; MARCONI, Marina de Andrade. Metodologia científica. 2. ed. ver. ampl. São Paulo: Atlas, 1991. MENEZES, Edith Oliveira de; MORAIS, José Micaelson Lacerda. Seca no Nordeste: desafios e soluções. 3ed. São Paulo: Atual, 2002. ONU( 2013). Mudanças Climáticas: Pior seca nos últimos 50 anos. Brasil: Vídeo (2:03), sonoro, color, em português, s.d.: sem data. PORTELA, Fernando. Secas no Nordeste. 19º ed. – São Paulo: Ática, 2004. REBOUÇAS, Aldo da C. Água na região Nordeste: ESTUDOS AVANÇADOS 11 (29), 1997 ZANELLA, Liane Carly Hermes. Metodologia de estudo e de pesquisa em istração Florianópolis: Departamento de Ciências da istração / UFSC; [Brasília] : CAPES :UAB, 2009

446

I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

CINÉTICA DE SECAGEM DA ACEROLA IN NATURA ELISABETH DE MORAES D’ANDREA1 ;EDNILTON TAVARES DE ANDRADE2; LUIZ CARLOS CORRÊA FILHO3; FELIPE ALMEIDA DE SOUSA4; VITOR GONÇALVES FIGUEIRA5 1

Mestranda em Engenharia de Biossistemas, UFF, (21) 2629 9532, [email protected] Professor Associado, PGEB, TER, UFF, (21) 26295395, [email protected] 3 Mestrando em Engenharia de Biossistemas, (24) 81466773, UFF, [email protected] 4 Mestrando em Engenharia de Biossistemas, UFF, (21) 80138922, [email protected] 5 Engenheiro Agrícola e Ambiental, UFF,(21) 8258-7964, [email protected] 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: A finalidade deste estudo foi analisar a secagem da acerola in natura, visando um tratamento pós-colheita adequado, para manutenção da qualidade deste produto e sua aceitação no mercado consumidor. Este trabalho foi realizado com o objetivo de estudar a cinética de secagem da acerola (Malphighiaemarginata, D.C), avaliar as curvas de secagem e ajustar diferentes modelos matemáticos aos valores experimentais de teor de água para diversas condições de temperatura do ar de secagem. Foram utilizadas acerolas in naturasubmetidas à secagem nas temperaturas de 40°C, 55°C e 70°C em um secador de bandeja com circulação de ar forçada e com o nível de velocidade do ar de secagem de 1,2 m.s-1. Aos dados experimentais foram ajustados onze modelos matemáticos utilizados para a representação do processo de secagem de produtos agrícolas. O modelo matemático Midili ajustou-se eficientemente para os valores coletados dentro da faixa de temperatura e velocidade do ar estudados. Foi observado que a secagem ocorreu no período de taxa decrescente sendo fortemente influenciada pela temperatura em relação à velocidade de ar do processo. Com o aumento da temperatura houve a diminuição do tempo de secagem sendo sugerido para secagens com fins comerciais. PALAVRAS–CHAVE: acerola, cinética de secagem,modelos matemáticos.

KINETICS OF DRYING OF INDIAN CHERRY IN NATURA ABSTRACT:The purpose of this study was to analyze the drying of indian cherry in nature, seeking a post-harvest treatment appropriate to maintain the quality of this product and its acceptance in the consumer market. This work was carried out to study the kinetics of drying of indian cherry (Malphighiaemarginata DC), to evaluate the drying curves and adjust different mathematical models to the experimental valuesof moisture content for various temperature conditions of the drying air. Indian cherry fruits were used in nature, subjected to drying at temperatures of 40°C, 55°C and 70°C in a tray dryer with forced air circulation and with the level of drying air speed of 1.2 ms-1. Experimental data were adjusted eleven mathematical models used to represent the drying of agricultural products. The mathematical model Midili set efficiently to the valuescollected within the range of temperature and air velocity studied. It has been observed that drying occurs during the decreasing rate is strongly influenced by temperature relative to the speed of the process air. With increasing temperature, a decrease in drying time for drying been suggested for commercial purposes. KEYWORDS: indiancherry, kinetics of drying, mathematical models.

447

INTRODUÇÃO A aceroleira é uma planta tropical que produz fruto constituído de uma drupa carnosa, ovóide, com grande valor nutritivo e pertence à espécie Malpighia emarginata DC, com boa adaptação a países de climas tropicais e subtropicais (Marino Neto, 1986). A Figura 1 demonstra fruto de acerola em estágio de maturação.

Figura 1 – Frutos de Acerola O fruto possui considerável expressão econômica no agronegócio do país e para agricultura familiar. Em condições favoráveis ao plantio a produtividade pode alcançar 62 toneladas por hectare. No mercado interno brasileiro seu cultivo é conhecido desde os anos 80, onde despertou expressivo interesse em seu elevado teor de vitamina C. (Freire,2006).Outra importância econômica esta no porte da planta que por ser baixo, facilita a colheita e práticas de manejo (Manica, 2003). No mercado externo, cerca de 90% da produção de acerola cultivada em Sergipe é exportada, sendo os principais destinos a Ásia e Europa. Segundo a CEPLAC, a área cultivada no Brasil é estimada em cerca de 10.000 hectares, com destaque para a Bahia, Ceará, Paraíba e Pernambuco, que juntos detém 60% da produção nacional. Segundo a Companhia de Desenvolvimento dos Vales do São Francisco e do Parnaíba, o município tem quase 1.300 hectares destinados à plantação sendo um dos maiores produtores do país. Manica (2003) observou que os frutos da acerola até o 18o dia continuavam verdes ando a cor amarelada no 20º dia, para cor alaranjada no 22º dia e atingindo a maturação no 23º dia. O que comprova que os frutos atingem a maturação rapidamente sendo necessário um tratamento pós-colheita para atingir a qualidade necessária à aceitação no mercado consumidor. Uma das etapas de pós-colheita que objetiva pela qualidade e preservação dos produtos agrícolas é a secagem. Nesta etapa é utilizada a evaporação geralmente através de ar forçado para a redução do excesso de água contido no fruto, preservando a qualidade nutricional e suas características físicas durante a fase de armazenagem. (Borém,2008). O presente trabalho visa o estudo da desidratação dos frutos de acerola através do processo de secagem e ajuste de modelos matemáticos. MATERIAIS E MÉTODOS O presente trabalho foi desenvolvido no Laboratório de Termociências (LATERMO) localizado na Escola de Engenharia no campus da Praia Vermelha da Universidade Federal Fluminense em Niterói, Estado do Rio de Janeiro. Utilizou-se como matéria-prima frutos de acerola (Malpighiaemarginata DC.) in natura, advindas do comércio do município de Niterói, as quais se encontravam com coloração vermelha indicando estágio de maturação. Para determinação do teor de água presente nos frutos, foi utilizado o método padrão da estufa, conforme Equação 1,onde: 448

U=

Pi − Pf 100 Pi

(1)

Em que, Pi é o peso inicial da amostra , em g-1; Pf é o peso final da amostra, em g-1 e U é o teor de água, em % b.u.

Utilizou-se aproximadamente 30 gramas, com três repetições, para cada tratamento. Estas foram colocadas em estufa a 105°C, variando de ±1oC, durante um período de 24 horas. O experimento foi desenvolvido em três níveis de temperatura (40º C, 55º C e 70°C) e com velocidade do ar de secagem de 1,2 m.s-1. A velocidade do ar de secagem foi medida, por meio de um anemômetro digital. O secador utilizado é composto por bandejas removíveis com fundo telado, para permitir a agem do ar por entre o produto. Durante o processo de secagem, as bandejas contendo o produto foram pesadas, periodicamente, visando acompanhar a perda de peso do produto durante a secagem e fazer as suas medições. A temperatura do secador foi obtida e controlada por meio de um termômetro ordinário, com precisão de 0,1ºC. No inicio da secagem foram pesadas as bandejas do secador sem os frutos com finalidade de descontar o peso das bandejas de cada pesagem. Foram utilizadas três bandejas contendo três frutos cada, escolhidos visualmente pela forma e coloração. Foi utilizada uma balança digital de precisão de 0,001 para os procedimentos de pesagem. Durante os testes foram medidas as temperaturas de bulbo seco e bulbo molhado para determinação da umidade relativa do ar. Com os valores obtidos experimentalmente de massa inicial e massa final foi possível calcular a umidade de base seca e de base úmida. Para determinação da massa de água e massa seca foi utilizadaas Equações 2 e 3.

Ma = (Pa − Pb ).U

(2)

Ms = Pa −Ma

(3)

Em que, Paé o peso da amostra, Pb é o peso da bandeja; Ma é a massa de água, Ms é a massa seca e U é o teor de água.

Para o cálculo da umidade do fruto na base seca (Ubs) e na base úmida (Ubu) utilizou-se as Equações 4 e 5.

Ma Ms U Ubu = bs Ubs +1 Ubs =

(4)

(5)

O modelo matemático a que os dados experimentais das temperaturas de 40º C e 55ºC foram submetidos para descrever as isotermas de sorção da polpa de acerola foi o BET (Almeida, 2006) conforme Tabela 1.

449

Tabela 1 - Isotermas de sorção segundo modelo BET para temperaturas de 40ºC e 55ºC. Modelos

BET

Parâmetros

40º C

55º C

xm

0,275

0,245

n

4

4

C

1,858

3,224

R2 %

97,66

98,08

P(%) 5,98 5,02 Em que,xm é a umidade na monocamada molecular; C é a constante dependente da temperatura; n é o número de camadas moleculares; R2- coeficiente de determinação. Devido à inexistência na literatura de parâmetros, para descrever as isotermas de sorção da polpa de acerola à temperatura de 70ºC, foi utilizado o programa XYEXTRAT versão 5.1 para extrair os pontos da curva do gráfico apresentado por MIYAKE, 2008. Para o cálculo da atividade de água (aw) utilizou-se a média das umidades relativas e das temperaturas do ar obtidas durante o experimento, e com base nestes dados foi utilizado o software GRAPSI versão 6 para determinar a umidade relativa no ponto 2 e aplicou-se os dados obtidos na Equação 6: UR (6) aw = 100 Em que, aw é a atividade de água; URé a umidade relativa. Aos dados experimentais de secagem das amostras de acerolas foram ajustados os modelos matemáticos representados pelas Equações de 7 a 17, respectivamente conforme Tabela 2. Tabela 2 - Modelos matemáticos para ajustes das amostras de acerola. MODELO Equações NEWTON RU = exp (-k . t) PAGE RU=exp(-k.tn) PAGE MODIFICADO RU=exp(-(k.t)n) THOMPSON RU = exp [[-a -(a2 + 4 . b . t)0,5] / 2 . b] VERNA RU = a .exp (- k. t) + (1 - a) exp (- k1 . t) WANG E SINGH RU = 1 + at + bt2 MIDILI RU=a.exp(-k.tn)+b.t LOGARITMO RU = a .exp (-k . t) + b EXPONENCIAL DE 2 TERMOS RU = a .exp (-k . t) + (1 - a) exp (-k . a . t) DOIS TERMOS APROXIMAÇÃO DA DIFUSÃO

RU = a .exp (-k0 . t) + b . exp (-k1 . t) RU = a .exp (-k . t) + (1 - a) . exp (-k . b . t)

(7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17)

Em que, RU é a razão de umidade (adimensional); k, k0, k1são constantes de secagem (s-1); t é o tempo de secagem ea, b, n são constantes que dependem da natureza do produto.

A capacidade do modelo em descrever com fidelidade o processo físico é inversamente proporcional ao valor de SE (CHEN & MOREY; 1989; CHEN & JAYAS, 1998). Para o

450

ajuste dos modelos matemáticos aos dados experimentais das curvas de secagem, foi utilizada análise de regressão não linear, pelo método Quasi-Newton, por meio do programa STATISTICA 7.0. Os dados experimentais foram comparados com os valores calculados pelos modelos, por meio dos erros médio relativo (P) e estimado (SE), conforme descrito nas Equações 18 e 19 : P=

(

100 ˆ Y ⋅∑ Y − Y n

SE =

∑(Y − Y)$

)

(18)

2

(19)

GLR

$ é o valor calculado pelo modelo, GLR são Em que, Y é o valor observado experimentalmente, Y graus de liberdade do modelo. A taxa de redução de água durante a secagem dos frutos de acerola foi determinada por (CORRÊA et al., 2001) conforme Equação 20:

TRA =

Ma0 − Mai Ms (ti − t0 )

(20)

Em que, TRA é a taxa de redução de água; Maoé a massa de água total atual (kg-1); Maié a massa de água total anterior (kg-1); Ms é a matéria seca (kg-1); toé o tempo total de secagem anterior, (h); tié o tempo total de secagem atual, (h).

RESULTADOS E DISCUSSÃO A Tabela 3 apresenta as constantes dos modelos estimados por meio de regressão, para as temperaturas do ar de secagem de 40ºC, 55ºC e 70ºC, com seus respectivos erros médio estimado e relativo e coeficiente de determinação, para os distintos tratamentos. O modelo matemático que se mostrou mais adequado para descrição do fenômeno da secagem da acerola nas diferentes temperaturas foi o modelo de Midili, que apresentou os coeficientes de determinação acima de 99% e erro médio relativo menor que 10%, sendo este o modelo utilizado para representar o fenômeno de secagem. Considera-se que valores de erro médio relativo abaixo de 10% indicam um razoável ajuste para as práticas propostas (MOHAPATRA, 2005). Tabela 3 – Resultado de ajuste matemático da secagem da acerola. TEMPERATURA DO AR DE MODELO PARÂMETROS P SECAGEM (oC ) NEWTON 12,9742 40 k = 0,019130 k = 0,006467 40 PAGE 5,1422 n = 1,281427 PAGE k = 0,019569 40 5,1418 MODIFICADO n = 1,281715 a = -1504,68 40 THOMPSON 12,9806 b = 5,365540

SE

R2(%)

0,0426

98,25

0,0141

99,81

0,0141

99,81

0,0430

98,25

451

40

VERNA

40

WANG E SINGH

40

MIDILI

40

LOGARITMO

40

EXPONENCIAL DE 2 TERMOS

a = -1,778646 k0 = 0,044462 k1 = 0,031708

a =1,094163 b = -0,041132 k =0,0193163 a =0,001985 k = 9,611584

40

DOIS TERMOS

40

APROXIMAÇÃO DA DIFUSÃO

a =-1,763697 b = 0,711467 k =0,044525

55 55 55

MODELO

k = 0,052828 k =0,016025 PAGE n =1,408755 k = 0,053173 PAGE MODIFICADO n =1,408834 a = -3077,29 THOMPSON b = 12,61668 VERNA

55

WANG E SINGH

55

MIDILI

55

LOGARITMO

6,1972 0,0202

99,61

2,9080 0,0110

99,89

7,2720 0,0309

99,11

13,1309 0,0436

98,20

9,8111 0,0352

98,87

4,7488 0,0132

99,84

PARÂMETROS

NEWTON

55

99,84

a = -0,015504 b = 0,000064 a = 0,982785 b = 0,000455 n =1,419602 k = 0,004024

a =0,526309 b =0,526322 k0 = 0,020456 k1 = 0,020456

TEMPERATURA DO AR DE SECAGEM (oC ) 55

4,7497 0,0132

a = -0,138142 k0 = 0,052827 k1 = 0,052827 a = -0,039519 b = 0,000370 a =0,965825 b = 0,000413 n = 1,547179 k = 0,010481 a =1,466024 b = -0,433842 k =0,030789

P

SE

R2(%)

21,1071 0,0591

96,62

4,3145 0,0164

99,75

4,3140 0,0141

99,81

21,1029 0,0598

96,62

21,1070 0,0605

96,62

8,3683 0,0253

99,40

0,0795 0,0055

99,86

0,0748 0,0051

99,35

452

55

EXPONENCIAL DE 2 a =1,916463 TERMOS k = 0,081851

55

DOIS TERMOS

a =0,539986 b =0,540028 k0 = 0,057887 k1 = 0,057887

55

APROXIMAÇÃO DA DIFUSÃO

a =-127,63 b = 0,993343 k =0,107127

TEMPERATURA DO AR DE SECAGEM (oC ) 70 70 70 70

MODELO NEWTON

k = 0,100705 k =0,055249 PAGE n = 1,265955 k =0,101518 PAGE MODIFICADO n = 1,265957 a = -2339,11 THOMPSON b = 15,34821

70

VERNA

70

WANG E SINGH

70

MIDILI

70 70

PARÂMETROS

a = -0,100004 k0 = 0,100705 k1 = 0,100705 a = -0,081005 b = 0,001787 a = 0,979404 b = 0,002741 n = 1,420032 k =0,042115

a = 1,183787 b = -0,141221 k =0,083760 EXPONENCIAL DE 2 a =1,829054 TERMOS k =0,148926 LOGARITMO

70

DOIS TERMOS

a = 0,534210 b = 0,534210 k0 = 0,109248 k1 = 0,109248

70

APROXIMAÇÃO DA DIFUSÃO

a = -0,672753 b = 0,494115 k = 0,292904

5,9682 0,0205

99,61

16,5487 0,0500

97,75

5,0585 0,0181

99,70

P

SE

R2(%)

12,8669 0,0439

98,13

5,0783 0,0137

99,83

5,0783 0,0137

99,83

12,8686 0,0448

98,13

12,8669 0,0458

98,13

5,6490 0,0207

99,60

0,0792 0,0044

99,93

0,1637 0,0089

99,39

4,5395 0,0123

99,86

8,7038 0,0351

98,95

4,4730 0,0125

99,86

As Figuras 2, 3 e 4 apresentam as curvas de secagem desenvolvidas com o modelo de Midili. Pode-se observar pelas figuras que o modelo se ajustou bem aos dados experimentais para as diferentes temperaturas de secagem da acerola. 453

40ºC Estimado

0,90

0,45

0,80

0,4 40ºC Experimental

0,70 0,60

0,35 0,3

Taxa de Redução de Água (40ºC)

0,50

0,25

0,40

0,2

0,30

0,15

0,20

0,1

0,10

0,05

0,00

0 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0 100,0110,0120,0 Tempo (h)

-1 -1

0,5

Taxa de Redução de Água (kg.kg .h )

Razão de Umidade (adimensional)

1,00

1,8

-1

2

-1

Razão de Umidade (adimensional)

1,20

Taxa de Redução de Água (kg.kg .h )

Figura 2 – Curvas de secagem para temperatura de 40ºC.

1,00 0,80

55ºC Estimado

1,6

55ºC Experimental

1,4 1,2

Taxa de Redução de Água (55ºC)

0,60

1 0,8

0,40

0,6 0,4

0,20

0,2 0,00

0 0

10

20 Tempo (h)

30

40

1,20

2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0

70ºC Estimado

1,00

70ºC Experimental 0,80 Taxa de Redução de Água (70ºC) 0,60 0,40 0,20 0,00 0

5

10

15

20

25

-1

Razão de Umidade (adimensional)

-1

Taxa de Redução de Água (kg.kg .h )

Figura 3 – Curvas de secagem para temperatura de 55ºC.

Tempo (h)

Figura 4 – Curvas de secagem para temperatura de 70ºC. Observou-se que nas primeiras horas o fruto se adapta as condições de secagem, que ocorre em taxa decrescente. No decorrer da secagem a temperatura do ar de 40º C resultou em 454

maior tempo de secagem (mais de quatro dias), em comparação as outras temperaturas estudadas, o que torna esta temperatura inviável como uma prática comercial, devido principalmente, ao custo de energia para esta etapa. Já a temperatura do ar de 70ºC propiciou o menor tempo de secagem (21 horas). Foi possível observar que a taxa de redução de água permaneceu satisfatória durante todo o experimento, demonstrando que a taxa de secagem foi homogênea, não havendo variações excessivas neste parâmetro. CONCLUSÕES O modelo de secagem em camadas finas proposto por Midili foi o que melhor se ajustou aos dados experimentais de secagem da acerola. Para fins comerciais a temperatura do ar de secagem mais viável ao processo foi a de 70ºC. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALMEIDA, Cleandro Alves de. Estudo da Cinética de Secagem da Acerola. Universidade Federal de Campina Grande. Dissertação.de Mestrado. Área de concentração em processamento e armazenamento de produtos agrícolas. 2006. Campina Grande. PB.

ANDRADE,Wanderlino Demétrio Castro de; COSTA,Francisco de Assis.A Cultura da Acerola no Brasile no Pará:Aspectos Estruturais de Produção e Mercado.Belém,PA. 2003.103p. BORÉM, Flávio Meira. Pós-Colheita do Café. Lavras MG: UFLA, 2008. 631p. CHEN, C.; MOREY, V. Equilibrium relativity humidity (ERH) relationships for yellow-dente corn.Transactions of ASAE, St. Joseph, v.32, n.3, p.999-1006, 1989 CHEN, C.; JAYAS, D.S. Evaluation of the GAB equation for the isotherms of agricultural products.Transactionsof ASAE, St. Joseph, v.41, n.6, p.1755-1760, 1998. CORRÊA, P. C.; MACHADO, P. F.; ANDRADE, E. T. Cinética de secagem e qualidade de grãos de milho-pipoca. Ciência e Agrotecnologia, v.25, n.1, p.134-142, 2001. FREIRE, José Lucínio de Oliveira; LIMA, AntonioNustenilde, SANTOS, Francisco Gauberto Barros dos, JOÃO MARINU, Vilian de Moraes Lima. Características Físicas de Frutos de Acerola Cultivada em Pomares de Diferentes Microrregiões do Estado da Paraíba. Agropecuária técnica. Areia, PB, CCA UFPB.v.27, n.2,p. 105-110,2006. FREITAS, Claisa Andréa Silva de; MAIA, Geraldo Arraes; COSTA, José Maria Correia da; FIGUEIREDO Raimundo Wilane de; SOUSA, Paulo Henrique Machado de. Acerola: Produção, Composição, Aspectos Nutricionais e Produtos. Revisão Bibliográfica.Revista BrasileiraAgrociência, Pelotas, v. 12, n. 4, p. 395-400, out-dez, 2006 MANICA, I.; ICUMA, I.M.; FIORAVANÇO, J.C.; PAIVA, J.R. de; PAIVA, M.C.; JUNQUEIRA, N.T.V. Acerola: Tecnologia de produção, pós-colheita, congelamento, exportação, mercados. Porto Alegre: CincoContinentes, 2003. 397 p MOHAPATRA, D.; RAO, P.S.A thin layer drying model of parboiled wheat.Journal of Food Engineering, London, v.66, n.4, p.513-18, 2005. MARINO NETO, L.Acerola : A Cereja Tropical. São Paulo: Nobel, 1986. 94p. il. MENDONÇA,Vander; MEDEIROS Luciana Freitas de. Culturas da Aceroleira e do Maracujazeiro. 2011 UniversidadeFederal Rural do Semiárido – UFERSA. Boletim Técnico.Vol4. Mossoró-RN, 2011 MIYAKE, Mayra Usuda; SILVA Vanessa Martins;VIOTTO, Luiz Antônio. Determinação das Isotermas de Dessorção e Modelagem para Resíduos Industriais de Frutas (Abacaxi, Acerola, Manga E Maracujá). In: Congresso interno de Iniciação Científica.2008. UNICAMP.Campinas. SP. 2008 SIMÃO, S. Cereja das Antilhas. In: SIMÃO, S.Manual de Fruticultura. São Paulo: Agronômica Ceres, 1971. cap.15, p. 477-485 455

I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

CONTRAÇÃO VOLUMÉTRICA DA ACEROLA IN NATURA ELISABETH DE MORAES D’ANDREA1 ;EDNILTON TAVARES DE ANDRADE2; LUIZ CARLOS CORRÊA FILHO3; FELIPE ALMEIDA DE SOUSA4; VITOR GONÇALVES FIGUEIRA5 1

Mestranda em Engenharia de Biossistemas, UFF, (21) 2629 9532, [email protected] Doutor, (21) 26295390, UFF, [email protected] 3 Mestrando em Engenharia de Biossistemas, (24) 81466773, UFF, [email protected] 4 Mestrando em Engenharia de Biossistemas, UFF, (21) 80138922, [email protected] 5 Engenheiro Agrícola e Ambiental, UFF, (21) 8258-7964, [email protected] 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Com a finalidade de otimizar os processos industriais, projetos e dimensionamento dos equipamentos utilizados na pós-colheita, o presente trabalho visa avaliar o efeito da variação do teor de água na contração volumétrica dos frutos de acerola (Malphighia emarginata, D.C ) durante a secagem e ajustar diferentes modelos matemáticos aos valores experimentais que representam o processo para diversas condições de temperatura. Foram utilizados frutos oriundos do comercio local com teor de água de 10,20; 10,17 e 10,44 b.s., submetidos a secagem nas temperatura de 40ºC, 55ºC e 70ºC, respectivamente, em um secador de bandeja com circulação de ar forçada. A contração volumétrica dos frutos foi determinada pela relação entre o volume em cada teor de água e o volume inicial. Com base nos resultados, concluiu-se que o comprimento, a largura, a espessura e o diâmetro geométrico médio dos frutos sofrem redução de suas magnitudes com a redução do teor de água. O modelo Polinomial, dentre os seis modelos testados, foi o que melhor representou o fenômeno da contração volumétrica unitária dos frutos de acerola. PALAVRAS–CHAVE: acerola, contração volumétrica, modelos matemáticos

SHRINKAGE INDIAN CHERRY IN NATURA ABSTRACT: With the aim of optimizing industrial processes, designs and sizing of the equipment used in post-harvest, the present study aims to evaluate the effect of varying the moisture content in the shrinkage of the indian cherry fruit (Malphighia emarginata DC) during drying and adjust different mathematical models to experimental values that represent the process for various temperature conditions. Fruits were derived from the local market with a moisture content of 10.20, 10.17 and 10.44 bs, subjected to drying at 40 º C, 55 º C and 70 º C, respectively, in a tray dryer with forced air circulation. The shrinkage of the fruit was determined by the ratio between the volume at each moisture content and initial volume. Based on the results, it was concluded that the length, width, thickness and geometric mean diameter of the fruits suffer a reduction of their magnitudes by reducing the moisture content. The Polynomial model among the six models tested, was best represented the phenomenon of shrinkage unit indian cherry fruits. KEYWORDS: indian cherry, shrinkage, mathematical models

456

INTRODUÇÃO A Acerola é uma fruta originária das Antilhas, norte da América do Sul e América Central pertencente ao reino Plantae, divisão Tracheophyta, subdivisão: Spermatophytina, classe Angiospermae, subclasse Dicotyledonae, ordem Geraniales, família Malpighiaceae, Gênero Malpighia e espécie Malpighiaemarginata D.C. (Mendonça 2011). Acredita-se que por séculos floresceu em terras americanas sendo apreciada pelos nativos. Os colonizadores espanhóis acharam semelhança entre a acerola e a cereja-da-europa, devido sua coloração e formato, denominando-a como Cereja-das-Antilhas. A partir dos anos 40, cientistas portoriquenhos descobriram teores elevadíssimos de ácido ascórbico, conhecido como vitamina C, cem vezes superior as frutas cítricas, o que levou a despertar o interesse científico sobre suas características físicas, químicas e sua potencialidade econômica. O plantio comercial incentivado pela descoberta propagou-se para Cuba e para Flórida (Manica 2003). No Brasil, devido à adaptação ao clima tropical e subtropical, a acerola foi introduzida no estado de Pernambuco, em 1955, pela Universidade Federal Rural de Pernambuco advinda de Porto Rico, conquistando expressão econômica somente a partir da década de 90, com demanda para o mercado interno como para o externo, mas com a falta de planejamento muitos produtores brasileiros sofreram grandes prejuízos, devido a precariedade na infra-estrutura, processamento e conservação pós-colheita dos frutos (Manica 2003). Os frutos da acerola são altamente perecíveis, o que leva a comercialização da acerola a ser feita principalmente na forma de polpa congelada e sucos. Segundo a Ceplac, a área cultivada no Brasil é estimada em cerca de 10.000 hectares com plantios em praticamente todos os estados, dando destaque a região nordestina por apresentar clima e solos propícios ao plantio. Sua comercialização pode ser tanto in natura como industrializada. Durante o processo de secagem a redução de água nos produtos agrícolas provoca alterações em suas propriedades físicas e essas alterações tem sido investigadas por diversos pesquisadores com a finalidade de otimizar os processos industriais, projetos e dimensionamento dos equipamentos utilizados na pós-colheita (Lang,1993). Aproximações e modelos empíricos são utilizados na tentativa de representar o fenômeno da contração volumétrica (Lang,1993). O presente artigo tem como objetivo determinar a contração volumétrica dos frutos de acerola ao longo do processo de secagem, bem como ajustar diferentes modelos matemáticos aos valores experimentais. MATERIAIS E MÉTODOS O presente trabalho foi desenvolvido no Laboratório de Termociências (LATERMO) localizado na Escola de Engenharia no campus da Praia Vermelha da Universidade Federal Fluminense em Niterói, Estado do Rio de Janeiro. Utilizou-se como matéria prima frutos de acerola in natura obtidos do comércio local, com teor de água inicial de aproximadamente 91%. Os frutos foram distribuídos de forma inteira na quantidade de três unidades por bandeja para determinação das curvas de contração volumétrica. Para determinação do teor de água presente nos frutos, foi utilizado o método padrão da estufa, conforme Equação 1,onde: U=

Pi − Pf 100 Pi

(1)

Em que, Pi é o peso inicial da amostra , em g-1; Pf é o peso final da amostra, em g-1 e U é o teor de água, em % b.u.

457

Utilizou-se aproximadamente 30 gramas, com três repetições, para cada tratamento. Estas foram colocadas em estufa a 105°C, variando de ±1oC, durante um período de 24 horas. Após o período, retirou-se as amostras, as quais foram colocadas em um dessecador, até atingir a temperatura ambiente para que fosse feita a pesagem. A diferença de peso entre o inicial e o final representa o peso da água contida no grão. O experimento foi analisado em três níveis de temperatura (40°C, 55°C e 70°C) e um nível de velocidade do ar de secagem de 1,2 m.s-1. O secador utilizado é composto por bandejas removíveis com fundo telado, para permitir a agem do ar por entre o produto, disposto no fundo das bandejas. Durante o processo de secagem, as bandejas contendo o produto foram pesadas, periodicamente, visando acompanhar a perda de massa do produto durante a secagem e fazer as suas medições. A temperatura do secador foi obtida e controlada por meio de um termômetro ordinário, com precisão de 0,1ºC. Foram utilizadas três bandejas contendo três frutos cada. Para a determinação do volume, os frutos de acerola foram considerados esferóides, sendo medidas suas dimensões por meio de paquímetro digital com resolução de 0,01 mm. Utilizou-se para determinar o volume a Equação 2 conforme a esquematização da Figura 1 (MOHSENIN,1986):

V=

π (a2b) 6

(2)

Em que, V é o volume em cada teor de água, m3; a é o diâmetro e espessura em m3 e b é a altura em m3

Figura 1. Desenho esquemático de um esferoide e suas dimensões características. O índice de contração volumétrica da acerola (Ψ), durante a secagem foi determinado pela relação entre o volume para cada teor de água e o volume inicial, de acordo com a Equação 3: Ψ=

V V0

(3)

Em que, Ψ é o índice de contração volumétrica, decimal; V é o volume em cada teor de água, m3; V0 é o volume inicial, m3.

Aos dados experimentais de contração volumétrica (Ψ) foram ajustados aos modelos matemáticos descritos pelas equações listados na Tabela 1. Tabela 1 – Modelos matemáticos utilizados para ajustes 458

Modelo Exponencial Adaptado Linear Adaptado Rahman Adaptado Bala & Woods Adaptado Corrêa Adaptado Polinomial Adaptado

Equação Ψ =(a(exp(bU(Tc)))) Ψ =(a+(bU))Tc Ψ =(1+(a(U-U0)))Tb Ψ =(1-(a(1- exp(-b(U0-U)))))Tc Ψ =1/( a+b exp(U)) Tc Ψ =(a+bU+cU2) Tc

(4) (5) (6) (7) (8) (9)

Em que, Ψ é o índice de contração volumétrica (decimal); U é o teor de água (% b.s.); U0 é o teor de água inicial (% b.s.); T é a temperatura do ar de secagem (ºC); a, b, c são constantes que dependem do produto.

Considerou-se o valor do erro médio relativo inferior a 10% como um dos critérios para seleção do melhor modelo, e para o erro médio estimado o menor valor, de acordo com Correa (2011). O erro médio relativo e o desvio-padrão da estimativa, para cada um dos modelos, foram calculados conforme as Equações 10 e 11:

(

100 ˆ Y P= ⋅∑ Y − Y n

)

(10)

;

SE =

∑(Y − Y)$ GLR

2

(11)

$ é o valor calculado pelo modelo e GLR são Em que, Y é o valor observado experimentalmente; Y graus de liberdade do modelo. Para o ajuste dos modelos aos dados experimentais foi utilizado o programa STATISTICA 7.0, e a análise de regressão não linear foi realizada pelo método QuasiNewton. RESULTADOS E DISCUSSÃO Na Tabela 2 são apresentados os resultados das constantes de secagem para elaboração das curvas de contração volumétrica. A análise dos dados indica que somente o modelo Polinomial ajustou-se satisfatoriamente aos dados obtidos de contração volumétrica. Observou-se, ainda, que este modelo apresentou coeficientes de determinação de 96,56% e baixos valores de erros médios relativos e estimados em ambos os casos. Verificou-se que o modelo Bala & Woods Adaptado também apresentou bons resultados como os modelos encontrados na literatura. (Correa,2011; Siqueira, 2011) Na Tabela 3 são apresentadas as dimensões da amostra de frutos de acerola utilizados para calculo da contração volumétrica unitária para cada teor de água para as temperaturas de 40ºC , 55ºC e 70ºC respectivamente.

459

Tabela 2. Constantes de secagem para elaboração das curvas de contração volumétrica. Modelo Parâmetros P SE R2 a = 0,1672923 Exponencial Adaptado b = 0,138516 12,7947 0,059381858 94,467 c = 0,052067 a = 0,031770 Linear Adaptado b = 0,038940 18,6526 0,093528175 86,273 c = 0,174320 Rahman Adaptado Bala & Woods Adaptado Corrêa Adaptado Polinomial Adaptado

a = 0,090140 b =-0,040757 a = 0,784553 b = 0,307692 c = 0,002294 a = 0,334439 b =-0,053284 c = 0,010936

20,1672

0,099926841

94,999

9,91822

0,051273833

95,874

-

-

-

9,27115

0,04679349

96,564

Tabela 3 – Teor de Água, Contração Volumétrica e Dimensões Acerola para temperaturas de 40º C, 55º C e 70º C. Temperatura de 40oC Teor de Água Tempo Diâmetro Espessura Altura (b.s) 26,53 26,53 22,08 10,19820829 0,00 25,37 25,37 22,34 10,04165082 1,50 25,37 25,37 22,34 9,934532554 2,50 24,97 24,97 22,34 9,824667665 3,50 24,3 24,3 22,34 9,481339888 5,83 24,22 24,22 21,25 9,159985089 8,33 23,93 23,93 21,22 8,907295845 10,33 23,13 23,13 19,87 8,624393757 12,33 22,25 22,25 19,16 8,357971402 14,33 20,36 20,36 18,77 24,50 6,92972785 19,17 19,17 17,68 6,663305495 26,50 18,6 18,6 17,05 6,440829096 28,50 18,6 18,6 16,39 6,240325674 30,50 Temperatura de 40oC (continuação) Teor de Tempo Diâmetro Espessura Altura Água (b.s) 32,50 18,6 18,6 16,39 6,017849274 36,50 18,6 18,6 15,69 5,600362698 48,25 16,71 16,71 14,36 4,086973857 50,25 16,6 16,6 13,4 3,848017724 52,25 15,9 15,9 13,39 3,614554836

da Amostra de Frutos de

Contração Volumétrica 1 0,925231764 0,925231764 0,896286148 0,848832788 0,802109468 0,781910793 0,684030653 0,610354241 0,500663869 0,418073767 0,379556736 0,364864217 Contração Volumétrica 0,364864217 0,349281242 0,258008356 0,23760053 0,217821757 460

56,25

15,9

15,9 13,39 3,227281103 Temperatura de 55oC Teor de Água Tempo Diâmetro Espessura Altura (b.s) 29,32 29,32 23,90 10,17318436 0,00 27,29 27,29 22,46 9,475444887 2,00 26,22 26,22 21,24 8,791993597 4,00 25,71 25,71 20,96 8,570526803 5,00 25,17 25,17 20,00 8,006143682 7,00 24,41 24,41 17,23 7,289353305 9,00 23,62 23,62 17,96 6,770216088 11,00 23,43 23,43 17,96 6,324901136 12,00 23,18 23,18 17,40 5,555720765 14,00 21,88 21,88 16,00 4,886557655 16,00 19,01 19,01 15,56 4,195962275 18,00 18,55 18,55 15,53 3,583951886 20,00 18,13 18,13 15,12 2,981466951 22,00 18,84 18,84 15,80 2,698084709 23,00 18,44 18,44 15,78 2,324210658 25,00 18,12 18,12 15,65 1,990819785 27,00 18,12 18,12 15,65 1,709818907 29,00 17,73 17,73 15,21 1,383572124 32,00 17,02 17,02 14,76 1,271648045 34,00 Temperatura de70oC Teor de Água Tempo Diâmetro Espessura Altura (b.s) 0 24,69 24,69 22,58 10,4416476 60 23,03 23,03 21,52 9,7461847 120 22,59 22,59 20,81 8,98926229 180 21,86 21,86 19,33 8,284095259 240 21,45 21,45 19,29 7,598336495 360 20,01 20,01 18,05 6,055379276

Temperatura de70o C (continuação) Teor de Tempo Diâmetro Espessura Altura Água (b.s) 420 18,96 18,96 17,85 5,317865133 540 17,86 17,86 16,53 4,053093073 660 17,06 17,06 16,08 3,047097905 900 16,84 16,84 15,53 1,581773753 1020 16,8 16,8 15,5 1,245363793 1140 16,7 16,7 15,08 1,12244477

0,217821757 Contração Volumétrica 1 0,906334538 0,734194983 0,722318051 0,651343706 0,558794553 0,520890578 0,488042402 0,455710633 0,402163649 0,360174243 0,327754805 0,301173897 0,29856613 0,299005151 0,279366322 0,279366322 0,271511933 0,255012923 Contração Volumétrica 1 0,829209035 0,771504431 0,671067261 0,644793578 0,525055565

Contração Volumétrica 0,466174774 0,383062506 0,339999267 0,31995545 0,317822138 0,305540065 461

Na Figura 2 estão apresentados os valores experimentais de contração volumétrica para as temperaturas de 40ºC, 55ºC e 70ºC, ajustados pelo modelo Polinomial, em função do tempo. 1 Contração Volumétrica (adimensional)

0,9 0,8 0,7

40ºC Experimental

40ºC Estimado

55ºC Experimental

55ºC Estimado

70ºC Experimental

70ºC Estimado

0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

Tempo (h)

Figura 2. Gráfico de contração volumétrica para temperaturas 40ºC, 55ºC e 70ºC em função do tempo, em horas. Observa-se na Figura 3 que a massa de frutos de acerola teve seu volume reduzido em aproximadamente 20 % em relação ao volume inicial, para uma redução no teor de água de 10,2 para 1,2 b.s.

Contração Volumétrica (esional)

1,2 1

40ºC Experimental

40ºC Estimado

55ºC Experimental

55ºC Estimado

70ºC Experimental

70ºC Estimado

0,8 0,6 0,4 0,2 0 0

2

4

6

8

10

12

Teor de Água (decimal b.s)

Figura 3 - Gráfico de contração volumétrica para valores experimentais e estimados, pelo modelo polinomial de segundo grau, da contração volumétrica da massa de frutos de acerola em função do teor de água . 462

CONCLUSÕES Com base nos resultados obtidos, pode-se concluir que a contração volumétrica do fruto de acerola é influenciada pela redução do teor de água, mas também ocorre uma relação de dependência com as condições do processo e da geometria do produto. O comprimento, a largura, a espessura e o diâmetro geométrico médio dos frutos sofrem redução de suas magnitudes com a redução do teor de água. Na simulação, o modelo Polinomial, dentre os seis modelos testados, foi o que melhor representou o fenômeno da contração volumétrica unitária dos frutos de acerola.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CORRÊA, P. C.; RESENDE, O.; GARIN, S. A.; JAREN, C.; OLIVEIRA, G. H. H. Mathematical models to describe the volumetric shrinkage rate of red beans during drying. Revista Engenharia Agrícola, Jaboticabal, v. 31, n. 4, p. 716-726, 2011 CORRÊA, P. C.; AFONSO JÚNIOR, P. C.; QUEIROZ, D. M.; SAMPAIO, C. P.; CARDOSO, J. B. Variação das Dimensões Características e da Forma dos Frutos de Café Durante o Processo de Secagem. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, Campina Grande, v. 6, n. 3, p. 466-470, 2002. FREITAS, Claisa Andréa Silva de; MAIA, Geraldo Arraes; COSTA, José Maria Correia da; FIGUEIREDO Raimundo Wilane de; SOUSA, Paulo Henrique Machado de. Acerola: Produção, Composição, Aspectos Nutricionais e Produtos. Revisão Bibliográfica. Revista Brasileira Agrociência, Pelotas, v. 12, n. 4, p. 395-400, out-dez, 2006 GONELI, A. L. D.; CORRÊA, P. C.; MAGALHÃES,F. E. A.; BAPTESTINI, F. M. Contração Volumétrica e Forma dos Frutos de Mamona Durante a Secagem. Acta Scientiarum. Agronomy, Maringá, v. 33, n. 1, p. 1-8,2011. LANG, W.; SOKHANSANJ, S. Bulk Volume Shrinkage During Drying of Wheat and Canola. Journal of Food Process Engineering, Trumbull, v.16, n.4, p.305-314, 1993. MANICA, I.; ICUMA, I.M.; FIORAVANÇO, J.C.; PAIVA, J.R. de; PAIVA, M.C.; JUNQUEIRA, N.T.V. Acerola: tecnologia de produção, pós-colheita, congelamento, exportação, mercados. Porto Alegre: Cinco continentes, 2003. 397 p MENDONÇA, V; MEDEIROS, L F. Culturas da Aceroleira e do Maracujazeiro. 2011 Universidade Federal Rural do Semi-árido . UFERSA. Vol4. Mossoró. RN, 2011 MOHSENIN, N. N. Physical properties of plant and animal materials. New York: Gordon and Breach Publishers, 1986. RESENDE, O.; CORRÊA, P. C.; GONELI, A. L. D.; CECON, P. R. Forma, tamanho e contração volumétrica do feijão (Phaseolus vulgaris L.) durante a secagem. Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, v. 7, n. 1, p. 15-24, 2005 SIQUEIRA, V. C.; RESENDE, O.; CHAVES, T. H. Contração Volumétrica dos Frutos de Pinhão-Manso Durante a Secagem em Diversas Temperaturas. Revista Brasileira de Armazenamento, Viçosa, v. 36, n. 2, p. 171- 178, 2011 463

I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente - Niterói – RJ – Brasil 21 a 25 de Outubro de 2013

AVALIAÇÃO DAS ALTERAÇÕES DO REGIME FLUVIAL DO RIO PARAÍBA DO SUL PELA OPERAÇÃO DOS APROVEITAMENTOS HIDRELÉTRICOS JUSSARA STUTZ OLIVEIRA¹; MÔNICA DE AQUINO GALEANO MASSERA DA HORA² ¹ Engenheira Ambiental, Universidade Federal Fluminense, (21) 9976-6321, [email protected] ² Professora Adjunta, Universidade Federal Fluminense, (21) 2629-5354, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: O presente trabalho buscou identificar e avaliar as mudanças causadas no regime fluvial do rio Paraíba do Sul em função da operação dos aproveitamentos hidrelétricos, através da comparação das vazões máximas observadas nos postos fluviométricos, situados próximos aos aproveitamentos, e as séries de vazões naturais diárias, geradas nos locais dos eixos das usinas pelo Operador Nacional do Sistema Elétrico, para diversos tempos de recorrência. Essa abordagem é relevante, visto que alterações no regime fluvial ocasionam problemas relativos às ocupações ribeirinhas irregulares e problemas ambientais, no que diz respeito à quantidade e a qualidade da água. Dos resultados alcançados, foi possível observar que as vazões máximas observadas e máximas naturais divergiram em diferentes proporções. Com base nos resultados, foram observadas diferenças nos aproveitamentos hidrelétricos que operam com controle de cheias. PALAVRAS–CHAVE: posto fluviométrico, vazão máxima, aproveitamento hidrelétrico.

EVALUATION OF THE RIVER REGIME MODIFICATION IN PARAÍBA DO SUL RIVER CAUSED BY THE HYDROPOWER PLANTS OPERATION ABSTRACT: The present study sought to identify and assess the changes in river regime caused to the Paraíba do Sul river due the operation of hydropower plants, by comparing the peak flows observed in gauge stations, located near the hydropower plants, and the series of daily natural flows, generated by the National Electric System, for different recurrence times. This approach is important since changes in the river regime cause problems concerning the occupations by the riparian population and environmental problems with regard to the water quantity and quality. From the results, it was observed that the observed and natural peak flows diverged in different proportions. Based on the results, it was possible to observe changes in peak flows caused by the operation of hydropower plants with flood control. KEYWORDS: gauging station, peak flow, hydropower plant.

464

INTRODUÇÃO Diversas são as motivações para o cálculo das vazões de cheias de um corpo hídrico, principalmente para projetos de engenharia relacionados às obras hidráulicas. Por questão de segurança, suas estruturas são dimensionadas para valores extremos que garantam ao mesmo tempo a segurança individual e da sociedade e a integridade da obra. O presente estudo visa avaliar as alterações do regime fluvial do rio Paraíba do Sul devido à operação dos aproveitamentos hidrelétricos. Para tanto, foram comparados os valores de vazão máxima obtidos das séries de dados diários observados em postos fluviométricos da Agência Nacional de Águas (ANA) com as vazões máximas calculadas a partir das séries de vazões naturais diárias (sintéticas) dos aproveitamentos hidrelétricos geradas pelo Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS, 2008). Vazões naturais são aquelas afetadas por ações antrópicas e que podem alterar o regime do curso de água de forma a prejudicar ou mesmo impedir a realização de estudos hidrológicos. Para que tais estudos possam ser realizados com a confiabilidade necessária, é essencial que se determinem as chamadas séries naturais, ou seja, as séries que teriam ocorrido sem a ação do homem (ONS, 2008). Os tempos de retorno adotados para o estudo foram de 3, 10 e 20 anos. A escolha dos tempos de retorno levou em consideração o preconizado em MP/SPU, que define a delimitação dos terrenos reservados da União para as cheias máximas ordinárias com recorrência de 3 anos (MP/SPU, 2001), bem como o recomendado em DNIT, adoção das recorrências de 10 e 20 anos para projetos de drenagem (DNIT, 2005). MATERIAL E MÉTODOS Na Figura 1 é apresentado o arranjo do conjunto de aproveitamentos hidrelétricos da bacia hidrográfica do rio Paraíba do Sul, com detalhe da transposição de suas águas através do sistema de bombeamento de Santa Cecília.

465

Figura 1 - Representação esquemática das usinas da bacia do rio Paraíba do Sul (Fonte: Adaptado de ONS, 2008). Para o cálculo das vazões máximas foram levantadas as informações disponíveis no banco de dados Hidroweb (ANA, 2013) para os postos fluviométricos localizados o mais próximo possível aos aproveitamentos hidrelétricos. Na Tabela 1 são apresentados os postos e os aproveitamentos selecionados para estudo. Tabela 1 - Postos e Aproveitamentos Hidrelétricos Selecionados. Aproveitamento Posto Fluviométrico (Código ANA) Hidrelétrico Estrada do Paraibuna (58088000) Paraibuna/Paraitinga Santa Branca (58096000) Santa Branca Itatiaia (58242000) Funil Anta (58630002) Ilha dos Pombos A Tabela 2 relaciona os períodos de observação de dados dos postos fluviométricos utilizados no estudo, bem como as falhas existentes na série de vazões diárias. Tabela 2 - Período de Observação dos Postos e Falhas Existentes. Falhas Postos Período de observação Estrada do 1950 a 1958 Paraibuna Santa Branca 1957 a 2003 1966 a 1978 e 2002 a Itatiaia 1956 a 2010 2006 Anta 1930 a 2010 1980 a 1981 466

A Tabela 3 apresenta os períodos disponíveis das séries diárias de vazões naturais (ONS, 2008) e adotadas no estudo. Tabela 3 - Período das Séries de Vazões Naturais. Aproveitamento Período Disponível Hidrelétrico Paraibuna/Paraitinga 1931 a 2010 Santa Branca 1931 a 2010 Funil 1931 a 2010 Ilha dos Pombos 1966 a 2010 Para a definição das cheias de projeto, foram utilizadas as distribuições de probabilidades (ELETROBRAS, 1999), a saber: exponencial de dois parâmetros (estimada pelo método dos momentos), sempre que a assimetria da amostra for superior a 1,5, e Gumbel (extremos do tipo I), para assimetrias amostrais inferiores a 1,5. O quantil de projeto para as duas distribuições, associado ao período de retorno T, é calculado através das seguintes equações: Exponencial de dois parâmetros

1 xT = xo − β ⋅ ln⋅   T xo = x −s β = s

(1) (2) (3)

onde: xT quantil de projeto.

xo e βparâmetros da distribuição. s x

T

desvio-padrão da amostra. média da amostra. tempo de retorno.

Gumbel   1   x T = µ − α ⋅  ln ⋅  − ln ⋅  1 −    T    

α = 0 , 78 ⋅ s

µ = x −0,577⋅ α

(4) (5) (6)

onde: xT quantil de projeto. α e µ parâmetros da distribuição. s desvio-padrão da amostra. média da amostra. x T tempo de retorno.

467

RESULTADOS E DISCUSSÃO De posse das vazões calculadas para os tempos de retorno de 3, 10 e 20 anos, foram avaliadas as diferenças percentuais entre os resultados encontrados nas séries diárias dos postos fluviométricos e nas séries naturais dos aproveitamentos hidrelétricos. As Tabelas 4 a 7 mostram os resultados alcançados. Tabela 4 - Diferenças percentuais entre o Posto Estrada Paraibuna e a UHE Paraibuna. xTEstr. Diferença T xTUHE Paraibuna Percentual Paraibuna (anos) (m³/s) (m³/s) (%) 3 344 5,81 364 10 553 5,42 523 20 674 9,79 608 Tabela 5 - Diferenças percentuais entre o Posto Santa Branca e a UHE Santa Branca. Diferença T xTSta. Branca xTUHE Sta. Branca Percentual (anos) (m³/s) (m³/s) (%) 3 207 386 46,37 10 334 592 43,58 20 407 711 42,76 Tabela 6 - Diferenças percentuais entre o Posto Itatiaia e a UHE Funil. Diferença T xTItatiaia xTUHE Funil Percentual (anos) (m³/s) (m³/s) (%) 3 1294 52,63 613 10 1859 57,29 794 20 2184 59,20 891 Tabela 7 - Diferenças percentuais entre o Posto Anta e a UHE Ilha dos Pombos. xTUHE Ilha dos Diferença T xTAnta Percentual Pombos (anos) (m³/s) (m³/s) (%) 3 2185 2330 6,22 10 2989 2990 0,03 20 3418 3342 2,27 De acordo com as Tabelas, é possível notar que todas as comparações entre as vazões observadas e as vazões naturais apresentam alguma diferença, porém notoriamente em diferentes escalas. As vazões que resultaram em diferenças percentuais abaixo de 10% foram aquelas que se referem aos aproveitamentos hidrelétricos de Paraibuna e Ilha dos Pombos (Tabelas 4 e 7,

468

respectivamente). Em termos de diferença percentual, a UHE Ilha dos Pombos apresentou os melhores resultados, principalmente para os tempos de recorrência igual a 10 e 20 anos. As vazões máximas com diferenças percentuais mais significativas foram aquelas que se referem aos aproveitamentos hidrelétricos de Santa Branca e Funil (Tabelas 5 e 6, respectivamente), onde a primeira apresentou diferenças entre 39 a 46% e a segunda entre 53 a 59%. Essas diferenças expressivas podem ser explicadas pelo fato de que Santa Branca inicialmente foi projetada para funcionar como um reservatório, entrando em operação em dezembro de 1959. Em seguida, foram adicionadas turbinas, o que permitiu a partir de julho de 1999, que ela funcionasse como um aproveitamento hidrelétrico. Além disso, ambos os aproveitamentos hidrelétricos de Santa Branca e Funil são utilizados para o controle das cheias do rio Paraíba do Sul, ou seja, operam com volume de espera. (ONS, 2012) Assim sendo, optou-se por refazer os cálculos dos tempos de retorno para a UHE Santa Branca para o período em que ela operou apenas como reservatório, ou seja, até julho de 1999. Com relação à UHE Funil, os cálculos foram refeitos para o período anterior à sua entrada em operação para geração de energia, ou seja, janeiro de 1969. As Tabelas 8 e 9 relacionam as novas diferenças percentuais encontradas para as vazões calculadas para os tempos de retorno de 3, 10 e 20 anos. Tabela 8 - Diferenças percentuais entre o Posto Santa Branca e a UHE Santa Branca. Diferença T xTSta. Branca xTUHE Sta. Branca Percentual (anos) (m³/s) (m³/s) (%) 3 215 308 30,19 10 343 350 2,00 20 417 372 12,10 Tabela 9 - Diferenças percentuais entre o Posto Itatiaia e a UHE Funil. Diferença T xTItatiaia xTUHE Funil Percentual (anos) (m³/s) (m³/s) (%) 3 1249 34,91 813 10 1284 30,30 895 20 1302 27,80 940 Os novos resultados, que levam em consideração os períodos em que os aproveitamentos hidrelétricos não estavam em operação, apresentaram diferenças percentuais menores. No caso da UHE Santa Branca (Tabela 8), as diferenças variaram entre 2 e 30%, quando anteriormente, para o período de 1957 a 2003, as diferenças foram de até 46%. Já para a UHE Funil (Tabela 9), as diferenças variaram entre 28 e 35%, abaixo dos resultados anteriores (Tabela 6), que variaram entre 53 e 59%. CONCLUSÃO A principal dificuldade encontrada para a realização do estudo foi motivada pela carência de informações de séries diárias de vazões nos postos fluviométricos existentes no rio Paraíba do Sul, principalmente do posto Itatiaia, mais próximo da UHE Funil. O posto apresenta um período 469

de falha de observação de 18 anos, que possivelmente interferiu nos resultados encontrados. Nos demais postos fluviométricos não foram observadas falhas ou as existentes podiam ser consideradas desprezíveis em relação ao tamanho da série disponibilizada. Por meio dos resultados alcançados, foi possível inferir que, à exceção dos aproveitamentos hidrelétricos de Santa Branca e Funil, que operam também no controle de cheias, ou seja, com volume de espera, não há indícios da influência da operação dos aproveitamentos hidrelétricos no estirão do rio Paraíba do Sul na estimativa das vazões de cheias, à exemplo das UHEs Paraibuna e Ilha dos Pombos. Neste caso, as diferenças percentuais encontradas na estimativa das vazões de cheias, todas abaixo de 10%, podem ser consideradas de pequena monta, sem comprometimento dos resultados, e justificadas pela comparação entre séries observadas e sintéticas. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANA, 2013. Agência Nacional de Águas. Sistema de Informações Hidrológicas. Disponível em , o: em setembro de 2012. DNIT, 2005. Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes. Diretoria de Planejamento e Pesquisa. Coordenação Geral de Estudos e Pesquisa. Instituto de Pesquisas Rodoviárias. Manual de Hidrologia Básica para Estruturas de Drenagem. 2ª ed., 133p. ELETROBRAS. Diretrizes para Estudos e Projetos de Pequenas Centrais Hidrelétricas. Relatório. Rio de Janeiro. 1999. Disponível em . o: Setembro de 2012. ONS, 2008. ONS RE-3/229/2008 - Atualização de Séries Históricas de Vazões - Período 1931 a 2007. Operador Nacional do Sistema Elétrico: Relatório. Rio de Janeiro. 35p. Novembro de 2008. Disponível em: . o: Setembro de 2012. ONS, 2008. ONS RE 3/171/2012 - Diretrizes para as Regras de Operação de Controle de Cheias Bacia do Rio Paraíba do Sul (ciclo 2012-2013). Operador Nacional do Sistema Elétrico: Relatório. Rio de Janeiro. 62p. 2012. Disponível em: . o: Junho de 2013. MP/SPU, 2001. ON-GEADE-003 - Orientação Normativa que Disciplina a Demarcação de Terrenos Marginais e seus Acrescidos. Ministério do Planejamento, Orçamento e Gestão/Secretaria do Patrimônio da União: Relatório. Brasília. 37p. 2001. Disponível em: . o: Setembro de 2012.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

DETERMINAÇÃO DO EQUILÍBRIO HIGROSCÓPICO E DO CALOR ISOSTÉRICO DA PIMENTA DEDO DE MOÇA (Capsicum Baccatum) VITOR G. FIGUEIRA1, LUCIANA P. TEIXEIRA2, EDNILTON T. DE ANDRADE3 1

Engª Agrícola e Ambiental, UFF, Fone: (0XX21) 8258-7964, [email protected] Engª Agrícola, PGMEC/UFF, Fone: (0XX21) 2629-5390, [email protected] 3 Engª Agrícola, PGEB/UFF, Niterói – RJ, [email protected] 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: O presente trabalho teve como objetivo a verificação e análise do equilíbrio higroscópico da pimenta "dedo de moça" (Capsicum baccatum) em condições controladas de temperatura (30°C, 55°C e 70°C), e umidade relativa do ar, sendo os dados experimentais ajustados a modelos matemáticos. O equilíbrio higroscópico constitui fator essencial nos projetos e estudos de sistemas de secagem, manuseio, processamento, armazenagem, embalagem e predição da vida de prateleira de produtos alimentícios. Sendo, desta forma, realizado, também, o cálculo do calor isostérico do produto. De posse dos referidos modelos matemáticos (Chung Pfost, Copace, GAB Modificado, Halsey Modificado, Henderson, Henderson Modificado, Oswin, Sabbab e Sigma Copace), realizou-se o ajuste dos modelos aos dados experimentais e determinou-se o modelo que melhor representa o fenômeno de higroscopicidade e a determinação da energia para remoção de água adsorvida no produto, ou seja, do calor isostérico. O modelo matemático Oswin foi que melhor representou o fenômeno de higroscopicidade. PALAVRAS–CHAVE: Higroscopicidade, pimenta dedo de moça, calor isostérico.

DETERMINING THE EQUILIBRIUM MOISTURE CONTENT AND THE ISOSTERIC HEAT OF PEPPER FINGER GAL (Capsicum Baccatum) ABSTRACT: This study aimed to and analyze the equilibrium moisture pepper "dedo de moça" (Capsicum baccatum) under controlled temperature (30 ° C, 55 ° C and 70 ° C) and relative humidity, and the experimental data adjusted to mathematical models. The equilibrium moisture content is an essential factor in the projects and studies of drying systems, handling, processing, storage, packaging and prediction of shelf life of food products. Being thus also carried out the calculation of the isosteric heat of the product. Using mathematical models described in the literature (Chung Pfost, Copace, GAB Modificado, Halsey Modificado, Henderson, Henderson Modificado, Oswin, Sabbab e Sigma Copace) was realized the fit of the experimental data and determined the model that best represents the phenomenon of hygroscopicity and the energy required to remove adsorbed water in the product, in other words the isosteric heat. The mathematical model Oswin was best represented the phenomenon of hygroscopicity. KEYWORDS: Hygroscopicity, pepper, isosteric heat.

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INTRODUÇÃO A pimenta dedo de moça (Capsicum baccatum) é cultivada no Brasil por agricultura familiar trazendo emprego e renda para o campo, (VÉRAS, 2010). O mercado mais visível é o das pimentas comercializadas in natura em todos os estados brasileiros, além do importante mercado de pimentas processadas e industrializadas, que compreende a produção caseira de conservas, pequenas empresas de produção de molhos, conservas e pimenta desidratada, (HENZ e RIBEIRO, 2008). De acordo com (SILVA e RODOVALHO, 2012) a secagem dos produtos agrícolas é o processo mais utilizado para assegurar sua qualidade e estabilidade de produtos de origem vegetal colhidos com alto teor de água, reduzindo a atividade biológica. Para as operações de secagem e armazenagem de produtos agrícolas, em locais secos e, principalmente, com baixos teores de umidade, torna-se necessário o conhecimento das relações entre a temperatura e a umidade relativa do ar e as condições desejáveis de conservação do produto, garantindo a qualidade do produto final (GONELI, 2008). Todos os produtos tem a capacidade de ceder água para o ambiente ou absorve-la, convergindo, constantemente, para uma relação de equilíbrio entre o seu teor de água e o ar ambiente (GONELI, 2008). Segundo (SOKHANSANJ e LANG, 1996), o teor de água de equilíbrio higroscópico, é o teor de água no qual a pressão de vapor d’água no produto é igual à do ar que o envolve. Segundo (GONELI, 2008), a relação entre o teor de água de um determinado produto e a umidade relativa de equilíbrio em uma temperatura pode ser expressa por equações matemáticas, e são denominadas de isotermas de sorção ou curvas de equilíbrio higroscópico. A determinação das isotermas de sorção de água constitui fator essencial nos projetos e estudos de sistemas de secagem, manuseio, processamento, armazenagem, embalagem e predição da vida de prateleira de produtos alimentícios (LIMA, SILVA, et al., 2008). O comportamento das isotermas de sorção é ainda necessário para se conhecer bem a sua relação com as características físicas, químicas e de estabilidade dos produtos desidratados ou parcialmente desidratados (HUBINGER, VIVANCOPEZANTES, et al., 2009). O comportamento higroscópico de diversos produtos agrícolas tem sido estudado por vários pesquisadores por meio de vários modelos matemáticos. Entretanto, para o estabelecimento de isotermas que representam essa relação de equilíbrio são utilizados modelos matemáticos empíricos. Diante da importância do conhecimento da higroscopicidade dos produtos agrícolas para os processos de secagem, nota-se que a literatura não faz menção de estudo com pimenta dedo de moça (Capsicum baccatum). Face ao exposto, o presente trabalho teve como objetivo determinar as isotermas de sorção da pimenta dedo de moça ajustando diferentes modelos matemáticos aos dados experimentais, selecionando aquele que melhor representa o fenômeno. MATERIAL E MÉTODOS O presente trabalho foi desenvolvido na Universidade Federal Fluminense, Niterói – RJ, pelo Departamento de Engenharia Agrícola e Meio Ambiente; para a realização dos testes o Laboratório de Termodinâmica (Latermo), pertencente ao Departamento de Engenharia Mecânica. O material utilizado para o estudo foi à pimenta dedo de moça (Capsicum baccatum), procedente do estado de São Paulo, comercializada pelo Centro de Abastecimento do Estado da Guanabara (CADEG-RJ). Procurou-se selecionar os frutos que tivessem as mesmas características visuais de grau de maturação, cor e forma. As amostras foram transportadas em 472

temperatura ambiente em sacos plásticos, até a o Laboratório de Termodinâmica (Latermo), onde foram armazenadas em recipientes herméticos, sob refrigeração, até início do experimento. As amostras foram cortadas transversalmente, com objetivo de obtenção de um material com forma geométrica homogênea, posteriormente secas em secador de laboratório a temperatura aproximada de 45ºC por 12 horas, e colocadas em saches telados confeccionados em material plástico nylon, previamente pesados e identificados por cores, sendo que cada teste foi composto por três repetições. O teor de água das amostras de pimenta foi determinado a partir do método da estufa, conforme as Normas Analíticas (INSTITUTO ADOLFO LUTZ, 1985). Os testes de higroscopicidade foram realizados em câmara incubadora BOD e estufa, com controle de temperatura e umidade relativa do ar, sendo as amostras armazenadas de forma hermética em potes de vidro de aproximadamente 2 litros. Para cada teste de equilíbrio higroscópico foram utilizadas amostras que variavam de, aproximadamente, 1,029 gramas a 1,289 gramas de pimenta, colocadas em saches telados, de forma a garantir uma maior superfície de contato do material com o ambiente. As temperaturas dos experimentos foram ajustadas de acordo com os equipamentos utilizados, e a umidade relativa a partir das soluções utilizadas, sendo as temperaturas experimentadas de 30°C, 55°C e 70°C, por 96 horas. As soluções utilizadas para o experimento e suas respectivas umidades de equilíbrio em função da temperatura ambiente estão dispostas na tabela 1. Tabela 1 - Umidade relativa de equilíbrio (%) de soluções salinas saturadas. Temperatura (°C) Sais Cloreto de Magnésio MgCl₂ Cloreto de lítio LiCl Cloreto de Potássio KCl 30 Nitrato de Magnésio Mg(NO₃) Acetato de potássio CH₃COOK Cloreto de lítio LiCl Cloreto de Potássio KCl 55 Brometo de sódio NaBr Cloreto de Magnésio MgCl₂ Iodeto de sódio NaI Cloreto de lítio LiCl Cloreto de Potássio KCl 70 Brometo de sódio NaBr Cloreto de Magnésio MgCl₂

UR (%) 32,44 ± 0,14 11,28 ± 0,24 83,62 ± 0,25 51,40 ± 0,24 21,61 ± 0,53 11,03 ± 0,23 80,70 ± 0,35 50,15 ± 0,65 29,93 ± 0,16 23,57 ± 0,74 10,75 ± 0,33 79,49 ± 0,57 49,70 ± 1,10 27,77 ± 0,25

Para a verificação e quantificação do fenômeno de equilíbrio higroscópico, as amostras foram pesadas antes e depois de serem, respectivamente, colocadas e retiradas da câmara e estufa, após entrarem em equilíbrio térmico com o ambiente circundante em condições herméticas. As pesagens foram realizadas em balança semi analítica, GEHAKA modelo BK600. Dessa maneira, foram verificados os diversos teores de água de equilíbrio para as várias combinações de temperatura e umidade relativa do ar. De acordo com (TEIXEIRA, ANDRADE e SILVA, 2012), os modelos matemáticos obtidos na literatura e representativos da higroscopicidade de produtos agrícolas, utilizados para análise da pimenta, foram escolhidos aleatoriamente em função da avaliação da temperatura e umidade relativa do ambiente, para a verificação do que melhor se ajusta à

473

realidade empírica do produto, de maneira a melhor representar sua isoterma. Os modelos utilizados estão presentes na tabela 2. Tabela 2 - Modelos matemáticos usados para a representação do equilíbrio higroscópico. Modelo Equação Chung Pfost (1) Ue = a – bln[-(T + c)ln(UR)] Copace

Ue = exp[ a-(bT) + (cUR)] abc / TUR Ue = {¨1 − b URª¨1 − b UR + bc / TUR]}

(2)

Ue = [exp(a - bT) /- ln(UR)]1/c

(4)

Henderson

Ue = [ln(1 - UR) /(- aTabs)]1/b

(5)

Henderson Modificado

Ue = {ln(1 - UR) /[- a(T + b)]}1/c

(6)

Oswin

Ue = (a – bT) /[(1- UR)/ UR]1/c

(7)

GAB Modificado Halsey Modificado

Ue = a (URb / Tc)

Sabbab Sigma Copace

Ue = exp{a-(bT) + [c exp(UR)]}

(3)

(8) (9)

Em que, Ue: Teor de água do produto, b.s.; UR: Umidade relativa do ar, decimal; T: Temperatura do ar ambiente, °C; Tabs: Temperatura absoluta do ar ambiente, K; a, b, c: Parâmetros que dependem da natureza do produto. Segundo (TEIXEIRA, ANDRADE e SILVA, 2012), para a análise dos dados foi considerada a atividade de água (aw) como sendo igual à umidade relativa do ar, em decimal. Para estimar os parâmetros dos modelos matemáticos ajustados aos dados experimentais foi utilizado o programa STATISTICA versão 7.0.61.0, com modelagem não linear. Na análise de representatividade de higroscopicidade dos modelos, os dados experimentais foram comparados com os valores estimados por cada modelo, verificando-se a porcentagem de erro médio relativo (P) (Equação 10), e o erro médio estimado (SE) (Equação 11), de acordo, respectivamente, com as equações a seguir. P =

8:: ^

|А ÐÑ |

(10)

А ÐÑ /

(11)

∑

SE = Ó∑

Ð

ÔÕw

Em que, Y: valor observado experimentalmente; Y0: valor calculado pelo modelo; n: número de observações experimentais; GLR: graus de liberdade do modelo. De acordo com (GONELI, 2008), a capacidade de um modelo para descrever com finalidade um determinado processo físico é inversamente proporcional ao desvio-padrão da estimativa (SE). O grau de ajuste de cada modelo irá considerar a magnitude do coeficiente de determinação (R²), a magnitude do erro médio relativo (P) e do erro médio estimado (SE), além da verificação do comportamento da distribuição dos resíduos.

474

CALOR ISOSTÉRICO Os alimentos contém água, embora esta não se encontre ligado do mesmo modo. De acordo com (SILVA, GOUVEIA e ALMEIDA, 2002), em alguns casos, a água pode estar relativamente livre no produto, e ligada à estrutura do alimento, não sendo disponível para o processo de deterioração. Segundo (TEIXEIRA, ANDRADE e SILVA, 2012), a água presente nos alimentos podem ser caracterizadas como sendo de fácil e difícil retirada, ou seja, livre no produto podendo estar aderida superficialmente ou retirada por forças capilares, já a de difícil retirada está relacionada a água quimicamente ligada à matéria seca do produto. No processo onde se caracteriza a perda de água, em relação à energia fornecida a atividade, é visto que a energia fornecida inicialmente para a retirada de água é menor do que ao final do processo. Ao longo do tempo com o decaimento da disponibilidade de água, a retirada desta fica cada vez mais difícil, sendo necessária uma demanda maior de energia (TEIXEIRA, ANDRADE e SILVA, 2012). Ainda segundo (TEIXEIRA, ANDRADE e SILVA, 2012) apud (WANG e BRENNAN, 1991), define calor isostérico de sorção como sendo a energia adicional necessária para remover a água associada ao material higroscópico, sendo superior a energia necessária para vaporizar a água livre contida no produto, sob as mesmas condições de temperatura e pressão. De acordo com (TEIXEIRA, ANDRADE e SILVA, 2012) apud (GOUVEIA, ALMEIDA, et al., 1999), é possível avaliar as mudanças físicas que acontecem na superfície do material, a partir da análise do estado da água presente no produto e em sua microestrutura. As variáveis que influenciam diretamente no valor do calor latente de vaporização da água no produto, são temperatura e teor de água do produto (TEIXEIRA, ANDRADE e SILVA, 2012) apud (BROOKER, BAKKER-ARKEMA e HALL, 1992). Desta forma, a umidade de equilíbrio de um material higroscópico é relevante no estudo da secagem, porque determina o conteúdo de umidade mínimo que o produto pode atingir sob determinadas condições do ar de secagem (LIMA, SILVA, et al., 2008), sendo assim, o calor isostérico é um importante parâmetro a ser obtido, pois seu resultado fornece condição para avaliação da demanda energética necessária para o processo de secagem (TEIXEIRA, ANDRADE e SILVA, 2012). Segundo (TEIXEIRA, ANDRADE e SILVA, 2012), o calor isostérico líquido de sorção (Ö!7 ) é o calor adicional necessário para remover a água associada ao produto. Para seu cálculo, foram aplicados o modelo exponencial de Sopade e Ajisegiri (Equação 12), que representa o comportamento do calor isostérico de sorção em função apenas do conteúdo de teor de água de equilíbrio (SILVA, GOUVEIA e ALMEIDA, 2002), e a equação de ClausiusClapeyron, (Equação 13), modificada por (WANG e BRENNAN, 1991), que considera além do teor de água de equilíbrio também a temperatura. q Ua = A expB. U‚

q lnaw = −N st“RO 1“T + C abs

(12) (13)

Em que, qst: calor isostérico líquido de sorção, em kJ.kg-1; Ue: teor de água de equilíbrio ou atividade de água (aw), em decimal; aw: atividade de água, em decimal; Tabs: temperatura absoluta, em K; R: Constante universal dos gases, 8,314 kJ kmol-1 K-1, sendo para o vapor d’água 0,4619 kJ kg-1 K-1; A, B e C: Coeficientes de ajuste. Na equação de Clausius-Clapeyron, o calor isostérico líquido de sorção (qst) foi determinado a partir das inclinações das curvas do gráfico ln(aw) x (1/Tabs) para os diversos

475

teores de água de equilíbrio, em b.s., a partir do modelo matemático que melhor se ajustou aos dados experimentais, como descrito na Equação 14. lnaw = −Inclinação da reta 1“T 4!7 = (inclinação da reta) . R

¸F!

+ C (14)

Para efeitos práticos, este trabalho não se encarregou apenas de calcular o calor isostérico propriamente dito, denominado de calor isostérico líquido de sorção, ou seja, o calor adicional necessário para remover a água associada ao produto; como também se ocupou em calcular o calor isostérico integral de sorção, que além do calor isostérico líquido de sorção, também considera o calor latente de vaporização de água livre. De acordo com (TEIXEIRA, ANDRADE e SILVA, 2012) apud (BROOKER, BAKKER-ARKEMA e HALL, 1992), o calor latente de vaporização da água livre pode ser representado (Equação 15). L = 2502,2 − 2,39T¶

(15)

Em que, L: calor latente de vaporização da água livre, em kJ.kg-1; Tm: temperatura média na faixa de estudo, em °C. A partir dos dados expostos anteriormente é possível, então, determinar o calor isostérico integral de sorção (Qst) (Equação 16 e 17). QUa = q Ua + L QUa = A expB. U‚ + L

(16) (17)

Em que, Qst: calor isostérico integral de sorção, em kJ.kg-1; L: calor latente de vaporização da água livre, em kJ.kg-1; Ue: teor de água de equilíbrio ou atividade de água (aw), em decimal; A e B: coeficiente de ajuste. RESULTADOS E DISCUSSÃO Os dados experimentais de teor de água de equilíbrio higroscópico da pimenta dedo de moça obtidos a partir das combinações entre as umidades relativas do ar ambiente e temperaturas, estão expostos na tabela 3. Tabela 3 - Valores médios dos teores de água de equilíbrio (b.s.) para as diferentes combinações de umidade relativa do ar ambiente (%) e temperatura (°C). Temperatura (°C) UR (%) Teor de água de equilíbrio média (b.s.) 30°C 11,28 ± 0,24 0,1375 30°C 21,61 ± 0,53 0,1662 30°C 32,44 ± 0,14 0,2277 30°C 51,40 ± 0,24 0,3634 30°C 83,62 ± 0,25 0,5707 55°C 11,03 ± 0,23 0,0861 55°C 29,93 ± 0,16 0,1520 55°C 50,15 ± 0,65 0,3064 55°C 80,70 ± 0,35 0,4181 70°C 10,75 ± 0,33 0,0819 70°C 23,57 ± 0,74 0,0819 70°C 27,77 ± 0,25 0,0903 70°C 49,70 ± 1,10 0,1497 70°C 79,49 ± 0,57 0,2376 476

A partir dos valores médios do teor de água de equilíbrio higroscópico foram obtidos os pontos experimentais pertencentes às curvas de sorção para as diferentes temperaturas utilizadas.

Figura 11 - Valores experimentais de sorção da pimenta dedo de moça para diferentes temperaturas Para cada modelo foram determinados seus respectivos parâmetros, coeficientes de determinação (R2), e erros médio relativo (P) e estimado (SE) para os modelos estudados utilizando análise de regressão não linear pelo método Quasi-Newton. Quasi Newton. A seguir, na Tabela 4, estão apresentados os resultados das estimativas relacionadas relacionadas às análises dos modelos de equilíbrio higroscópico verificados para a pimenta dedo de moça. Tabela 4 - Parâmetros estimados, coeficientes de determinação, e erros médios relativo e estimado para cada modelo analisado. Parâmetros Modelo SE a b c R2 P (%) (decimal) Chung Pfost Modificado 0,7591 0,1433 1,556 92,437 18,626 0,100 Copace -1,7278 1,7278 0,0129 1,8575 94,197 13,787 0,088 GAB Modificado 0,686 0,2806 146,527 94,214 17,464 0,088 Halsey Modificado -2,0881 2,0881 0,0231 1,9178 91,766 17,611 0,104 Henderson 0,0199 1,6086 82,637 26,129 0,215 Henderson Modificado 0,1532 1,8956 1,7213 93,985 15,33 0,089 Oswin 0,3993 -0,0031 2,5874 94,481 13,59 0,085 Sabbah 4,9043 0,8714 0,5978 93,691 17,931 0,091 Sigma Copace -2,6168 2,6168 0,0125 1,056 91,766 17,579 0,103 Segundo (TEIXEIRA, ANDRADE e SILVA, 2012) apud (MOHAPATRA e RAO, 2005),, os modelos que não apresentam ajuste satisfatórios, em função dos dados experimentais, demonstram erro médio relativo (P) superior a 10%, não representando adequadamente o fenômeno analisado, além disso, é necessário que os valores de R² sejam próximos da unidade. 477

Considerando a análise dos resultados de equilíbrio higroscópico da pimenta dedo de moça, expostos na Tabela 4, não é possível possível enquadrar nenhum modelo, não sendo possível representar o fenômeno satisfatoriamente. Assim sendo, será empregado o modelo de Oswin, que, dentre os demais, se aproximou do recomendado. Os valores experimentais do teor de água de equilíbrio e os valores valores calculados das isotermas de sorção do modelo que melhor se aproximou da recomendação às curvas experimentais estão representados na Figura 2.

Figura 2 - Valores experimentais, e estimados pelo Modelo de Oswin do teor de água de equilíbrio em função da atividade de água (aw) e temperatura. CALOR ISOSTÉRICO O Modelo de Oswin foi, então, utilizado para a determinação dos valores de atividade de água (aw), na caracterização do calor isostérico de sorção da pimenta dedo de moça. Os teores de água obtidos a partir do modelo escolhido serão dispostos para o cálculo do ln(aw), na tabela 5. Tabela 5 - Valores de ln(aw) estimados pelo Modelo Oswin, em função da temperatura e do teor de água de equilíbrio. Temperatura (°C) Teor de água de equilíbrio média (b.s.) 30 55 70 0,0809 -3,4991 -2,7605 -4,6772 0,1019 -2,9194 -2,2073 -3,1926 0,1133 -2,6586 -1,9639 -2,5493 0,1254 -2,4156 -1,7416 -1,9806 0,1370 -2,2073 -1,5548 -1,5306 0,1639 -1,8010 -1,2040 -0,8110 0,1798 -1,6025 -1,0404 -0,5560 0,1877 -1,5141 -0,9694 -0,4638 0,2266 -1,1527 -0,6931 -0,2063 0,2283 -1,1394 -0,6835 -0,1999 0,2984 -0,7198 -0,3964 -0,0712 0,3091 -0,6733 -0,3670 -0,0633 0,3943 -0,4109 -0,2107 -0,0323 0,5736 -0,1744 -0,0843 -0,0175 478

Na figura 3, estão representadas as curvas de ln(aw) ln(aw) da pimenta dedo de moça em função do inverso da temperatura absoluta (1/Tabs) para diferentes teores de água de equilíbrio (b.s.) e suas respectivas equações lineares.

Figura 3 - Valores de ln(aw) para diferentes teores de água de equilíbrio (b.s.). A partir da inclinação da reta, se pode calcular os valores do calor isostérico líquido de sorção (qst), equação 14. Para a determinação do calor isostérico integral de sorção (Qst), em kJ kg-1, Equação 17, levou-se levou se também em consideração o valor do calor latente de vaporização da água livre (L), que representa a mínima quantidade de energia necessária para evaporar a água. Para este cálculo considera-se considera se a temperatura média utilizada no trabalho, que foi de 51,67°C, o que resultou em um valor de calor latente latente de vaporização de 2378,7167 kJ -1 kg . Os valores do calor isostérico líquido e integral de sorção obtidos, respectivamente, a partir da inclinação da reta e do calor latente de vaporização, estão expostos na Tabela 6. Tabela 6 - Valores do calor isostérico isostérico líquido e integral de sorção para diferentes teores de água de equilíbrio (b.s.). Calor isostérico líquido Calor isostérico integral Inclinação da reta -1 (kJ kg ) (kJ kg -1) -3149,8 1454,8926 3833,60929 -3001 1386,1619 3764,87857 -2905 1341,8195 3720,53617 720,53617 -2794,7 1290,8719 3669,5886 -2681,4 1238,5387 3617,25533 -2402,4 1109,6686 3488,38523 -2234,5 1032,1156 3410,83222 -2152,5 994,23975 3372,95642 -1767,9 816,59301 3195,30968 -1752,3 809,38737 3188,10404 -1199,4 554,00286 2932,71953 -1131,2 522,50128 2901,21795 -721,85 333,42252 2712,13918 -317,73 146,75949 2525,47615

479

Após obtenção dos dados acima, e utilizando-se utilizando se o programa STATISTICA 7, se pode chegar aos parâmetros da equação do calor isostérico integral de sorção para a pimenta dedo de moça, equação 18, em função do teor de água de equilíbrio (b.s.) e a temperatura média de 51,67 °C. QUa = −4,439 exp(2206,536. U‚ ) + 2378,7167

(18)

Em que, Qst: calor isostérico integral de sorção, em kJ.kg-¹; kJ.kg ¹; Ue: teor de água de equilíbrio ou atividade de água (aw), em b.s.; Os valores dos parâmetros estimados e coeficiente de determinação foram, respectivamente, A= -4,439, 4,439, B= 2206,536, e R2 = 0,9909. Portanto os valores teóricos e calculados do calor isostérico integral de sorção em função do teor de água de equilíbrio (b.s.) está demonstrado na figura 4.

Figura 4 - Valores teóricos e calculados do calor isostérico integral de sorção em função do teor de água de equilíbrio. Portanto, a partir da análise da figura 4, pode-se pode se verificar que à medida que o teor de água do produto diminui é notável o acréscimo da energia necessária para a remoção da água. água Portanto, se verifica que os valores de calor isostérico integral de sorção para a pimenta dedo de moça variam na faixa de 2525,47 a 3833,60 kJ kg-1, e teor de água de 0,0809 a 0,573 b.s. CONCLUSÕES A partir do estudo se verifica que o teor de água de equilíbrio da pimenta dedo de moça varia em função da umidade relativa do ar para uma mesma temperatura, e diminui com o aumento da temperatura aplicada ao produto, para uma mesma umidade relativa do ar, sendo então caracterizado como um produto higroscópico. higroscópi De acordo com os dados obtidos em laboratório, o modelo Oswin foi o que melhor descreveu o fenômeno, mesmo este estando fora do satisfatório de erro médio relativo (P) e coeficiente de determinação (R²), estes ainda serão revistos. 480

Em relação ao calor isostérico integral, foi possível análise que a partir da variação do teor de água de equilíbrio, de 0,0809 a 0,573 (b.s.), há necessidade de demanda de energia respectiva de 2525,47 a 3833,60 kJ kg-1, sendo a que quanto menor o teor de água de equilíbrio, maior será a demanda por energia para a remoção da água do produto. REFERÊNCIAS BROOKER, D. B.; BAKKER-ARKEMA, F. W.; HALL, C. W. Drying and storage of grains and oilseeds. Westport: AVI, 1992. 450 p. FERREIRA, S. C. D. S.; SILVA, H. W. D.; RODOVALHO, R. S. Isoterma de dessorção e calor latente de vaporização da semente de pimenta Cumari Amarela (Capsicum chinense L.). Revista Liberato, Novo Hamburgo, v. 12, p. 107-206, Julho/Dezembro 2011. GONELI, A. L. D. Variação das propriedades físico-mecânicas e da qualidade da mamona (Ricinus communis L.) durante a secagem e o armazenamento. Viçosa. 2008. GOUVEIA, J. P. G. et al. Estudo das isotermas de sorção e calor isostérico do gengibre sem casca. CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA AGRÍCOLA , Joboticabal, n. 28, 1999. HENZ, G. P.; RIBEIRO, C. S. D. C. Mercado e comercialização. In: RIBEIRO, C. S. D. C., et al. Pimentas Capsicum. 1ª Edição. ed. Brasília: Athalaia Gráfica e Editora Ltda, v. I, 2008. Cap. 2, p. 11-12. HUBINGER, M. D. et al. Isotermas de dessorção de filé de bonito (Sarda sarda) desidratado osmoticamente e defumado. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, p. 305-311, 2009. LIMA, E. E. D. et al. Estudo das isotermas e calor isostérico de adsorção da farinha da coroa de frade. Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, v. 10, p. 163170, 2008. ISSN ISSN 1517-8595. LIMA, E. E. D. et al. Estudo das isotermas e calor isostérico de adsorção da farinha do coroa de frade. Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, p. 163-170, 2008. MOHAPATRA, D.; RAO, P. S. A thin layer drying model of parboleid wheat. Journal of Food Engineering, p. 513-518, 2005. SILVA, H. W.; RODOVALHO, R. S. Isotermas de dessorção das sementes de pimenta malagueta. Global Science and Technology, Rio Verde, v. 5, n. 1, p. 33, Janeiro/Abril 2012. ISSN ISSN 1984-3801. SILVA, M. M.; GOUVEIA, J. P. G. D.; ALMEIDA, F. D. A. C. Dessorção e calor isostérico em polpa de manga. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, Campina Grande, v. 6, p. 123-127, Janeiro/Abril 2002. ISSN ISSN 1807-1929. SOKHANSANJ, S.; LANG, W. Prediction of kernel and bulk volume of wheat and canola during adsorption and desorption. Journal Agricultural Engineering, p. 129-136, 1996. TEIXEIRA, L. P. Determinação do equilíbrio higroscópico e do calor isostérico da polpa e da casca do abacaxi (Ananas comosus). ENGEVISTA, p. 172-184, 2012. TEIXEIRA, L. P.; ANDRADE, E. T.; SILVA, P. G. L. Determinação do equilíbrio higroscópico e do calor isostérico da polpa e da casca do abacaxi (Ananas comosus). ENGEVISTA, Niterói, v. 14, p. 172-184, Agosto 2012. VÉRAS, A. O. M. Secagem de pimenta dedo-de-moça (Capsicum baccatum var. pendulum) em secador convectivo horizontal, São Carlos, 2010. 1. WANG, N.; BRENNAN, J. G. Moisture sorption isotherm characteristics of potatoes at four temperatures. Journal of Food Engineering, v. 14, n. 1, 1991.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO E DOS RESULTADOS PRODUZIDOS PELO SISTEMA DE PREVISÃO NUMÉRICA DO TEMPO POR CONJUNTOS DE ALTA RESOLUÇÃO ESPACIAL PARA A REGIÃO METROPOLITANA E SERRANA DO RIO DE JANEIRO JUSSARA STUTZ OLIVEIRA¹, JUAN FELIPPE SANTIAGO DE VASCONCELLOS¹, FERNANDA FAES E GRAÇA¹, MARIANA DA SILVA COELHO¹, JOÃO VITOR MEIRELLES DE MIRANDA¹, CAROLINA VEIGA FERREIRA DE SOUZA¹, RODRIGO SANGUEDO BAPTISTA¹, MARCIO CATALDI¹, EDUARDO BARBOSA CORRÊA² ¹ Universidade Federal Fluminense, Departamento de Engenharia Agrícola e Meio Ambiente, [email protected] ² Universidade Federal do Rio de Janeiro – COPPE, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: O objetivo deste estudo é analisar as previsões geradas por conjunto pelo modelo numérico MM5 (Grell et al, 1995), visando-se prever a ocorrência de eventos de precipitação extrema, responsáveis por diversas perdas sociais e econômicas para a sociedade. Para esta finalidade, foi feita a comparação das previsões geradas pelo modelo com os dados observados nos postos operados pelo Alerta Rio e Instituto Estadual do Ambiente (INEA), para o dia 18/03/2013. Os resultados obtidos foram compatíveis e de acordo com o esperado, ou seja, com poucas divergências, onde o modelo conseguiu prever o evento de precipitação com intensidade e localização conforme o ocorrido. A região alvo do estudo é o estado do Rio de Janeiro, com ênfase na região serrana e metropolitana. PALAVRAS–CHAVE: precipitação intensa, previsão por conjuntos, MM5.

PERFORMANCE EVALUATION AND RESULTS PRODUCED BY THE SYSTEM OF NUMERICAL WEATHER PREDICTION BY SETS OF HIGH SPATIAL RESOLUTION FOR THE METROPOLITAN AREA AND HILL IN RIO DE JANEIRO ABSTRACT: The aim of this study is to analyze the predictions generated by the numerical model MM5 (Grell et al, 1995), aiming to predict the occurrence of extreme precipitation events, responsible for various social and economic losses to society. For this purpose, a comparison was made of the predictions generated by the model with the observed data at stations operated by Rio Alert and State Environmental Institute, for the day 03/18/2013. The results were consistent and as expected, that is, with a few differences, where the model could predict the precipitation event and location in accordance with the intensity occurred. The aim of the study region is the state of Rio de Janeiro, with emphasis in the mountain region and metropolitan area. KEYWORDS: intense precipitation, prediction by sets, MM5.

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INTRODUÇÃO A motivação deste estudo advém das catastróficas consequências associadas aos eventos com altos índices pluviométricos ocorridos nos últimos anos em diversos municípios do estado do Rio de Janeiro. Os problemas atingiram diferentes esferas, gerando déficit ao meio ambiente, à sociedade e à economia. Na ocorrência de deslizamentos, casas e vidas são perdidas, deixando milhares de desabrigados. Instaura-se também um desequilíbrio ambiental, ocasionando erosão em alguns pontos, assim como o assoreamento em outros. Além disso, as próprias enchentes por si só, em regiões de cotas mais baixas, causam grandes estragos e transtornos, como a perda de mobílias e outros itens de valor, comprometendo a qualidade da infraestrutura domiciliar (infiltrações em paredes) e ainda podem servir como transmissoras de diversas doenças. O mesmo ocorre em casas construídas às margens de rios, ocasionado transtornos à população a partir do transbordamento. No caso do presente estudo, abordou-se um evento de precipitação intensa, ocorrido no dia 18 de março de 2013, onde grande parte do estado do Rio de Janeiro foi atingida por fortes chuvas, ocasionando enchentes e deslizamento de encosta, fazendo vítimas e deixando muitos desabrigados. Segundo reportagem do Portal de Notícias da Globo (RIO DE JANEIRO, 2013), no próprio dia já havia pelo menos 13 mortos em decorrência da chuva em Petrópolis, na Região Serrana do Rio de Janeiro, segundo o tenente-coronel Gil Kempers, da Central Estadual de istração de Desastres do Rio de Janeiro (Cestad). Ainda na mesma reportagem foi extraído: “Durante o temporal, os rios Quitandinha e Piabanha transbordaram, deixando ruas alagadas nos bairros Quitandinha, Alto Independência, Morin e Alto da Serra. Segundo a Defesa Civil, pelo menos 50 pessoas estão desalojados em três bairros e um subbairro de Petrópolis”. Para que essa problemática fosse ao menos minimizada, torna-se interessante a existência de um sistema de alerta, mensurado e classificado qualitativamente de acordo com as previsões meteorológicas. E para que isso seja possível é fundamental um sistema de previsões numéricas do tempo adequado ao problema, considerando que em muitas regiões não há postos hidrométricos, como é o caso do município de Niterói. Vale destacar que a modelagem numérica regional, associada a esta previsão de precipitação, possui diversas fontes de incertezas. As principais delas são referentes à representação das condições iniciais do estado atmosférico, das condições de fronteira e das transformações de vapor d´água em água líquida, posteriormente em nuvem e finalmente em precipitação. Portanto o ideal é a utilização de um conjunto de previsões (ensemble), uma vez que diferentes parametrizações permitem a obtenção de resultados mais específicos para cada variável (Corrêa, 2005). Desta forma, torna-se menor a probabilidade de um erro muito expressivo, visto que será feita uma análise em conjunto das diferentes simulações geradas. DADOS E MÉTODOS DE ANÁLISE A descrição do modelo numérico MM5 utilizada neste estudo segue Dudhia et al. (2004) e Grell et al. (1995). O Sistema MM5 é um modelo de simulação numérica desenvolvido no final da década de 70 pela Penn State University em conjunto com o National Center for Atmospheric Research (NCAR). Atualmente se encontra na quinta geração e ao longo dos anos foram sendo incorporadas diversas modificações, como capacidade de múltiplos aninhamentos, dinâmica não hidrostática e assimilação de dados em quatro dimensões, além de várias parametrizações físicas e portabilidade em diversas plataformas computacionais. Como todo modelo de área limitada, são necessárias condições iniciais e de contorno. 483

O modelo traz diversas opções de parametrizações físicas para nuvens e microfísica, parametrização de cumulus, camada limite atmosférica (CLA), modelo de superfície (solo) e radiação. A configuração das parametrizações permite assimilar a realidade com a modelagem proposta, sendo de suma importância para a obtenção de bons resultados. Nas simulações que foram desenvolvidas para este estudo, utilizaram-se vários domínios aninhados, centralizados sobre a cidade de Niterói, com distintas dimensões, resoluções horizontais e topográficas. Para uma melhor representação das transferências de calor, massa e momentum entre as diferentes fronteiras laterais do modelo MM5, neste estudo foram utilizadas três grades, sendo a primeira com resolução de 27 km (Figura 2.1-a) abrangendo a região Sudeste e parte das regiões Sul e Centro Oeste, a segunda com resolução de 9 km (Figura 2.1-b) abrangendo o Estado do Rio de Janeiro e parte do Estado de São Paulo e a terceira e ultima grade, com resolução de 3 km (Figura 2.1-c), abrangendo a cidade de Niterói e parte da cidade do Rio de Janeiro. A Figura 2.1 (a-c) mostra a localização das grades sobre o continente.

(a) D1

(b) D2 (c) D3 Figura 2.1: Domínios utilizados para as previsões numéricas realizadas com o modelo MM5: a) D1 ; b) D2 ; c) D3. A legenda corresponde a variação da topografia, em metros (m). Na Tabela 2.1 estão descritas as 14 variáveis atmosféricas previstas pela previsão do modelo MM5. Para este estudo observasse-a a precipitação total acumulada em três horas.

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Tabela 2.1– Listagem dos pseudo-códigos e das variáveis prognósticas do modelo MM5 que serão disponibilizadas no sítio da Internet. prec precipitação uv1000 vetor vento em 1000 hPa; uv850 vetor vento em 850 hPa uv500 vetor vento em 500 hPa; uv200 vetor vento em 200 hPa u1000 umidade relativa em 1000 hPa u850 umidade relativa integrada em 1000hPa; parnm pressão atmosférica reduzida ao nível do mar; t2m temperatura do mar em 2m; div1000 divergência em 1000 hPa div850 divergência em 850 hPa; div500 divergência em 500 hPa; div200 divergência em 200 hPa; prec3h precipitação total acumulada em 3h prec24h precipitação total acumulada em 24h A escolha da configuração do Modelo MM5 que envolve os domínios das grades, resolução espacial, aninhamento de grade e parametrizações físicas, foram realizadas com base na descrição do modelo obtida em Dudhia (2004), em trabalhos encontrados na literatura científica (Tania, 2002; De Sá, 2005), e em resultados obtidos com o modelo em trabalhos anteriores (Corrêa, 2005). Optou-se por realizar diversas combinações de parametrizações, levando em conta alguns critérios observados no texto, como a resolução espacial para a parametrização de cumulus e as parametrizações mais sofisticadas e recentes, que foram implementadas no modelo. Os diferentes conjuntos de parametrizações físicas que foram utilizadas neste projeto, resultantes destes testes de sensibilidade, encontram-se na Tabela 2.2. Nesta tabela os números dizem respeito aos domínios utilizados (3 domínios). Esses domínios podem ter diferentes parametrizações de microfísica e cumulus ativadas. Os nomes nas colunas ‘Microfisica’ e ‘Cumulus’ dizem respeito às parametrizações utilizadas em cada domínio. Os resultados das previsões do modelo MM5 com estas configurações são disponibilizados diariamente no sítio de internet: http://www.temponiteroi.uff.br/index.html.

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Tabela 2.2 – Descrição dos conjuntos de parametrizações utilizadas em cada domínio do modelo MM5 nas primeiras simulações realizadas neste estudo. Parame CL Código da Simulação Microfisica Cumulus Solo trização A KainDudhia Fritsch 2 Warm Rain 2 Kain1 IMPHYS_333_ICUPA_888 Warm Rain ETA camadas Fritsch 2 Warm Rain KainFritsch 2 KainNoah Fritsch 2 Warm Rain IMPHYS_333_ICUPA_888_solo KainMR 4 2 Warm Rain camadas _mrf Fritsch 2 F Warm Rain KainFritsch 2 BetsNoah Miller Simple Ice 4 Bets3 IMPHYS_448_ICUPA_777_solo Simple Ice ETA camadas Miller Schultz BetsMiller BetsNoah Miller Simple Ice IMPHYS_448_ICUPA_777_solo BetsMR 4 4 Simple Ice camadas _mrf Miller F Schultz BetsMiller KainDudhia Fritsch 2 Simple Ice 2 Kain5 IMPHYS_448_ICUPA_888 Simple Ice ETA camadas Fritsch 2 Schultz KainFritsch 2 KainNoah Fritsch 2 Simple Ice 4 Kain6 IMPHYS_448_ICUPA_888_solo Simple Ice ETA camadas Fritsch 2 Schultz KainFritsch 2 KainNoah Fritsch 2 Schultz IMPHYS_888_ICUPA_888_solo KainMR 4 7 Schultz camadas _mrf Fritsch 2 F Schultz KainFritsch 2 Já os dados de precipitação utilizados neste trabalho foram obtidos por dois diferentes operadores, ou seja, coletou-se os dados dos postos operados pelo Alerta Rio (ALERTA RIO, 2013) e pelo Instituto Estadual do Ambiente (INEA, 2013); Estes dados foram processados a 486

fim de que os valores numéricos de precipitação obtidos fossem interpolados para um limite espacial definido, obtendo-se um mapa com uma escala graduada com os valores de precipitação, identificadas através da coloração atribuída à escala. Desta forma, tornou-se possível a visualização destes dados sob a forma de mapas, a fim de serem comparados com os mapas gerados pelo modelo MM5. O programa utilizado para realizar esta etapa foi o software Surfer 8. Esta ferramenta é um pacote de programas gráficos comerciais desenvolvidos pela Golden Software Inc. que pode ser utilizado para o cálculo e a confecção de mapas de variáveis a partir de dados regularmente distribuídos. Desta forma, o programa interpolou os dados de chuva dos postos para toda a região de estudo, ou seja, estimou o valor da chuva em pontos não amostrados. RESULTADOS E DISCUSSÃO Os resultados para o dia 18 de março de 2013, gerados pela previsão do modelo MM5 são apresentadas em três diferentes resoluções de grade (27, 9 e 3 km) e em duas diferentes parametrizações (1 e 3), com a precipitação acumulada em três horas, na previsão válida para as 06:00 TMG (que equivale as 03:00 h – horário local). Esta previsão faz referência à precipitação acumulada em 3 horas, ou seja, no período entre as 00:00 e as 03:00 h horário local.

(a) (b) Figura 3.1 – Previsão de precipitação acumulada em 3 horas (entre as 00:00 e as 03:00 h – horário local) para o dia 18/03/2013, com a grade de menor resolução espacial (27 km) do modelo MM5. (a) Parametrização 1; (b) Parametrização 3.

(a) (b) Figura 3.2 – Previsão de precipitação acumulada em 3 horas (entre as 00:00 e as 03:00 h – horário local) para o dia 18/03/2013, com a grade de média resolução espacial (9 km) do modelo MM5. (a) Parametrização 1; (b) Parametrização 3. 487

Figura 3.3 – Previsão de precipitação acumulada em 3 horas (entre as 00:00 e as 03:00 h – horário local) para o dia 18/03/2013, com a grade de maior resolução espacial (3 km) do modelo MM5. (a) Parametrização 1; (b) Parametrização 3. Ao aumentar a resolução das grades, observa-se que os totais de precipitação acumulada aumentam, além de enfatizar melhor a formação de um núcleo de chuva mais intensa na região Serrana do Estado, conforme visto nas Figuras 3.1 a, 3.2 a e 3.3 a. De fato isto era o esperado, visto que aumentando a resolução espacial aumenta-se o poder de solução do modelo numérico em relação à diversidade da topografia, por exemplo. .Na grade de baixa resolução (27 km) a chuva máxima acumulada nas três horas foi em torno de 24 mm (Figura 3.1 a). Já na grade de média resolução espacial (9 km, abrangendo o Estado do Rio de Janeiro e Vale do Paraíba) os totais de precipitação acumulada aumentam, por volta de 60 mm (Figura 3.2 a) e observa-se a formação de um núcleo de precipitação. O mesmo ocorre quando se observa a Figura 3.3 a (de resolução espacial de 3 km); verificam-se totais mais elevados nesta região (em torno de 80 mm), com um núcleo nítido de precipitação mais intensa, principalmente na região serrana. Já a figura gerada pelo software Surfer (Figura 3.4) com os dados da Georio e do INEA nos permite visualizar o os dados de chuva observados no evento ocorrido.

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Figura 3.4 – Dados da chuva observada no dia 18/03/213 para a localidade em destaque, no Estado do Rio de Janeiro Quanto às parametrizações destaca-se que os prognósticos de precipitação da parametrização 3 capturaram bem a intensidade e a distribuição de precipitação mais intensa na região Serrana, mas não representaram tão bem a precipitação na região Metropolitana do Rio de Janeiro, principalmente nas regiões de baixada, mais próximas do litoral, de forma oposta ao que ocorreu com as previsões da parametrização 1.

CONCLUSÃO Como foi possível notar, as previsões geradas pelo modelo MM5 conseguiram prever de maneira satisfatória o evento de precipitação ocorrido, com valores de precipitação acumulada próximo ao observado, uma boa representação da abrangência geográfica e a detecção da existência de um núcleo de precipitação na região serrana no estado do Rio de Janeiro. No entanto, vale ressaltar que houve diferenças importantes em relação aos prognósticos de precipitação do modelo MM5, tanto em relação a sua resolução espacial como em relação às parametrizações adotadas. Desta forma, observa-se que para a definição de um sistema eficiente de alerta de eventos severos ligados a precipitação, é importante que sejam elaborados diferentes prognósticos de precipitação (previsão por conjuntos ou ensemble), a partir da modelagem numérica, de forma a se capturar a probabilidade de ocorrência de tais eventos. BIBLIOGRAFIA ALERTA RIO, 2013. Dados Pluviométricos do Sistema Alerta Rio. Disponível em , ado em maio de 2013.

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CORRÊA, Eduardo Barbosa, CATALDI, M., PIMENTEL, L. C. G. Análise da Influência das Parametrizações de Camada Limite Sobre os Resultados do Modelo de Mesoescala MM5. Ciência e Natura. , v.1, p.377 - 380, 2005 DE SÁ, Reginaldo Ventura. Impacto da Temperatura da Superfície do Mar na Precipitação Modelada Para o Município do Rio de Janeiro.VII, 55 p. 27.9 cm (COPPE/UFRJ, M. Sc., Engenharia Civil, 2005). DUDHIA, J., D. GILL, Y. GUO, K. MANNING, W. WANG, J. CHISZAR: “Mesoscale Modeling System Tutorial Class Notes and ’s Guide: MM5 Modeling System Version 3”, PSU/NCAR, 2001. GRELL, G. A., J. DUDHIA, e D. R. STAUFFER: “A description of the fifth-generation Penn State/ NCAR Mesoscale Model (MM5).” NCAR Technical Note, NCAR/TN-398+STR, 117 pp, 1995. INEA, 2013. Sistema de Alerta de Cheia. Disponível em , ado em maio de 2013. RIO DE JANEIRO, 2013. Globo Notícias, estado do Rio de Janeiro. Disponível em , ado em maio de 2013. TANIA, A. d. S. C. e. S. Previsão Meteorológica em Portugal Continental utilizando o modelo operacional e de investigação MM5. M. Sc. Instituto Superior Técnico. Lisboa, Universidade Técnica de Lisboa: pp. 144, 2002.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

REVISÃO SISTEMÁTICA DE LITERATURA/ ANÁLISE DESCRITIVA DA APLICAÇÃO DE MÉTODOS DA PRODUÇÃO MAIS LIMPA EM ORGANIZAÇÕES DANIELLA JARDIM ANTUNES FERREIRA1, FABIO DOS SANTOS JOHAS2, YAN BRITTO KEVORKIAN3 1

Estudante de Engenharia de Produção, UFF, 87403779, [email protected] Estudante de Engenharia de Produção, UFF, 98995972, [email protected] 3 Estudante de Engenharia de Produção, UFF, 83076889, [email protected] 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Atualmente, a questão ambiental é uma das maiores preocupações de esfera global. Desde a Revolução Industrial no século XVIII, a humanidade é responsável por uma crescente poluição na Terra. Além disso, é possível evidenciar uma ruptura no equilíbrio de muitos ecossistemas que estavam anteriormente intocados. Aliado à proposta de gestão de recursos sem exauri-los, este artigo teve como objetivo reunir alguns métodos de Produção Mais Limpa que podem ser usados em empresas para comprovar que é sempre possível recondicionar um sistema a fim de causar menos danos à natureza. Para isso, casos comprovadamente eficazes em situações distintas foram pesquisados e analisados e concluiu-se que há uma tendência mundial ao aumento desse número de casos e também da quantidade de tecnologias para se alcançar um desenvolvimento sustentável, visto que a sociedade está cada vez mais consciente da sua necessidade. Este aumento da quantidade de tecnologia faz com que cada caso possa ser aplicado a uma gama maior de empresas e essa demanda da sociedade ratifique a importância de cada empresa possuir algum método de produção mais limpa. PALAVRAS–CHAVE: resíduos industriais, sustentabilidade, Produção Mais Limpa.

SISTEMATIC REVIEW OF LITERATURE/ DESCRIPTIVE ANALYSIS OF CLEANER PRODUCTION METHOD APLICATION IN ORGANIZATIONS ABSTRACT: Nowadays, the environmental issue is one of the biggest concerns worldwide. Since the industrial revolution in the eighteenth century, the human species is responsible for an increasing amount of pollution on Earth. Besides, we can evidence the break of the balance in a lot of ecosystems that were previously untouched. Allied to the purpose of managing resources without exhausting them, this article aims to gather a few methods of Cleaner Production that can be used in companies to prove that it is always possible to recondition a system in order to cause less damage to nature. For this reason, provably effective cases in distinct situations were researched and analyzed, leading to the conclusion that there is a global tendency to the increase in this number of cases and also the amount of technologies to achieve sustainable development, since society is increasingly aware of it's need. This growing amount of technologies makes that each case can be applied to a wider range of companies and this society demand ratifies the importance of each company having (some method of cleaner production. KEYWORDS: industrial waste; sustainability; Cleaner Production

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INTRODUÇÃO A sociedade enfrenta inúmeros problemas de ordem ambiental e social, muitas vezes causados pela desequilibrada ação humana sobre os bens naturais. Priorizando os seus interesses e menosprezando os ecossistemas, o homem, em muitos casos, não dá a devida importância a garantir um futuro estável. Indústrias e empresas são causadoras de grandes impactos ambientais, tais como a poluição do ar, rios, mares e solos, em abundância. A engenharia de produção pode ter papel fundamental nesse cenário, pois o engenheiro desta área é capaz de agregar à sua função medidas para amenizar impactos ambientais negativos, sem comprometer os custos e o lucro das empresas. É neste contexto que surge o conceito de Produção Mais Limpa que está em expansão na atualidade e está começando a captar a atenção de várias empresas e indústrias que buscam maneiras de minimizar os danos citados e implementar novas políticas e soluções rentáveis. A lei brasileira 12.305 de 2010, inclusive, instituiu a Política Nacional de Resíduos Sólidos, que tem como missão reduzir a emissão desses resíduos, através da reutilização dos resíduos nas indústrias. Já em esfera global, o Protocolo de Kyoto, que entrou em vigor a partir de 2005, estabeleceu o Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL), que defende o desenvolvimento de projetos para a redução da emissão de Gases Efeito Estufa (GEE). Dessa maneira, esse artigo procura agrupar e apresentar exemplos de aplicação da ferramenta Produção Mais Limpa a uma gama de organizações. Tais ferramentas visam aumentar a eficiência no uso de matérias-primas, água e energia, através da não geração, minimização ou reciclagem dos resíduos e emissões com benefícios ambientais, de saúde ocupacional e econômica.

MATERIAL E MÉTODOS Produção Mais Limpa A sociedade como um todo e a ONU atualmente procuram a conscientização de todos da importância de tecnologias e práticas de desenvolvimento sustentável. Um direcionamento mais efetivo se iniciou com a ECO 92. A Produção Mais Limpa (PML) busca uma série de políticas que substituam tratamentos “fim de tubo” por ciclos de processos, produtos e serviços menos poluentes e de eficiência incrementada. A PML inclui processos mais simples. Tecnologias de ponta não são indispensáveis. Ela procura eliminar a poluição antes mesmo desta ser gerada. Possui 3 níveis de aplicação: (ARAUJO, 2012) • redução da produção de resíduos na fonte. A mudança de produto é uma importante abordagem, entretanto só é recomendada quando as medidas mais simples tiverem sido esgotadas; • reciclagem interna com reaproveitamento de resíduos pela empresa (Caso Projeto de captura e combustão do gás metano); • reciclagem externa, quando os resíduos que não podem ser evitados são enviados para outras indústrias que possam utilizá-los como matéria-prima ou para empresas de reciclagem (Casos Eco Kan-Ban, O Boticário). A Figura 1 mostra um esquema com esses níveis.

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Figura 1 - Esquema de níveis de Produção Mais Limpa Fonte: Adaptado de SEBRAE (2005). Considerando que a PML foca na minimização de resíduos na fonte, os benefícios são: • diminuição radical de resíduos e consequentemente dos custos de produção • prevenção de resíduos • maior facilidade em cumprir leis regulamentadoras ambientais • melhoria da imagem da empresa frente a sociedade, visto seu comprometimento ambiental. Logística reversa A logística reversa é o processo onde os produtos novos ou usados são retirados de seu ponto inicial na cadeia de suprimento e redistribuídos usando regras de gerenciamento dos materiais, que maximizem o valor dos itens no final de sua vida útil original. Estes produtos novos ou usados podem ser resultantes de devoluções de clientes (Caso O Boticário), inventário excedente (Caso Eco Kan-Ban) ou mercadoria obsoleta (Caso de Associação de catadores de lixo). A gestão destas operações pode ser chamada de Gestão de Recuperação de Produtos (PRM - Product Recovery Management). A PRM lida com os produtos e materiais depois do seu uso (FLEISCHMANN et.al.). Algumas destas atividades são, até certo ponto, similares às que ocorrem no caso de devoluções internas de itens defeituosos gerados por processos produtivos. No entanto, a logística reversa se refere à todas as atividades logísticas de recolher, desmontar e processar produtos usados, partes de produtos e/ou materiais para garantir uma recuperação sustentável (e benéfica ao meio ambiente) (LEITE, 2003). (MENDONÇA, 2012) (GARCIA, 2006) Eco Kan-Ban O Modelo denominado Eco Kan-Ban, se dá através da comunicação instantânea e automática entre empresas de cadeias de suprimentos por meio de sistemas informatizados ou istrativos. Este modelo pode ser aplicado às cadeias de suprimentos (empresas fornecedoras que executam atividades conjuntas e integradas, com o objetivo de atender às necessidades de uma empresa na criação e no desenvolvimento dos seus produtos). (HAMZAGIC, 2009) 493

Este sistema se dá a partir da relação entre duas empresas (A e B, respectivamente). A primeira uma fornecedora direta de matéria prima, e a segunda (cliente de A), que irá transformar e utilizar essa matéria prima a fim de criar parte do produto ou peça que será utilizado, enfim, por uma montadora (uma terceira empresa, não pertencente ao sistema de Eco Kan-Ban em si). A empresa B, que utiliza a matéria-prima, possivelmente iria deixar resíduos (sobras) destes insumos, que seriam posteriormente descartados. Neste modelo essa matéria prima que será descartada retorna à empresa A para ser reutilizada colocada novamente no sistema. O cliente, empresa B, deveria informar ao fornecedor a demanda das montadoras e os volumes de resíduos gerados, para que este adquirisse a quantidade adequada de matéria-prima que ainda restasse. O fornecedor deveria informar ao cliente da proporção de utilização dos resíduos adquiridos com o cliente no volume final da fornecimento, a exemplo, de toda a matéria-prima fornecida 10% é proveniente da reutilização dos resíduos do cliente. Com isso a empresa fornecedora ganha com a redução de gastos com compra e estoque de matéria-prima, já que sabe com mais precisão o quanto deve ser produzido para atender a demanda do cliente. Este, acaba gastando menos com matéria-prima pois reaproveita os resíduos que anteriormente descartaria. Franquia O Boticário Esse método é um programa de reciclagem pós consumo, que busca recolher boa parte das embalagens dos produtos da marca e reciclá-los. Para tal, são instaladas nas franquias da rede urnas para o depósito desses resíduos. A partir daí, os itens são encaminhados para gerenciadores de resíduos e cooperativas de catadores, que transformam esse material em novos produtos. Assim, esta metologia contribui para uma boa imagem d’O Boticário, que a a atender às exigências do mercado sobre empresas ambientalmente corretas. Além disso, há uma redução no gasto com matéria-prima para a confecção de embalagens, tendo em vista o reaproveitamento. E principalmente, se torna um mecanismo de marketing que incentiva o retorno do cliente à loja para que ele volte a consumir os produtos O Boticário. (SILVA, 2011) Projeto de captura e combustão do gás metano Países que ratificaram o Protocolo de Kyoto se comprometeram a reduzir suas emissões de gases efeito estufa (GEE) através de projetos que viabilizem o desenvolvimento sustentável. Aos que ultraam a meta, é permitido “vender” o excedente em créditos pela redução de emissão certificada (REC) aos países que não atingiram sua meta. Com isso, países que considerarem elevados os custos para reduzir suas emissões poluentes podem, inclusive “comprar” tal redução de outros. (GUILLEN, 2012) Atividades do projeto devem elaborar um documento que contenha a descrição detalhada do processo. O desenvolvimento sustentável, também defendido pelo documento, é “aquele que atende às necessidades das gerações presentes sem comprometer a capacidade de gerações futuras de suprir suas próprias necessidades” (WCED, 1987) O Projeto Sadia consiste na obtenção desses créditos de carbono pela queima do metano decorrente do manejo de dejetos suínos (UNFCCC, 2009). Em 2003, a Sadia identificou como principal fonte de emissões de gases de efeito estufa a geração de metano a partir dos dejetos da suinocultura em seus produtores integrados.

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Os projetos consistem na instalação de biodigestores anaeróbios que capturam e queimam os gases de efeito estufa (GEE) em granjas dos produtores integrados da Sadia nos estados do Rio Grande do Sul, Santa Catarina, Paraná, Minas Gerais e Mato Grosso. Na atividade de projeto, o dejeto animal é despejado das instalações de suínos para digestores anaeróbios, que capturam uma quantia considerável de sólidos voláteis produzidos pelas bactérias anaeróbicas. A digestão anaeróbia reduz e estabiliza a matéria orgânica, recupera o substrato para uso como fertilizante e produz biogás (que contém metano). O biogás é coletado e queimado em um flare enclausurado, de maneira controlada para que garanta a destruição do metano. O efluente de saída dos digestores flui para as lagoas de estabilização existentes, onde é transformado em biofertilizante. O monitoramento e a supervisão dos biodigestores implantados pelo Instituto Sadia são executados por um sistema eletrônico de controle de dados. Estas habilidades não são comuns na atividade de manejo da suinocultura e exigem apoio de técnicos externos. O Projeto Sadia contribui para a melhoria das condições ambientais locais, uma vez que a suinocultura é conhecida historicamente por ser uma atividade de grande impacto ambiental, em virtude do alto potencial poluidor dos dejetos. A implementação de biodigestores promove diversos benefícios para a sociedade, em especial os produtores, dentre eles: • redução de odores; • redução da incidência de moscas e outros insetos; • redução da contaminação por coliformes fecais; • facilidade operacional; • melhora os aspectos de saneamento das propriedades rurais; • possibilidade de transformar o gás em energia térmica (aquecimento) e elétrica; • produção de biofertilizante; • redução do uso de adubos químicos; • melhoria da qualidade de vida dos produtores rurais; • possibilidade de comercializar créditos de carbono; • incrementação dos ganhos do produtor; • oferta de subprodutos como estoque de biofertilizante para uso agrícola e biogás para utilização como energia elétrica; • afastar vetores prejudiciais à saúde das famílias locais. Ecodesign Ecodesign é todo o processo que contempla os aspectos ambientais onde o objetivo principal é projetar ambientes, desenvolver produtos e executar serviços que de alguma maneira irão reduzir o uso dos recursos não renováveis ou ainda minimizar o impacto ambiental dos mesmos durante seu ciclo de vida (Ministério do Meio Ambiente). O objetivo do ecodesign é reduzir a geração de resíduo e diminuir os custos do produto final, procurando, ao mesmo tempo, ter uma grande diversificação de produtos. Do ponto de vista ambiental, o benefício mais direto é a redução dos impactos causados por resíduos e emissões, materiais, energia e água. Porém, não há benefícios apenas para o meio ambiente. O ecodesign ajuda a diminuir os custos da empresa, inovar os seus processos de produção, tendo, assim, maior competitividade no mercado, e melhorar a sua imagem e a dos seus produtos, além de ajudá-la a cumprir a legislação ambiental. Os maiores impecílios à implementação do mesmo são resistência à mudança de práticas habituais na produção, falta de compreensão do ecodesign por parte dos clientes, dificuldade técnica na adaptação de novos desenvolvimento, entre outros (BOTTA, 2012). 495

Métodos O processo de pesquisa foi realizado nas bases de dados dos anuários do ENEGEP e do SIMPEP, a fim de obter artigos com as seguintes palavras chaves: resíduos industriais; sustentabilidade; logística reversa; eco design; Produção Mais Limpa (FOGAÇA, 2012). A Revisão Sistemática teve como objetivo apresentar uma avaliação justa a respeito de um tópico de pesquisa, fazendo uso de uma metodologia de revisão confiável, rigorosa e que permita auditagem (KITCHENHAM, 2004). Posteriormente foi necessário haver discussão sobre os limites para os artigos encontrados nas bases de dados. Foi preciso selecionar apenas os artigos que possuíam relação/exemplos com/de Produção Mais Limpa para haver uma relação direta entre os engenheiros de produção e meio ambiente. Além disso, foi feito um resumo de cada artigo a fim de extrair as principais características, vantagens e formas de implementação de cada um dos sistemas de Produção Mais Limpa encontradas nos artigos selecionados. E ao final, foram expostas discussões e conclusões à respeito da possibilidade de implementação dos sistemas citados em outros tipos de organização. RESULTADOS E DISCUSSÃO No caso Eco Kan-Ban, vale lembrar que o potencial de geração e reaproveitamento, bem como a proximidade com outras empresas da cadeia possibilitaram a aplicação do reaproveitamento. A informação sistematizada favorece uma melhor disposição do resíduo e quando o fornecedor da matéria-prima de onde este resíduo se originar estiver envolvido neste reaproveitamento, ganhos consideráveis podem ser obtidos para as empresas desta cadeia. Assim este modelo pode e deve ser aplicado por em outras diversas cadeias produtivas existentes. O caso O Boticário, poderia se estender para outras lojas de cosméticos, supermercados, entre outros. Neste sentido as empresas teriam todos os benefícios caraterizados anteriormente no caso e contribuiriam ativamente na redução do descarte de embalagens. O projeto de captura e combustão do gás metano, auxilia na redução das emissões de gases metano e por sua vez gera um rendimento a partir da venda de créditos de carbono. Por sua vez, vale ressaltar que o monitoramento e a supervisão dos biodigestores deve ser feito por um sistema eletrônico de controle de dados que exige o apoio de técnicos externos especializados, não sendo um método de fácil adoção por todos os pecuaristas e empreendedores emissores de metano. A respeito do ecodesign, vale ressaltar a diferença entre este e o Produção Mais Limpa. Enquanto o PML se preocupa com os processos de produção, o ecodesign é utilizado no desenvolvimento dos produtos (MARX, 2008). Dessa forma, aplicando-se os dois conceitos, há um processo de produção mais completo, do ponto de vista ambiental. CONCLUSÕES Este trabalho pretendeu coletar dados e analisar casos que estivessem de acordo com o desenvolvimento sustentável, por meio da pesquisa bibliográfica e documental de modelos eficientes e compartilhados de tratamento de resíduos para a diminuição da poluição ambiental através de Ecodesign e Produção Mais Limpa. Essas práticas, bem como muitas outras, devem ser estudadas e aplicadas às inúmeras modalidades de empresas de 496

setores da economia em cada um de seus perfis, de acordo com suas possibilidades e viabilidades econômicas. De acordo com a tendência mundial, o número de casos como os exemplificados irá aumentar, assim como a quantidade de tecnologias para se alcançar um desenvolvimento sustentável, visto que a sociedade está cada vez mais consciente da sua necessidade. REFERÊNCIAS ARAUJO, K. M. DE; PIMENTA, H. C. D. Aplicação da ferramenta produção mais limpa na fabricação de cadernos universitários em uma indústria gráfica da Paraíba. XXXII Encontro Nacional de Engenharia de Produção – ENEGEP, 2012, Bento Gonçalves, RS, Brasil. BOTTA, L. R. P; CARDOZA, E. Uso de práticas de produção mais limpa em empresas de pequeno porte. XXXII Encontro Nacional de Engenharia de Produção – ENEGEP, 2012, Bento Gonçalves, RS, Brasil. FOGAÇA, D. R.; SANTOS, F. C. A.; BECK, S.; NYHUIS, P.; BERTSCH, S. A revisão sistemática de literatura na interface entre o gerenciamento da cadeia de suprimentos e a cultura organizacional. XIX Simpósio de Engenharia de Produção – SIMPEP, 2012. GARCIA, M. G. Logística reversa: uma alternativa para reduzir custos e criar valor. XIII Simpósio de Engenharia de Produção – SIMPEP, 2006, Bauru, SP, Brasil. GUILLEN, C. M. B.; MALANOVICZ, A. V. Avaliação das contribuições da atividade de mecanismo de desenvolvimento limpo do projeto de captura e combustão do gás metano do Instituto Sadia ao desenvolvimento sustentável. XXXII Encontro Nacional de Engenharia de Produção – ENEGEP, 2012, Bento Gonçalves, RS, Brasil. HAMZAGIC, M.; FRANCISCHINI, P. G. ECO-Kanban e a sistematização da comunicação no reaproveitamento de resíduos industriais: um estudo de caso de uma indústria produtora de vidros automotivos. XVI Simpósio de Engenharia de Produção - SIMPEP, 2009. LEITE, P.R. Logística reversa – meio ambiente e competitividade. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2003. MARX, A. M.; PAULA, I. C. DE; Índice de sustentabilidade para matérias-primas e formulações químicas. XV Simpósio de Engenharia de Produção - SIMPEP, 2008. MENDONÇA, F. M. DE; INFANTE, C. E. D. C.; VALLE, R. A. B. DO; MIGUEZ, E. C. Modelo de logística reversa por meio do operador lógico. XIX Simpósio de Engenharia de Produção – SIMPEP, 2012. SILVA, G. F. R. E; CARVALHO, P. H. B.; SANTOS, A. N.; FARIAS, A. P. S. Logística Reversa: um estudo de caso numa franquia do Boticário localizada em Serra Talhada (PE). XVIII Simpósio de Engenharia de Produção – SIMPEP, 2011. UNFCCC. United Nations Framework Conventions on Climate Change. PoA 2767 : Methane capture and combustion from Animal Waste Management System (AWMS) of the 3S Program farms of the Instituto Sadia de Sustentabilidade. 2009. o em 18/11/2009. Disponível em: http://cdm.unfccc.int/ProgrammeOfActivities/poa_db/L8VJWHUO4F6CRPTNI2BAZ13QD9 5YGE/view. WCED. World Commission on Environment and Development. Report of the World Commission on Environment and Development: Our Common Future, Chapter 2: Towards Sustainable Development. 1987. Disponível em: .

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

POTENCIAL ECOTOXICOLÓGICO DO ESTROGÊNIO 17α-ETINILESTRADIOL: UMA REVISÃO BIBLIOGRÁFICA DANIELI CUNHA1; SAMUEL MUYLAERT2; SAULO BULHÕES3; ARIANE LARENTIS4; PAULA SARCINELLI4 1

Mestranda em Toxicologia Ambiental, FIOCRUZ, (21) 9174-9661, [email protected] Engenheiro Ambiental/Graduando em Engenharia de Produção, UFF, (21) 9174-9661, [email protected] 3 Graduando em Engenharia de Recursos Hídricos e Meio Ambiente, UFF, (21) 8203-8199, [email protected] 4 Pesquisadora da Escola Nacional de Saúde Pública (ENSP), FIOCRUZ 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: A presença no meio hídrico de contaminantes orgânicos com atividade estrogênica é um tema que tem gerado crescente preocupação na comunidade científica, uma vez que tais contaminantes são capazes de desencadear efeitos adversos no sistema endócrino de várias espécies. O estrogênio sintético 17α-etinilestradiol (principal componente utilizado em formulações de contraceptivos orais) têm sido apontado como um dos principais compostos responsáveis por provocar estas alterações. Para o desenvolvimento deste trabalho utilizou-se como metodologia a revisão de literatura, onde foram pesquisadas normas internacionais e publicações em artigos científicos, livros, dissertações e teses. As palavras-chave utilizadas na pesquisa foram: 17α-etinilestradiol, desreguladores endócrinos, meio hídrico, ecotoxicologia e seus correspondentes em língua inglesa. Após esta revisão constatou-se que os efeitos adversos causados pelo 17α-etinilestradiol são amplamente documentados na literatura, tanto em animais de experimentação quanto em silvestres, e que a exposição contínua a este estrogênio tem sido associada a alterações bioquímicas e histopatológicas, modificações no processo reprodutivo e no desenvolvimento, mudanças comportamentais, etc., afetando principalmente peixes. Em face disto, se pode reafirmar que a presença deste estrogênio no meio hídrico apresenta impactos negativos à biota aquática, colocando em risco várias espécies e o equilíbrio ecossistêmico. Assim, fica clara a relevância do estudo do estrogênio 17α-etinilestradiol como um importante contaminante emergente. PALAVRAS–CHAVE: 17α-etinilestradiol, potencial ecotoxicológico.

ECOTOXICOLOGICAL POTENTIAL OF THE 17Α-ETHINYLESTRADIOL ESTROGEN: A LITERATURE REVIEW ABSTRACT: The presence of organic contaminants with estrogenic activity in aquatic environment is a topic with growing concern in scientific community, since those contaminants are capable or triggering adverse effects to the endocrine system of many species. The synthetic estrogen 17αethinylestradiol (main compound of formulation of oral contraceptives) is being pointed as one of the main compounds responsible for these effects. In this study, literature review was used as methodology, and international standards, scientific papers, books, dissertations and thesis were consulted. The keywords used in the research were: 17α-ethinylestradiol, endocrine disruptors, water environment, ecotoxicology and its translated forms in Portuguese language. After this review, it was observed that the adverse effects caused by 17α-ethinylestradiol are widely documented in scientific literature, both in laboratory and wild animals, and the continuous exposition to this estrogen is being linked to biochemical and histopathological alterations, changes in reproductive process and development, behavior changes, so on and so forth, affecting mostly fishes. Therefore, it can be reaffirmed that the presence of this estrogen in water environment presents negative impacts to aquatic life, representing risk to many species and the ecosystemic equilibrium. Hence, it is obvious the relevance of the study of the 17α-ethinylestradiol as an important emergent contaminant. KEYWORDS: 17α-ethinylestradiol, ecotoxicological potential.

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INTRODUÇÃO Nas últimas décadas, um dos temas de grande relevância na área ambiental é a questão dos micropoluentes emergentes, substâncias que estão presentes no meio hídrico em concentrações da ordem de µg/L e ng/L e que, mesmo em baixas concentrações, são capazes de desencadear efeitos adversos sobre os sistemas em que são introduzidos (BILA, 2005). Estas substâncias compreendem os poluentes orgânicos persistentes (POP), nanomateriais, fármacos e produtos de cuidado pessoal, e também incluem uma série de compostos orgânicos que vêm sendo detectados em diferentes compartimentos ambientais, conhecidos como desreguladores endócrinos (SUMPTER & JOHNSON, 2005). Os desreguladores endócrinos são produtos químicos que alteram a função do sistema endócrino, provocando efeitos adversos à saúde dos humanos e de outros animais (INTER-ORGANIZATION PROGRAMME FOR THE SOUND MANAGEMENT OF CHEMICALS - IOMC, 2012). Várias pesquisas relacionadas aos efeitos dos desreguladores endócrinos em organismos vivos, à sua ocorrência no meio ambiente (monitoramento de águas superficiais, subterrâneas, esgotos in natura e tratados e sedimentos), e às técnicas para sua detecção e quantificação, bem como para seu tratamento e remoção, têm sido realizadas, principalmente em países desenvolvidos (PROSAB, 2009). Dos vários contaminantes orgânicos considerados desreguladores endócrinos, o estrogênio natural 17β-estradiol e o estrogênio sintético 17α-etinilestradiol são de grande preocupação, uma vez que têm sido apontados como principais compostos responsáveis por provocar alterações endócrinas pela disposição de efluentes (VADJA et al., 2011; KOH et al., 2008). Desta forma, este trabalho abordará especificamente o estrogênio sintético 17αetinilestradiol, uma vez que este é mais estável em água e possui alta atividade estrogênica comparado com os estrogênios naturais (FOLMAR et al., 2000). Além disso, o 17αetinilestradiol é o principal componente estrogênico utilizado em formulações de contraceptivos orais, um dos medicamentos mais comumente consumidos; logo, dos estrogênios introduzidos no ambiente este é o de maior relevância (STIPIC et al., 2011). Segundo Fent (2006), o 17α-etinilestradiol, mesmo em concentrações extremamente baixas, é capaz de induzir uma resposta estrogênica em peixes em exposições contínuas. Estudos demonstram uma série de efeitos ecotoxicológicos decorrentes da introdução deste estrogênio no ambiente em várias espécies (REYHANIANA et al., 2011; VAJDA et al., 2011; COE et al., 2010; ZHA et al., 2007). Dentre estes efeitos, pode-se citar: alterações nas taxas de fecundidade, fertilização e eclosão; modificações comportamentais e histopatológicas; inibição do desenvolvimento dos órgãos sexuais e reversão sexual (MANAHAN, 2002). O principal contribuinte para contaminação do 17α-etinilestradiol no meio hídrico é o lançamento de esgotos domésticos in natura ou tratados. Em estudos preliminares detectou-se que, mesmo quando submetido a processos convencionais de tratamento de esgoto, largamente utilizados no Brasil, o efluente contendo tal estrogênio não é tratado de forma a eliminar esta substância, tendo-se, desta forma, a introdução contínua do 17α-etinilestradiol no meio hídrico (FENT et al., 2006; TERNES et al., 1999). Diante da crescente preocupação com a qualidade da água, países têm investido em estudos para o aprimoramento das tecnologias de tratamento de água residuária, objetivando maior eficiência na remoção de estrogênios, como por exemplo: sistemas de biorreatores de membrana, processos oxidativos avançados e ozonização. No Brasil, estudos de monitoramento de estrogênios no meio hídrico ainda são incipientes, e a revisão da literatura mostra que há poucos trabalhos nacionais publicados abordando esta área de conhecimento. Neste sentido, o presente estudo se insere neste contexto, visando compilar informações disponíveis na literatura científica sobre tal assunto e ressaltar a relevância do mesmo. 499

MATERIAIS E MÉTODOS Para o desenvolvimento deste trabalho utilizou-se como ferramenta metodológica a revisão de literatura, onde foram pesquisadas normas internacionais, publicações em artigos científicos, livros, dissertações e teses, publicados nas bases de dados Pubmed, ISI Web of Knowledge e Google Acadêmico. As palavras-chave utilizadas na pesquisa foram: 17α-etinilestradiol, desreguladores endócrinos, meio hídrico, ecotoxicologia e seus correspondentes em língua inglesa. Foram selecionados artigos publicados entre 1999 a 2013. RESULTADOS E DISCUSSÃO Muitos estudos fornecem dados sobre potenciais respostas endócrinas promovidas pelo 17α-etinilestradiol em espécies de animais. A presença deste estrogênio no meio hídrico apresenta um impacto negativo às populações em desenvolvimento, podendo colocar em risco várias espécies. A exposição contínua ao 17α-etinilestradiol tem sido associada às alterações bioquímicas e histopatológicas (fígado, gônadas e rins); modificações no processo reprodutivo e no desenvolvimento; mudanças comportamentais; entre outras, afetando principalmente peixes. É ainda importante ressaltar os efeitos sinérgicos do 17α-etinilestradiol com outros compostos, principalmente com o 17β-estradiol, resultando em um aumento da atividade estrogênica destes compostos no meio (RAIMUNDO, 2007). A exposição cumulativa do 17α-etinilestradiol é bem documentada na literatura tanto em animais de experimentação quanto silvestres. Os peixes atuam como importantes indicadores de potenciais efeitos de desregulação endócrina, principalmente aqueles efeitos ligados à fisiologia reprodutiva, pois seu sistema reprodutivo é regulado por estrogênios similares aos dos mamíferos (MORAES et al., 2008). A Agência do Meio Ambiente do Reino Unido realizou, em 2004, um estudo onde descobriu que 86% dos peixes machos amostrados em 51 locais em todo país eram intersex, ou seja, exibiam características sexuais femininas, incluindo anatomia reprodutiva feminina. Toxicologistas apontam o 17α-etinilestradiol como a principal substância no ambiente aquático a desencadear este efeito (GILBERT, 2012). Os efeitos em pássaros, anfíbios e peixes machos têm sido avaliados pela presença da vitelogenina (VTG) e da proteína da zona radiata (ZRP), ambas normalmente encontradas apenas em fêmeas (HUMBLE et al., 2013; CHANDRA et al., 2012; WOODS & KUMAR, 2011; FOLMAR et al., 2000). Para os ovíparos, uma das principais funções dos estrogênios endógenos em fêmeas é a produção da VTG e ZRP, durante a ovogênese. Estas são sintetizadas no fígado, em seguida, são transportadas através do sangue para os ovários, onde são incorporadas nos ovócitos (HIRAMATSU et al., 2005; ARUKWE et al., 2000). A VTG, presente na gema, atua como fonte de proteínas utilizadas no desenvolvimento embrionário. Já a ZRP está ligada à formação do envoltório do ovócito que impede polispermia durante a fertilização; posteriormente este endurece para proteger o embrião em desenvolvimento (YU et al., 2006). A Tabela 1 apresenta uma compilação de estudos que abordaram os efeitos decorrentes da exposição ao 17α-etinilestradiol em várias espécies e em diferentes fases da vida.

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Tabela 1: Efeitos adversos provocados pelo 17α-etinilestradiol em diferentes espécies. Espécie

Fase de vida do organismo no início do teste

Betta splendens

Machos e fêmeas jovens e adultos

Pomatoschistus minutus

Adultos machos

Oryzias latipes

Adultos machos

Danio rerio

Machos e fêmeas adultos

Sparus aurata L.

Adultos

Fundulus heteroclitus

Adultos machos

Sparus aurata L.

Adultos

Mugil cephalus

Jovens machos

Danio rerio

Adultos machos

Pimephales promelas

Adultos machos

Melanotaenia fluviatilis

Adultos machos

Fundulus heteroclitus

Ovos recém-fecundados

Danio rerio

Ovos recém-fecundados

Pimephales promelas

Adultos machos

Pimephales promelas

Ovos recém-fecundados

Oryzias latipes

Machos e fêmeas adultos

Danio rerio

Diferentes estágios

Pimephales promelas

Ovos recém-fecundados

Efeitos observados

Referência

Peixe Alteração no DZIEWECZYNSKI & comportamento de HEBERT, 2013 acasalamento. Indução da síntese de vitelogenina e da HUMBLE et al., 2013 proteína da zona radiada. Indução da síntese de HIRAKAWA et al., vitelogenina e 2012 feminização. Alterações histopatológicas nas SILVA et al., 2012 fêmeas. Interferência no CABAS et al., 2012 processo inflamatório. Indução da síntese de CHANDRA et al., 2012 vitelogenina. Interferência no LIARTE et al., 2011 processo inflamatório. Indução da síntese de vitelogenina e do AOKI et al., 2011 desenvolvimento gonadal. Indução da síntese de vitelogenina e REYHANIAN et al., alterações no 2011 comportamento. Indução da síntese de vitelogenina e VAJDA et al., 2011 desmasculinização. Indução da síntese de WOODS & KUMAR, vitelogenina. 2011 Aumento da vitelogenina em fêmeas PETERS et al., 2010 e feminização em machos. Indução da síntese de vitelogenina em SOARES et al., 2009 machos; mortalidade de embriões. Indução da síntese de vitelogenina e KIDD et al., 2007 feminização. Diminuição da PARROT & BLUNT, fertilização dos ovos e 2005 desmasculinização. Indução da síntese de vitelogenina em ambos CHIKAE et al., 2004 os sexos. Indução da síntese de vitelogenina; atraso e redução da desova; SEGNER et al., 2003 redução das taxas de fertilização. Indução da síntese de VAN AERLE et al.,

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vitelogenina; feminização; inibição significativa da espermatogénese.

2002

Anfíbio Xenopus laevis

Adultos machos

Hyalella azteca

4 a 6 semanas a partir da gametogênese

Gammarus pulex

Diferentes estágios

Alteração no comportamento de acasalamento. Redução do crescimento nos machos e no desenvolvimento das gónadas da segunda geração. Aumento significativo no tamanho médio populacional; mudança na razão sexual dos adultos (2:1 em favor das fêmeas).

HOFFMANN et al., 2012

SEGNER et al., 2003

WATTS et al., 2002

Cladocera Ceriodaphnia reticulata Sida crystallina Caramujo de água doce

Lymnea stagnalis

Larva Larva

Aumento da mortalidade dos recémnascidos. Fase juvenil mais curta.

JASER et al., 2003 JASER et al., 2003

Ovos

Alteração no padrão de proteína; atraso significativo da eclosão; deformações nos caracóis em desenvolvimento; redução do crescimento de filhotes.

SEGNER et al., 2003

Machos e fêmeas adultos

Reduções significativas no número de ovócitos (fêmeas) e da atividade do esperma (machos).

SEGNER et al., 2003

Larva

Atraso significativo do aparecimento do sexo adulto feminino.

WATTS et al., 2001

Embrião e larva

Alteração na morfogênese.

KIYOMOTO et al., 2008

Hidróide Hydra vulgaris Mosquito Chironomus riparius Ouriço do mar Hemicentrotus pulcherrimus e strongylocentrotus nudus

Com a crescente preocupação relativa aos efeitos adversos do 17α-etinilestradiol, a Comissão Europeia propôs, em janeiro de 2012, aos Estados Membros da União Europeia um limite das concentrações deste estrogênio nos corpos hídricos de 0,035 ng/L (GILBERT, 2012). A Figura 1 mostra os níveis de 17α-etinilestradiol em águas superficiais e seus efeitos adversos em peixes.

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Figura 1: Níveis de 17α-etinilestradiol etinilestradiol em águas superficiais e seus efeitos adversos em peixes (Adaptado de Gilbert, 2012). Após uma série de discussões, em novembro de 2012, a Comissão do Meio Ambiente do Parlamento Europeu, aprovou a inclusão do 17α-etinilestradiol 17 etinilestradiol na lista de produtos químicos regulamentados na legislação da água, conhecidas como “substâncias prioritárias”, porém rejeitou o estabelecimento de padrões de qualidade ambiental para esta sustância, a qual a Comissão Europeia havia sugerido (EUREAU, 2012). Uma das explicações para tal foi o alto custo inerente à adequação a estes padrões, pois seriam necessárias drásticas mudanças na qualidade e na estrutura das estações de tratamento de esgoto. Por exemplo, para a Inglaterra e País de Gales, custaria aproximadamente 41 bilhões dólares e mais 15 bilhões de dólares em dez anos. Entretanto, um fator positivo desta renovação é que este investimento traria benefícios adicionais, uma vez que atualizando a tecnologia, o tratamento de águas residuais aria a remover também muitos outros contaminantes que geram preocupação (NATURE, 2012; GILBERT, 2012). CONCLUSÕES Nesta revisão pode-se observar que há riscos significativos decorrentes da exposição ambiental ao estrogênio 17α-etinilestradiol. etinilestradiol. Em face das evidências científicas apresentadas ao longo deste trabalho, faz-se faz se pertinente reafirmar a relevância do estudo do potencial ecotoxicológico deste estrogênio gênio sintético, além dos demais contaminantes emergentes com potencial de desencadear efeitos adversos à biota aquática e ao equilíbrio ecossistêmico. Dada tal relevância, faz-se faz se necessária a adoção de ações que visem a uma melhor compreensão deste cenário, io, compreensão esta que possa servir de base conceitual para o adequado enfretamento deste problema. Entre estas ações têm-se: têm i) comunicação dos riscos 503

relativos à exposição aos desreguladores endócrinos à população, atendando para a presença destas substâncias em diversos produtos amplamente utilizados; ii) estímulo ao consumo racional de fármacos; iii) incentivo governamental e privado à pesquisa do comportamento ambiental deste estrogênio e de novos tratamentos para otimização dos sistemas atuais de tratamento de águas e de efluentes; iv) revisão dos dispositivos legais e normativos que estabelecem os níveis máximos de dadas substâncias no meio hídrico, incluindo este contaminante, e outros tantos, que hoje não constam na legislação nacional; e, v) monitoramento dos níveis destes compostos em matrizes aquáticas. REFERÊNCIAS AOKI, J.; HATSUYAMA, A.; HIRAMATSU, N.; SOYANO, K. Effects of ethynylestradiol on vitellogenin synthesis and sex differentiation in juvenile grey mullet (Mugil cephalus) persist after long-term exposure to a clean environment. Comparative biochemistry and physiology. Toxicology & pharmacology: CBP, v. 154, n. 4, p. 346–352, 2011. ARUKWE, A.; CELIUS, T.; WALTHER, B. T.; GOKSØYR, A. Effects of xenoestrogen treatment on zona radiata protein and vitellogenin expression in Atlantic salmon (Salmo salar). Aquatic Toxicology, v. 49, n. 3, p. 159–170, 2000. BILA, D. M. Degradação e Remoção da Atividade Estrogênica do Desregulador Endócrino 17β-estradiol pelo Processo de Ozonização. Tese de Doutorado em Ciências em Engenharia Química. Universidade Federal do Rio de Janeiro. Rio de Janeiro, 2005. CABAS, I.; LIARTE, S.; GARCÍA-ALCÁZAR, A. et al. 17α-Ethynylestradiol alters the immune response of the teleost gilthead seabream (Sparus aurata L.) both in vivo and in vitro. Developmental and comparative immunology, v. 36, n. 3, p. 547–556, 2012. CHANDRA, K.; BOSKER, T.; HOGAN, N. et al. Sustained high temperature increases the vitellogenin response to 17α-ethynylestradiol in mummichog (Fundulus heteroclitus). Aquatic toxicology (Amsterdam, Netherlands), v. 118-119, p. 130–140, 2012. CHIKAE, M.; IKEDA, R.; HASAN, Q.; MORITA, Y.; TAMIYA, E. Effects of tamoxifen, 17α-ethynylestradiol, flutamide, and methyltestosterone on plasma vitellogenin levels of male and female Japanese medaka (Oryzias latipes). Environmental toxicology and pharmacology, v. 17, n. 1, p. 29–33, 2004. COE, T. S.; SÖFFKER, M. K.; FILBY, A. L.; HODGSON, D.; TYLER, C. R. Impacts of Early Life Exposure to Estrogen on Subsequent Breeding Behavior and Reproductive Success in Zebrafish. Environmental Science & Technology, v. 44, n. 16, p. 6481–6487, 2010. DZIEWECZYNSKI, T. L.; HEBERT, O. L. The effects of short-term exposure to an endocrine disrupter on behavioral consistency in male juvenile and adult Siamese fighting fish. Archives of environmental contamination and toxicology, v. 64, n. 2, p. 316– 326, 2013. EUREAU - European Federation of National Associations of Water and Wastewater Services. Disponível em: ado em: 10 de janeiro de 2013.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

AVALIAÇÃO PRELIMINAR DO IMPACTO DE SOFTWARES DE SIMULAÇÃO NO ENSINO DA ENGENHARIA QUÍMICA E DE PETRÓLEO LEITE, J. P1., BELTRÃO, M. J. 1, ESTEBANEZ, I. C. 1 BOJORGE RAMIREZ, N.I2 Alunos Bolsistas - Jovens Talentos – UFF; 2 Professora-Pesquisadora – TEQ/UFF Softwares nas Engenharias Químicas e de Petróleo, Universidade Federal Fluminense – UFF, [email protected] 5502182883858 1

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: As necessidades e expectativas da sociedade globalizada têm levado à aplicação da engenharia química e de petróleo a desenvolver tecnologias sustentáveis. Neste trabalho, é realizada uma descrição da evolução da engenharia química na sociedade brasileira e mostrado seu amplo alcance de aplicações nas indústrias da química fina, de alimentos, farmacêuticos e na extração e de processamento de petróleo. São revisadas as tendências nacionais e internacionais atuais na educação da engenharia química perante esta evolução para identificar que recursos educacionais são empregados na formação de futuros engenheiros para se adaptar às novas tecnologias e ao desenvolvimento de novas aplicações da ciência da engenharia química e de petróleo. Na primeira parte deste trabalho, é realizada uma caracterização estatística e demográfica das universidades brasileiras que oferecem os cursos de engenharia química e de petróleo. Suas similaridades, diferenças e projeções futuras para a área são discutidas. Na segunda parte, são mostradas as atuais abordagens inovadoras empregadas nas instituições brasileiras de maior credenciamento. Um dos objetivos deste trabalho é discutir os temas comuns recomendados para todos os engenheiros químicos e de petróleo, especialmente em relação àqueles aspectos relacionados aos sistemas de engenharias de processamentos, uso de métodos e ferramentas computacionais para seu ensino, sistemas de multimídia e infra-estrutura baseada em bibliotecas virtuais. PALAVRAS–CHAVE: Métodos e ferramentas computacionais, Softwares de simulação.

PRELIMINARY ANALYSIS OF THE IMPACT OF SIMULATION SOFTWARE IN EDUCATION OF CHEMICAL AND PETROLEUM ENGINEERING ABSTRACT: The needs and expectations of the globalized society have introduced the application of chemical and petroleum engineering in the development of renewable technology. In this work, it was done a description about the evolution of engineering in the Brazilian society, showing its wide reach of applications in the industries of fine chemical, food, pharmaceutical and in the extraction and process of oil. The current national and international trends in the educational methods around the engineering area were revised to identify what educational resources are used in the formation of these future engineers, in order to adapt them to the new technologies and to the development of new applications in the science of the chemical engineering and petroleum. In the first part of this work, it is made a statistical and demographic study of the Brazilian universities that offer courses of chemical and petroleum engineering. The likeness, differences and future trends of the results were discussed. In the second part, the present innovatory approaches used in the best qualified Brazilian courses are shown. One of the objectives of this activity is to discuss the results of basic learning and common subjects recommended to every engineer, mainly those aspects that have relation with processing engineering systems, methods and computational tools in its teaching, multimedia systems and learning programs and infrastructure based on virtual libraries. KEYWORDS: Education, Methods and computational tools, Software simulation.

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INTRODUÇÃO Nos últimos anos muitas conquistas importantes foram realizadas em disciplinas de engenharia em geral, bem como o sistema engenharia, integração de processos e otimização, em particular, no que diz respeito às suas aplicações para melhorar a energia e outros recursos em uso na indústria; mas restritamente à Engenharia Química, essa evolução se deu de forma um pouco mais tardia: as suas origens estão ligadas aos principais laboratórios de química alemães. As universidades de Göttingen, Giessen, e Heidelberg educaram uma geração de químicos que aplicaram ciência básica fundamental à produção em grande escala de processos de interesse da química industrial. A abordagem alemã considerava a combinação de conhecimento de química com engenharia mecânica. Alguns desses químicos industriais migraram para os Estados Unidos, onde participaram da construção de novos laboratórios e ajudaram a formar futuros engenheiros industriais. O termo Engenharia Química é creditado ao inglês George Davis, um ex-inspetor de fábrica de álcalis, que em 1887 proferiu um importante conjunto de palestras, posteriormente publicadas, sobre a operação das instalações químicas modernas da época. Nestes pouco mais de cem anos, a engenharia química evoluiu de uma disciplina estritamente aplicada para dar sua contribuição nas mais avançadas fronteiras da ciência dos últimos anos – principalmente na área da indústria do petróleo, onde surgiu uma nomenclatura mais específica, o de Engenharia de Petróleo (Marques Porto, UFSC 2000). Hoje em dia há uma consciência crescente na necessidade de desenvolver conhecimentos de informática nos alunos em todos os cursos de engenharia. A aprendizagem assistida por computador é uma ferramenta essencial para consolidar os conceitos teóricos e a sua vez fornecer aos futuros engenheiros uma forte vantagem competitiva para suas carreiras. Assim, os conhecimentos de informática são competências essenciais para graduandos em engenharia e espera-se que eles vão ser ensinadas a uma maior extensão (Lei et al., 2010). Na área de processos da engenharia química e de petróleo, os métodos computacionais de programação matemática levaram a resultados bem sucedidos para aplicações industriais reais (Grossmann, 2005; Guillén-Gosalbez et al, 2008;. Gebreslassie et al, 2010;. Kostin et al, 2010; Sabio et al, 2010). A resolução de problemas também pode ser usado como um elo entre os currículos dos cursos de graduação da engenharia química e de petróleo porque todos os cursos desta engenharias requerem esta habilidade até certo ponto. No entanto, simplesmente incentivando aos estudantes a utilizar um método para resolver os problemas, não é suficiente. Mata et al. (2000) relataram que uma estratégia padrão de resolução de problemas deve ser seguido de forma consistente para que os estudantes a entendam, aceitá-la, aprová-la e se beneficiar disso. Além disso, a abordagem de resolução de problemas deve ser genérica para que possam ser aplicado a uma variedade de situações. O presente trabalho está organizado da seguinte forma: a Seção 2 apresenta um breve relato histórico da criação da engenharia química e focado à forma de metodologia de cálculos realizados. A Seção 3 apresenta o resultado de uma pesquisa realizada pelo grupo para determinar as principais características dos currículos dos cursos da engenharia química e de petróleo no Brasil assim como de ferramentas computacionais que as instituições comumente empregam para promover a aprendizagem no primeiro ano dos curso de Engenharia Química e de Petróleo. Um problema típico de processos químicos, o cálculo da temperatura de ponto de bolha e de ponto de orvalho, que está incluído em diferentes ferramentas computacionais é apresentado na Seção 4. Conclusões e comentários são discutidos na Seção 5.

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PERSPECTIVAS HISTÓRICAS NO BRASIL E NO MUNDO Desde o século XVIII que os produtos químicos naturais como o carbonato de sódio ou potássio aram a ter uma grande procura, face à produção industrial de vários bens de consumo, tais como vidro, sabão e têxteis. À medida que a revolução industrial avançou e se entrou na produção maciça de bens de consumo, as jazidas conhecidas desses produtos naturais deixaram de ser suficientes e surgiram, então, novos processos industriais para a produção de algumas dessas matérias primas. Podemos dizer que a indústria química surgiu nessa altura, ou seja, nos primórdios do século XIX (Portal Laboratórios Virtuais de Processos Químicos – Histórico da Engenharia Química, 2012). Diversas literaturas relatam que aparecimento da engenharia química foi influenciada pelas estruturas industriais da época e evoluiu a partir das aplicações industriais da ciência química e separação (o estudo da separação de componentes de misturas), principalmente na indústria de refino e produtos químicos. O primeiro processo químico a nível industrial foi implementado na Inglaterra em 1823, para a produção de carbonato de sódio, o qual foi utilizado para a produção de vidro e sabão. Depois com os avanços na química orgânica, levou ao desenvolvimento de processos químicos para a produção de corantes sintéticos a partir de carvão para os têxteis. Na segunda metade da década de 1800 foram implementadas uma série de processos químicos industrialmente. A profissão de Engenheiro Químico começou em 1888 nos EUA. Nessa época não havia educação formal para os profissionais. O Engenheiro Químico naqueles dias poderia ser tanto um Engenheiro Mecânico que fazia um treinamento em "máquinas químicas", um responsável por plantas químicas com uma larga experiência, mas pouca formação técnica na área, ou um químico com conhecimentos de química em escala industrial (Himmelblau D. and Riggs J, 2012). Ao longo do século XX avanços tecnológicos e novos descobrimentos se desenvolveram cada vez com maior relevância e velocidade o que faz difícil sua análise. Neste contexto industrial, com o desenvolvimento da sociedade e de sua demanda pelo o aos novos produtos demandaram-se engenheiros capacitados nas áreas de projeto e de operação de plantas de processamento químicos. O sucesso da exploração de petróleo foi em certa medida impulsionado pela demanda por gasolina para a indústria automobilística, mas em última análise, o sucesso da exploração de petróleo e indústrias de refino levou à ampla disponibilidade de automóveis para a população em geral por causa do menor custo resultante da gasolina. Já nesta época os engenheiros químicos / industriais tiveram algumas ferramentas analíticas disponíveis para eles e em grande parte dependia de sua intuição física para desempenhar suas funções como engenheiros de processo. Réguas de cálculo foram usadas para realizar cálculos, e na década de 1930 e 1940 foi desenvolvida uma série de nomogramas para auxiliá-los na análise de projeto e operação de processos. Os nomogramas são gráficos que fornecem um meio conveniente, concisos e para representar os dados de propriedades físicas (por exemplo, as temperaturas de ponto de ebulição ou o calor de vaporização), e também podem ser utilizados para fornecer soluções simplificadas de equações complexas (por exemplo, queda de pressão para o fluxo em uma tubulação). Os recursos de computação que se tornaram disponíveis na década de 1960 foram os primórdios da tecnologia baseada em processadores computacionais que é comum hoje em dia. Por exemplo, desde a década de 1970 diversos pacotes de desenho assistido por computador (CAD), permitiram aos engenheiros projetar processos completos, especificando apenas uma quantidade mínima de informações, todos os cálculos tediosos e repetitivos são feitos pelo computador em um período muito curto de tempo, permitindo o engenheiro de projeto para se concentrar na tarefa de desenvolver o melhor projeto possível processo. Em resumo, o engenheiro químico é um profissional capaz de abordar e resolver problemas de engenharia onde aspectos físicos, químicos e físico-químicos são relevantes 510

tanto em termos de processo quanto de produto. Por possuir uma sólida formação em matemática, física, mecânica dos fluidos, transferência de calor e de massa, termodinâmica e cinética química e, sobretudo, devido à sua forte interação com os processos oriundos da aplicação da química, está apto a abordar um número mais diversificado de problemas do que os engenheiros mecânicos, civis e eletricistas. Atualmente a Engenharia Química a novamente por transformações, pois novos produtos de alto valor agregado e produção em pequena escala, com o advento de biotecnologia e da nanotecnologia que estão em ascensão, requerendo o desenvolvimento de novas metodologias de separação. A Engenharia de Petróleo envolve o conjunto de técnicas usadas para a descoberta de poços e jazidas e para a exploração, produção e comercialização de petróleo e gás natural tendo como campo de atividade petroleiros, refinarias, plataformas marítimas e petroquímicas desenvolvendo projetos que visam à exploração e à produção desses bens sem prejuízo ao meio ambiente nem desperdício de material.(AIChE Home; Guia do Estudante, 2011). Com as heranças da engenharia química em conjunto com técnicas de outras engenharias clássicas, surgiu a engenharia de petróleo, nos Estados Unidos, com a necessidade da exploração mais aprimorada de óleo combustível em diferentes locais do planeta. A história da engenharia de petróleo no Brasil e a história da Petrobras são indissociáveis. O surgimento da empresa petrolífera ocorre em um momento peculiar da história brasileira: durante o segundo governo de Getúlio Vargas o projeto de industrialização nacional toma fôlego e transforma as estruturas produtivas no país. O surgimento da engenharia nacional ocorre paralelamente aos projetos industriais nacionais. Empresas como Montreal, Promon, Tenenge, Odebrecht, Andrade Gutierrez, Mendes Júnior,Queiroz Galvão, Setale Ultratec, dentre outras, estão ligadas, direta ou indiretamente,aos primeiros avanços na construção das centrais petroquímicas e das refinarias nacionais, além das inúmeras outras obras de infra-estrutura que se intensificam na segunda metade dos anos 1950 e, principalmente, em meados dos anos 1960 (UTC Engenharia, 2004; BRANDÃO, 2010). O primeiro curso de Engenharia Química no Brasil foi criado em 1925 na Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (SILVA et al. 2006). Hoje, há mais de 40 cursos espalhados pelo Brasil. As regiões Sul e Sudeste concentram a maioria dos cursos, a maioria deles em universidades públicas federais ou estaduais (vide Figura 1). Os pontos escuros esquematizados apresentam maior concentração de instituições que oferecem curso de graduação em Engenharia Química.

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Figura 1 - Mapa de instituições federais que oferecem curso de engenharia química e de Petróleo. CURRÍCULOS ACADÊMICOS Pelo exposto no item anterior, não cabe duvida que a Engenharia Química tenha ficado presente, desde o primórdio da era industrial. A partir desse momento, foram múltiplas as ocasiões em que destacados personagens, por citar alguns: como Antoine Lavoisier, Sadi Carnot, Julius Robert Mayer, Diesel, McCabe & Thiele, Svante Arrhenius , Friederich Ostwald, em suas respectivas épocas, foram mostrando o que muitos anos despois seria a base da Engenharia Química (Kim, I, 2002). Uma engenharia que em seus inicios teve uma elevada componente de mecânica e de química, mas que prontamente soube definir a razão de sua existência, estabelecendo seus fundamentos em áreas até sua fundação (como educação formal) não abrangidas por nenhuma outra profissão. Desde seus inicios seu campo de ação foi tão amplo, que a pouco de nascer como disciplina, se fez necessário padronizar os programas académicos para velar pelos seus conteúdos e a qualidade do ensino. Foi assim que no ano de 1925, a AICHE (American Institute of Chemical Engineering fundada, 1908) iniciou a acreditação dos programas de Engenharia Química nos Estados Unidos. Este programa de acreditação dos programas de Engenharia Química foi a base do Programa ABET (Accreditation Board for Engineering and Technology, Inc.) instituído no ano 1933. A importância das qualificações requeridas foi suficientemente reconhecida como razão para o estabelecimento de acordos bilaterais entre vários países de modo a que os cursos dados em distintas universidades e em países diferentes pudessem ser aceites como “substancialmente equivalentes”. (Silverberg e Ondrey, (2000), Apud Feyo de Azevedo, S, 2001). No Brasil, o processo de avaliação, credenciamento e reconhecimento de instituições de educação superior é realizado pelo Sistema Nacional de Avaliação da Educação Superior (SINAES), e dentro desse processo submetesse anualmente à aprovação do Ministro de 512

Estado da Educação a relação dos cursos a cujos estudantes será aplicado o Exame Nacional de Desempenho dos Estudantes (ENADE) com a finalidade de analisar os cursos de educação superior. Em relação à formação, com curso de graduação em engenharia química e engenharia de petróleo, se realizou uma pesquisa das instituições que os oferecem com base na nota obtida na avaliação do ENADE, foram selecionadas as dez instituições que obtiveram maiores notas no ENADE e a faixa C, referentes aos exames realizados no ano de 2011, segundo apresentado na tabela 1 e 2. Tabela 1 – Universidades com melhores notas no ENADE no curso de engenharia química. IES Município Instituto Militar de Engenharia – IME Rio de Janeiro Universidade Federal de Santa Catarina – UFSC Florianópolis Universidade Federal de Minas Gerais – UFMG Belo Horizonte Universidade Federal do Ceará - UFC Fortaleza Universidade Federal do Rio Grande do Sul – UFRGS Porto Alegre Universidade Federal de São Carlos – UFSCAR São Carlos Universidade Federal do Maranhão – UFMA São Luís Universidade Federal de Viçosa – UFV Viçosa Universidade Federal do Pampa – UNIPAMPA Bagé Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul – Porto Alegre PUCRS Fonte: MEC (2012) Tabela 2 – Universidades com melhores notas no ENADE no curso de engenharia de petróleo. IES Município Universidade Federal do Espírito Santo – UFES São Mateus Universidade Estadual do Norte Fluminense – UENF Campos dos Goytacazes Universidade Federal do Rio de Janeiro – UFRJ Rio de Janeiro Universidade Federal Fluminense – UFF Niterói Universidade de Vila Velha – UVV Vila Velha Universidade Estácio de Sá – UNESA Rio de Janeiro Universidade Estácio de Sé – UNESA Cabo Frio Universidade Gama Filho – UGF Rio de Janeiro Universidade do Espírito Santo – UNES Cachoeiro de Itapemirim Centro Universitário Augusto Motta – UNISUAM Rio de Janeiro Fonte: MEC (2012) No analises dos currículos acadêmicos para a formação desses engenheiros observa-se que existe um conjunto mínimo de disciplinas que envolvem obviamente disciplinas básicas tais como matemática, química, física e outras disciplinas aplicadas, tais como; operações unitárias; economia e projeto simulação além de certamente controle e síntese de processos. Todavia, no centro do currículo de um dos cursos, além de uma respeitável fundamentação matemática, todas oferecem disciplinas especificas para a formação destes engenheiros: Fenômenos de Transferência, Termodinâmica e Cinética. Estas disciplinas são ainda as que caracterizam e formam o núcleo de aprendizado sobre o qual se constrói a profissão. Quanto ao presente, essas disciplinas clássicas devem adequar-se aos novos desafios impostos pelo avanço da ciência e da tecnologia sendo necessário o uso softwares que atendem às novas 513

necessidades. Nesse panorama, as universidades se vêem num meio em que é preciso fazer uso de métodos educacionais que envolvem pacotes de simulação para formar profissionais capazes de se adaptar às novas tecnologias e ao desenvolvimento de novas aplicações da ciência das engenharias química e de petróleo. Em geral, todas as instituições visam formar um engenheiro com uma sólida base físico-matemática e com conhecimentos politécnicos nas áreas de mecânica, de materiais, eletrotécnica e de produção, além das tecnologias. Desta forma, o engenheiro formado estará apto à trabalhar em todos os ramos relacionados à qualquer setor das indústrias. Observa-se que a formação proposta segue as diretrizes curriculares para os cursos de engenharia, anteprojetos da resolução da SESU/MEC, além de atender plenamente às exigências do CONFEA, no que concerne à habilitação em Engenharia. Resumindo, as universidades procuram proporcionar aos estudantes de graduação uma educação – ensino, pesquisa e extensão – de qualidade, por meio de tecnologias modernas e de professores e servidores comprometidos com a humanização, a ética e a responsabilidade social. SISTEMAS COMPUTACIONAIS NO ENSINO DE ENGENHARIA QUÍMICA E DE PETROLEO Com o advento da Era da Informática, o projeto e operação de processos am a cada dia a ser mais informatizado, requerendo do Engenheiro Químico sólida formação nesta área A Modelagem e Simulação de Processos ou a se tornar muito importante, pois com o auxílio de modelos matemáticos pode-se representar com fidelidade crescente os diversos fenômenos físico-químicos envolvidos, bem como os processos, e resolvendo estes modelos pode-se simular no computador o comportamento de uma indústria ou parte dela. Os benefícios de tal técnica são enormes, sendo o principal método de otimização e compreensão dos mecanismos envolvidos. A simulação possui também a vantagem de se minimizar gastos com matéria prima no teste de novas tecnologias, modos de operação, treinamento de pessoal, etc. Observa-se que em vários programas de curso de graduação em Engenharia Química e de Petróleo incluem um curso de programação computacional no início do seu currículo. Esse curso geralmente apresenta uma linguagem de programação, como Fortran, Matlab, Visual Basic ou C + +, que serão utilizados em cursos de anos superiores como ferramentas para resolver problemas complexos da engenharia. Sendo que na maioria deles predomina o Matlab. Os autores destes trabalhos, como alunos do primeiro ano no curso de engenharia química e de petróleo da UFF tiveram nos seus currículos a aprendizagem com o Maple e o Comsol. Não obstante, esses cursos de linguagens computacionais muitas vezes são percebidos pelos alunos do primeiro ano como isolados no currículo da engenharia química e de petróleo porque consideram a programação ter pouco valor ou aplicabilidade à profissão destas Engenharias. Isto pode ser porque o curso é focado no ensino de habilidades de programação, geralmente colocado em prática por meio de problemas simplistas que também podem ser facilmente resolvidos com a mão, assim fazendo a aplicação do software parecer desnecessária. Consequentemente, alguns alunos não são motivados para aprender a linguagem de programação e luta para implementar esta ferramenta para solucionar os problemas mais difíceis em cursos superiores da engenharia. Neste aspecto, uma iniciativa em muitos programas de graduação de engenharia é modificar o currículo para promover a integração dos cursos (Realff et al, 2000;. Morgan eo Bolton, 1998; Universidade de Waterloo, 2010). Öhrström et al. (2005) sugeriu que a interrelação de tópicos específicos da engenharia química devem ser demonstradas para incentivar os alunos a aceitar o material que está sendo ensinado. Este mesmo estudo mostrou maior motivação e maior compreensão dos 514

conceitos para os alunos que se candidataram para resolver problemas específicos da engenharia implementados em Matlab. Os simuladores auxiliam os engenheiros a projetar o processo e a planta industrial. Estes programas possuem a capacidade de construir diagramas de processo e instrumentação, os quais podem ser dinâmicos, realizando balanços de massa e energia, além de serem configurados para receber sinais da planta e mostrar o valor das variáveis de processo em tempo real, assim como, enviar comandos de atuação para modificar estas variáveis. Chamase este tipo de projeto de sistema supervisório, estando presente em todo e qualquer processo real da indústria. Para fins acadêmicos obtém-se um sistema dinâmico deste tipo utilizando um programa que simula as entradas de dados dos instrumentos. Exemplos de simuladores são o Ascend, Aspen Plus, CFX, Design II, Dymola, EMSO, Hysys, Petro-SIM, Pro II, SysCAD, DWSim, dentre outros. Essas são apenas algumas das principais aplicações de softwares no ensino de engenharia, mas existem muitas outras importantes, como a de programas utilizados para o cálculo de propriedades de sistemas complexos, softwares de desenho (AutoCad, SolidWorks, etc) , estatísticos e tratamento de dados (Origin, Statistica, etc) e matemáticos (Matlab, Scila, Octave, Mathematica, etc) (Blog Entropia Livre: softwares usados em Engenharia Química). Portanto, existe grande opção de programas e aplicações e, dessa forma, cabe ao engenheiro escolher o melhor pacote de ferramentas que se adapte ao trabalho desejado e ao seu gosto. Tradicionalmente, a metodologia de ensino é baseada em um modelo em que o professor expõe o conhecimento em uma sala de aula e o aluno simplesmente o absorve da melhor maneira que puder. Entretanto, nas últimas décadas, com a melhor compreensão da pedagogia, vêm surgindo novas técnicas de ensino e aprendizado. Além disso, muitos estudos comprovaram a existência de vários estilos de aprender por parte dos alunos, o que leva à necessidade de vários modos diferentes de ensino. É melhor trabalhar com novos métodos, ao menos no que se refere ao ensino da Engenharia: os modelos didáticos de simulação de operações. Através deles é possível que o papel do professor migre de uma figura de transmissor de conhecimentos para uma posição de promotor de conhecimentos. O professor mostra e fornece ferramentas de aprendizado, as quais os alunos utilizarão para formar seu conhecimento, resultando assim em uma base conceitual mais sólida. A utilização de simuladores de processos em atividades práticas de laboratório é uma tendência cada vez mais requerida para o ensino nas diferentes áreas da engenharia. Em controle de processos, principalmente nas disciplinas do curso de Instrumentação e Controle, os simuladores têm um papel importante, permitindo simular o funcionamento de processos no ambiente virtual, a partir de modelos matemáticos, proporcionando um melhor entendimento do funcionamento e ajuste de parâmetros de controle. A obtenção dos parâmetros de controle através do simulador, torna a partida do processo real mais rápida, mais eficiente e diminui a perda de material. Na área de controle, um contato mais próximo aos processos utilizados na indústria, na forma de simuladores, permite ao aluno realizar uma construção cognitiva entre a teoria presente nos livros e a prática, de forma eficiente, segura e econômica. Neste contexto, a aplicação de softwares específicos para o treinamento de controle de processo torna-se uma alternativa interessante para o ensino em disciplinas do curso de engenharia. Logo é imprescindível o entendimento do que é realmente controle de processo. Em qualquer processo industrial, as condições de operação estão sujeitas às variações ao longo do tempo: o nível de líquido em um tanque, a pressão em um vaso, a vazão de um fluido - todas estas condições podem se alterar e, geralmente, variam. Mesmo as variáveis que inicialmente consideramos constantes no processo (por exemplo, a temperatura ambiente) variam durante o processo. 515

CASO ILUSTRATIVO Um problema típico do curso de Introdução à Engenharia, logo no primeiro ano envolve o cálculo de temperaturas no ponto de bolha e de orvalho e pressões para uma mistura ideal. Esta atividade tem por objetivo estudar um sistema binário constituído por compostos hipotéticos D e E a partir de dados experimentais de equilíbrio Líquido-Vapor. Com base nesses dados, aplicam-se os fundamentos para validar a aplicação de uma equação de estado e um modelo de coeficiente de atividade para o sistema binário. Sua solução é demorada devido ao número potencialmente grande de cálculos iterativos, o que o faz adequado para demonstrar os benefícios de cálculos assistido pelo computador. O aluno tem que criar um gráfico Txy e exibir os dados usados para criar uma tabela. As temperaturas no ponto de bolha e de orvalho precisasse calcular a pressão de vapor para o sistema, daí a equação de Antoine precisa ser usada. Alguns outros detalhes do caso em estudo são considerados, por exemplo, o composto D e o composto E são hidrocarbonetos de massa molecular semelhante de modo que este pode ser considerado uma mistura ideal e, portanto, aplicasse as leis de Raoult e de Dalton. O aluno é percebe que o conceito de pressões de vapor está envolvido, a qual ilustra que a teoria possui aplicação prática na solução deste problema. De modo que, no tratamento matemático as leis de Raoult e de Dalton são combinadas para formular as equações para o cálculo das pressões bolha e de ponto de orvalho e mediante a equação de Antoine determinam-se as pressões de vapor dependentes da temperatura. Não obstante, quando a incógnita é a temperatura do sistema em equilíbrio para uma pressão dada, se deve proceder a estimar essa temperatura por um método iterativo até atingir convergência, conforme mostrado na figura 2, que se realizado manualmente demanda muito tempo (Nilo, 2013).

Figura 2 - Diagrama de fluxo para o cálculo da temperatura de Bolha de solução ideal, adaptado de O'Connell. E exemplo da codificação no MathCAD para a resolução do problema. 516

Para discutir o uso da programação e de ferramentas computacionais, cabe mencionar que é possível usar planilha de cálculo para a resolução deste problema. e que não requerem de conhecimento avançado em programação. Assim mediante o complemento do SOLVER do Excel (não instalado por default) é uma ferramenta poderosa para resolver equações simultâneas e para problemas de otimização. Na figura 3 apresentam-se resultados obtidos no Excel para a solução deste problema e apresenta-se a curva gerada para o diagrama Txy. No entanto, mediante sistemas computacionais, tais como o MathCAD© ou Matlab©, que são softwares de programação muito uteis e versátil permite-se realizar esse cálculo em forma imediata.

Figura 3 - Diagrama Txy para o sistema de Compostos D-E usando o Solver do Excel e assumindo a Lei de Raoult e equação de Antoine. No caso do Matlab pode também ser escrito a sintaxe para resolver esse problema usando um método iterativo, usando ferramentas especificas deste software, construídas sobre um rigoroso método sistemático para encontrar raízes (função fzero), que neste caso serão a temperaturas no ponto de bolha e no ponto de orvalho. A função fzero usa uma combinação dos métodos de Bissecção e da Secante, que são métodos numéricos abordados nos cursos de Programação de Computadores e Métodos Numéricos. Assim, os estudantes são encorajados a integrar o conhecimento adquirido no curso de Introdução à Engenharia com os conceitos do curso de Programação Computacional. Este problema já se encontra incluído no Matlab, por ser um problema clássico que é abrangido nas maiorias dos currículos de graduação de Engenharia Química.

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Figura 4 - Solução do problema do ponto de Bolha/Orvalho, incluindo o gráfico de Txy pelo Matlab. (Adaptado de Jeffrey Kantor, 2010). CONCLUSÕES A simulação é um método muito utilizado para a representação computacional de processos. Os softwares utilizados para este fim possuem ferramentas computacionais baseadas em uma grande variedade de modelos termodinâmicos que representam os diversos tipos de processos. É através da simulação do processo e das lógicas de automação que serão estudados os comportamentos das principais operações e variáveis do tratamento primário do óleo. As simulações mais simples de processos químicos não consideram a dinâmica do processo, representando as operações de forma estacionária ou dinâmica. Os simuladores mais conhecidos apresentam ferramentas que possibilitam o estudo do problema especifico ou do seu controle do processo, contemplando os principais instrumentos necessários para seu monitoramento e controle (tais como medidores, transmissores, válvulas, entre outros). Neste trabalho preliminar foram apresentadas as principais características das ferramentas computacionais e a vantagem que oferecem aos alunos ao aplicar esta metodologia padrão de resolução de problemas mediante ferramentas computacionais em seus outros cursos de primeiro ano para que eles estejam melhor capacitados para resolver problemas desafiadores de engenharia. Como continuidade deste trabalho se recomenda realizar testes para propor aos alunos e professores a utilizarem as ferramentas computacionais já desde seus primeiros períodos do curso, a fim de determinar o efeito da interligação de disciplinas do curso, nas quais ainda é necessário motivação. AGRADECIMENTO Agradecemos a CAPES pela oportunidade de desenvolvermos esta pesquisa, por ter nos proporcionado atividades extracurriculares que engrandecerão nosso histórico escolar e nosso currículo na universidade. Também estendemos nossos agradecimentos a todos aqueles 518

que, de modo direto ou indireto, nos incentivou e promoveu meios para que realizássemos esta tarefa. REFERÊNCIAS ABRIL EDUCAÇÃO, Guia do Estudante. Disponível em: . o em: 06 setembro 2013. AIChE, American Institute of Chemical Engineers. Disponível em: . o em: 06 setembro 2013. COMSTOCK, M. Joan. History of Chemical Engineering. USA: American Chemical Society, 1980. CONGRESSO NACIONAL DE ESTUDANTES DE ENGENHARIA QUÍMICA, 10., 2000, Florianópolis. A Evolução da Engenharia Química – Perspectivas e Novos Desafios: Universidade Federal de Santa Catarina, 2000. HIMMELBLAU, David. RIGGS, J. What Are Chemical Engineering and Bioengineering?, 2012. JEFFREY, Kantor. Antoine Class for Vapor-Liquid Equilibrium Calculations, 2010. Arquivos obtidos com licença do Matlab. Disponível em: . o em: 06 setembro 2013. KIM, Irene. Chemical Engineering: A rich and diverse history and The past and Evolution in Chemical Engineering, ICEP Journal 2002. Disponel em: . o em: 06 setembro 2013. MEC, ENADE 2012. Notas e Resultados. Disponível em: . o em 03 abril 2013. NILO, Indio do. Introdução à Engenharia Química. 3. ed., Interciência, 2013. PORTAL LABORATÓRIOS VIRTUAIS DE PROCESSOS QUÍMICOS, Histórico da Engenharia Química. Disponível em : . o em: 04 setembro 2013. SILVA, Alexandro Pereira da; SANTOS, Nadja Paraense dos; AFONSO, Júlio Carlos. A criação do curso de engenharia química na escola nacional de química da universidade do Brasil, 2004. QUÍMICA NOVA, 2006, v. 29, n. 4, cited 2013-09-0], pp. 881-888. SILVERBERG, P.; G, Ondrey , Which Education of Chemical Engineers in 2020?, 2001. Disponível em: . o em: 06 setembro 2013. ENTROPIA LIVRE, Blog de Engenharia Química. Disponível em: http://entropialivre.blogspot.com>. o em: 06 setembro 2013.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

USANDO TÉCNICAS DE CAD NO PROJETO DE UM ROBÔ ASPIRADOR DE PÓ RENATO DIAS CALADO DO AMARAL1, ARMANDO CARLOS DE PINA FILHO2 1 2

Engenheiro Mecânico, Wood Group Kenny, (21)3553-1210, [email protected] Professor D.Sc., Universidade Federal do Rio de Janeiro, (21)2562-8053, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Segundo o World Robotics, relatório realizado pela Federação Internacional de Robótica, o mercado consumidor de robôs destinados a serviços domésticos está em franca expansão. As vendas desse tipo de robô somaram, aproximadamente, 4,4 milhões de unidades ao redor do mundo até o final de 2008. Foram vendidos naquele ano cerca de 940.000 aspiradores de pó autônomos (crescimento de 50% em relação ao ano anterior). Nos quatro anos seguintes, a quantidade de robôs vendidos alcançou a magnitude de 4,8 milhões de unidades, com valor estimado em US$ 3,5 bilhões. Esse panorama tem estimulado, nos últimos anos, o estudo de robôs para tarefas domésticas, como a limpeza de ambientes, destinado ao mercado nacional. O objetivo principal do uso de robôs é facilitar a vida dos usuários, fornecendo-lhes mais tempo para outras tarefas, melhorando a qualidade de vida das pessoas. Logo, considerando a importância do tema, o presente trabalho tem por objetivo apresentar um estudo sobre robôs de serviço, em especial, aqueles usados para limpeza doméstica, ressaltando suas principais características, e partir daí realizar a modelagem computacional de um robô aspirador de pó, usando técnicas de CAD, apresentando sua estrutura mecânica, para posterior simulação de funcionamento. PALAVRAS–CHAVE: CAD, Robótica, Automação Urbana.

USING CAD TECHNIQUES IN THE DESIGN OF A VACUUM CLEANER ROBOT ABSTRACT: According to World Robotics, report performed by International Federation of Robotics, the consuming market of robots for domestic services is in great expansion. The sales of this type of robot totaled, approximately, 4.4 million units in worldwide until end of the 2008. In that year, about 940,000 autonomous vacuum cleaner robots were sold (increase of 50% in relation to previous year). In the following four years, the amount of sold robots reached the magnitude of 4.8 million units, with estimate value of US$ 3.5 billion. This panorama has stimulated, in recent years, the study of robots for domestic tasks, as the environment cleaning, destined for the national market. The main objective of the use of robots is to facilitate the life of the s, supplying more time for other tasks, improving the quality of life of the people. Thus, considering the importance of the subject, this work has for objective to present a study on service robots, in special, those robots used for domestic cleaning, emphasizing its main characteristics, and from there to perform the computational modeling of a vacuum cleaner robot, using CAD techniques, presenting its mechanical structure, for posterior simulation of functioning. KEYWORDS: CAD, Robotics, Urban Automation.

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INTRODUÇÃO Um robô de serviço é aquele desenvolvido para realizar tarefas (serviços) úteis ao ser humano, visando o bem-estar do mesmo, e/ou para conservação de equipamentos, excluindose operações industriais (International Federation of Robotics - IFR). Para tal, trabalham em ambientes estruturados e conhecidos. No que se refere aos robôs voltados para serviços de limpeza, deve-se estar ciente dos diversos tipos englobados por este segmento dos robôs de serviço. Primeiramente, deve-se dividi-los quanto ao seu uso: pessoal e profissional. Embora haja uma grande demanda por maior eficiência nos serviços domésticos, a automação do meio doméstico é um campo de estudo ainda sub-explorado. Neste contexto, automatizar serviços acarreta uma otimização do tempo no ambiente doméstico. No ramo dos robôs de limpeza de uso pessoal, mais especificamente de uso doméstico, os tipos de robôs que mais se destacam são: aspiradores de pó; limpadores de piscina; e limpadores de janela. A pesquisa que serviu de base para o presente trabalho foi fundamentada no segmento dos robôs aspiradores de pó autônomos (veja Figura 1) ou Robot Vacs (do inglês Robotic Vacuum Cleaners).

Figura 1 – iRobot Roomba 780. Fonte: http://store.irobot.com/home/index.jsp

De acordo com um levantamento realizado em 1995, gastava-se na Europa um total de aproximadamente US$ 50 bilhões/ano com serviços de limpeza profissional. Desta quantia, US$ 39 bilhões eram destinados aos trabalhadores e US$ 11 bilhões eram gastos com material de limpeza, equipamentos e despesas gerais. Nos últimos dez anos os gastos aumentaram de forma acelerada. Se na época do levantamento fosse possível automatizar uma pequena parcela destes serviços, isso poderia gerar um ramo de negócio extraordinário (SCHOFIELD, 1995). Na esfera doméstica podemos citar a Alemanha, país onde há cerca de 40 milhões de casas de famílias, que precisam de limpeza regularmente. Considerando que em cada uma dessas casas haja um aspirador de pó e que este aparelho seja trocado por um novo em um período médio de 6 a 8 anos, então se pode estimar que se ao menos 15% destes aspiradores fossem trocados por aspiradores de pó robóticos, isso refletiria um fluxo de aproximadamente 1 milhão de unidades comercializados no mercado consumidor daquele país (SICILIANO e KHATIB, 2008).

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Segundo estatísticas divulgadas pelo World Robotics, relatório realizado pela Federação Internacional de Robótica (International Federation of Robotics – IFR), o mercado consumidor de robôs destinados a serviços domésticos está em franca expansão. As vendas de dispositivos do gênero somaram aproximadamente 4,4 milhões de unidades vendidas ao redor do mundo até o final de 2008. Foram vendidos naquele ano cerca de 940.000 aspiradores de pó autônomos (crescimento de 50% em relação a 2007) e 21.000 cortadores de grama autônomos. O mesmo estudo estima que, no período compreendido entre os anos de 2009 e 2012, a quantidade de robôs deste segmento vendidos alcançou a magnitude de 4,8 milhões de unidades, com valor estimado de US$ 3,5 bilhões. CARACTERÍSTICAS DE UM ROBÔ DE LIMPEZA No momento da concepção de um robô voltado para limpeza, o projetista deve, em primeiro plano, considerar aspectos como: natureza do espaço de trabalho: aberto ou fechado; complexidade do espaço de trabalho: estático, dinâmico, espaçoso ou não, organizado ou não; escala do espaço de trabalho: pequeno, médio ou grande; dimensões do movimento: 2D ou 3D; estrutura da superfície: regular ou irregular; e orientação da superfície: horizontal, vertical ou angulada. Sob a ótica do projeto, devem ser considerados desafios técnicos fundamentais, tais como: posicionamento absoluto do robô; área de cobertura em ambientes dinâmicos e/ou desconhecidos; interface de operação: interação entre o robô e o ser humano; suprimento de energia; reparação de erros; cobertura de sensores para detecção de obstáculos robustos; proteção; e coordenação das funções. Em relação ao dispositivo de locomoção, o robô precisa de um sistema mecânico que o permita movimentar-se livremente no terreno onde é utilizado. Há uma grande variedade de movimentos que um robô pode realizar no espaço de trabalho, portanto selecionar o tipo de mecanismo de locomoção adequado ao terreno é fundamental para uma mobilidade eficaz do robô. Tanto no meio da pesquisa quanto na produção e comercialização, trabalha-se com três formas distintas de locomoção: sobre pernas, rodas, ou esteiras (SIEGWART e NOURBAKHSH, 2004). São tópicos relevantes no projeto do sistema de locomoção de robôs: a estabilidade (número e geometria dos pontos de contato, centro de gravidade, estabilidade estática e dinâmica, inclinação do terreno); características de contato (ponto e linha de contato, ângulo de contato, atrito); e tipo de meio (estrutura, meio: água, ar, terreno plano ou irregular). As rodas são, há muito tempo, muito populares entre os diversos veículos criados pelo homem e na robótica móvel. Elas são equipamentos de locomoção bastante eficientes e são relativamente simples de serem implementadas em sistemas mecânicos. São quase sempre aplicadas nos sistemas de modo que permaneçam simultaneamente em contato com o terreno. Um sistema composto por três rodas, por exemplo, é suficiente para garantir a estabilidade de um robô, onde o centro de gravidade do robô está dentro de um triângulo formado pelos pontos de contato entre o chão e as rodas. Se é desejado uma construção com mais de três rodas, deve-se utilizar uma suspensão flexível (BIANCHI, 2007). Com a simplificação de tal problema, o projetista pode concentrar seus esforços em resolver problemas como: estabilidade, tração, capacidade de manobra, e controle. Dentre os tipos de rodas produzidos atualmente, destacam-se (Figura 2): a) roda fixa, que possui um grau de liberdade (rotação entorno do ponto de contato com o solo); b) roda Caster (ou de apoio), que possui dois graus de liberdade (rotação entorno do ponto de contato com o solo e do eixo de apoio); c) roda Sueca; d) roda esférica. 522

Figura 2 – Os quatro principais tipos de rodas. Fonte: Siegwart e Nourbakhsh (2004)

Adotando-se um sistema com três rodas, existem diversas configurações possíveis (Figura 3): a) duas rodas ativas com direção diferencial e uma roda iva do tipo caster; b) direção síncrona; c) omnidirecional com rodas suecas; d) omnidirecional com rodas caster; e) omnidirecional com rodas com orientação. Quanto à navegação deste tipo de robô, a mesma se baseia em características como: movimento randômico (aleatório) e/ou em espiral: um robô de limpeza doméstica opera a maior parte do tempo de trabalho sem informação do seu posicionamento absoluto. Apesar disso, tais robôs não podem funcionar de maneira deliberada. No movimento randômico o robô se move em uma determinada direção até encontrar um obstáculo, tocando-o ou detectando-o através dos sensores. Então o robô se vira e continua a se movimentar em uma direção diferente da original, como se ricocheteasse no obstáculo. Por essa razão alguns especialistas chamam este movimento de bang-and-bounce (bang: palavra de origem inglesa que significa bater, golpear; bounce: da expressão de origem inglesa bounce off, que significa ricochetear); reconhecimento de contornos de objetos, parede ou qualquer tipo de obstáculo; e utilização de fitas magnéticas que simulam paredes, delimitando o movimento do dispositivo em um determinado local. Para mais detalhes sobre robótica móvel, recomenda-se a consulta a títulos como Siciliano e Khatib (2008) e Siegwart e Nourbakhsh (2004).

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Figura 3 – Configurações do robô com três rodas. Fonte: Siciliano e Khatib (2008)

MODELAGEM COMPUTACIONAL DE UM ROBÔ ASPIRADOR DE PÓ O tema abordado no presente trabalho faz parte da linha de interesse do grupo de pesquisa ARMS - Automação, Robótica e Modelagem de Sistemas, em seu projeto Novas Tecnologias em Automação Urbana, vinculado ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Urbana da Escola Politécnica da UFRJ. Com o objetivo de apresentar à sociedade um ensaio sobre uma tecnologia ainda sem investimento por parte das indústrias nacionais – sendo importada de nações como Alemanha, Estados Unidos, Japão e Suécia – mas que representa um grande potencial de mercado se bem desenvolvida. O modelo em si, que neste trabalho não incluiu circuitos eletrônicos, leva em conta a utilização de sistemas mais simples que a maioria dos robôs do gênero que podem ser encontrados à venda atualmente, pois além de apresentar um novo modelo a idéia principal é adequá-lo aos padrões da sociedade brasileira. Todas as etapas da modelagem foram realizadas no software de modelagem de sólidos SolidWorks 2005 Professional, da Dassault Systèmes. A estrutura do robô é constituída, basicamente, por peças moldadas em plástico ou borracha. A carenagem externa e o escudo de proteção são compostos por ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene), um copolímero que apresenta fácil moldagem, boa flexibilidade, bem como alta resistência ao impacto e à abrasão. O design da carenagem, mostrado na Figura 4, foi escolhido baseado em aspectos como: grande mobilidade no local de operação; maior ângulo de sensoriamento frontal; dimensões portáteis adequadas ao ambiente doméstico. Outro ponto relevante é o escudo. Além de proteger o robô contra impacto, o mesmo também funciona com sensor de toque – sensores fixados ao escudo permitem que o robô reconheça um obstáculo ao chocar-se contra ele.

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Figura 4 – Vista isométrica e superior do robô montado (cotas em milímetros). Como pode ser notado na Figura 4, um conjunto de botões foi idealizado, sugerindo que o robô possa ser programado para três modos de operação, que poderiam ser: modo 1 limpeza total (modo mais demorado e que cobriria uma área máxima a ser limpa); modo 2 limpeza moderada (este seria um modo intermediário); modo 3 - limpeza rápida (um modo programado para executar uma limpeza em escala reduzida, operando por, no máximo, 10 minutos). Já o chassi é constituído de Polipropileno, um polímero de alta resistência à fratura por flexão (importante característica, já que este componente deverá ar a carga de outros componentes) e baixo custo (Figura 5).

Figura 5 – Robô com componentes acoplados: 1) Chassi; 2) Bico de Aspiração; 3) Duto Coletor de Resíduos; 4) Bomba de Vácuo; 5) Motores de o; 6) Bateria. Como já citado anteriormente, o robô possui três rodas, duas delas são de tração, cujos atuadores são dois motores de o independentes, e por último uma roda iva do tipo caster de Nylon conectada ao chassi por um parafuso de cabeça sextavada. Na montagem, 525

cada motor tem seu eixo apoiado em mancais de rolamento acoplados ao chassi do robô. A extremidade do eixo é conectada à roda – revestida de borracha – por um parafuso de cabeça sextavada. Embora robôs do gênero utilizem um único motor, mais potente, e esta solução seja até mais sofisticada, pois requerer a inclusão de um diferencial no conjunto, isso aumenta o custo final do robô. Portanto elegeu-se o uso de dois motores de o como atuadores das rodas, por serem uma solução eficiente para a aplicação em questão (que necessita muitas vezes de pequenas angulações para orientar o robô), mais barata e tecnicamente mais simples, o que diminui o preço de custo do robô e contribui para torná-lo mais ível ao público, se comercializado. Outros aspectos fundamentais são o dimensionamento das rodas e o posicionamento das mesmas no chassi. Atentar para tais pontos permitiu reduzir a distância entre a face inferior do bico de aspiração e o solo, aumentando assim a eficiência do mesmo na captação de poeira. A distância citada é de aproximadamente 12 mm. A configuração final das rodas é mostrada na Figura 6.

Figura 6 – Vista inferior e lateral do robô, mostrando a configuração das rodas. A partir do modelo apresentado, foram iniciadas simulações utilizando-se o software Microsoft Robotics Developer Studio 2008 R2 Academic Edition. Foi feita uma conversão do modelo através do SW Collada (Khronos Group), além do estudo de linguagem de programação específica para o MRDS: Microsoft Visual Programming Language (VPL). A simulação computacional revelou-se complexa, exigindo computadores de alto desempenho. Espaços virtuais com muitos obstáculos se mostraram pouco práticos para análise, além de dificultar a renderização. Esta etapa do trabalho ainda está em desenvolvimento, e será apresentada em futuros trabalhos. CONCLUSÃO O presente trabalho abordou de forma rápida, porém abrangente, importantes tópicos a respeito dos robôs móveis dotados de rodas, procurando assim construir uma base teórica para que se apresentasse a modelagem realizada. Com base nisso, detalhou-se os principais componentes do robô, justificando as razões que levaram à escolha dos mesmos e especificando, muitas das vezes, os materiais que os compunham. Deve-se salientar que o nível de detalhes do modelo é ainda maior que o aqui mostrado, porém o que foi descrito sintetiza bem o projeto. A partir disso, pretende-se dar continuidade ao trabalho realizando a simulação do funcionamento do modelo apresentado em um ambiente padrão, bem como o estudo dos demais componentes internos não inclusos no modelo atual. Além disso, uma análise dos 526

esforços sobre chassis e carenagem se faz necessária dada a dinâmica da aplicação em questão. Por fim, toda documentação gráfica de projeto será desenvolvida, objetivando a fabricação de um futuro protótipo. AGRADECIMENTOS Os autores gostariam de agradecer à Universidade Federal do Rio de Janeiro – UFRJ, especificamente à Escola Politécnica, pelo apoio no decorrer do presente trabalho, bem como ao CNPq (Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico) pelo e financeiro fornecido para o desenvolvimento do trabalho. Por fim, os mesmos agradecem ao Engenheiro Rodrigo Calado pela colaboração no que diz respeito a conceitos de idealização e modelagem do robô. REFERÊNCIAS BIANCHI, R. A. C. Curso de Robótica Móvel. Centro Universitário da FEI, 2007. DASSAULT SYSTÈMES. SolidWorks 2005 Professional. Disponível em: http://www.solidworks.com. ado em: setembro de 2013. IROBOT ROOMBA 780. Disponível em: http://store.irobot.com/home/index.jsp. ado em: setembro de 2013. KHRONOS GROUP. SW Collada. Disponível em: https://collada.org. ado em: setembro de 2013. MICROSOFT. Microsoft Robotics Developer Studio 2008 R2 Academic Edition. Disponível em: http://www.microsoft.com/robotics. ado em: setembro de 2013. MICROSOFT. Microsoft Visual Programming Language (VPL). Disponível em: http://msdn.microsoft.com/en-us/library/bb483088.aspx. ado em: setembro de 2013. SCHOFIELD, M. Cleaning robots. Service Robots: An International Journal, 1995. SICILIANO, B., KHATIB, O. Springer Handbook of Robotics. Springer-Verlag, 2008. SIEGWART, R., NOURBAKHSH, I. R. Introduction to Autonomous Mobile Robots. MIT Press, 2004. WORLD ROBOTICS. Service Robots Statistics. International Federation of Robotics. Disponível em: http://www.worldrobotics.org. ado em: setembro de 2013.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

ESTADO DA TÉCNICA E MODELAGEM COMPUTACIONAL DE UM VEÍCULO AÉREO NÃO TRIPULADO (VANT) RUBENS VINÍCIUS PALHETA DA ROCHA1, ARMANDO CARLOS DE PINA FILHO2, ALOÍSIO CARLOS DE PINA3 1

Graduando, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola Politécnica, Departamento de Engenharia Mecânica, (21)98232311, [email protected] 2 Professor D.Sc., Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola Politécnica, Programa de Engenharia Urbana, (21)25628053, [email protected] 3 Professor D.Sc., Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE, Programa de Engenharia Civil, (21) 2562-8496, [email protected]

Apresentado no

I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Os VANTs (veículos aéreos não tripulados) são projetados para missões de natureza tática ou monitoramento, realizadas em diversos setores: industrial, militar ou civil, objetivando tarefas tais como: auxílio em resgates, patrulhamentos urbanos e costeiros, monitoramento de reservas ambientais e fronteiras, etc. A utilização de VANTs tem se intensificado no mundo e também no Brasil, que investiu na compra de unidades de um modelo de fabricação israelense, para combate ao crime nas fronteiras do país. Atualmente no Brasil existem mais de 10 iniciativas públicas e privadas nessa área de pesquisa, impulsionadas por um mercado mundial que movimenta cerca de 8 bilhões de dólares por ano. Os maiores investimentos são na área militar, mas existem também iniciativas para utilização dessa tecnologia em centros urbanos, auxiliando à sociedade. Dada a importância de novos estudos nessa área de pesquisa, o presente trabalho tem por objetivo, a partir de um estudo inicial do estado da técnica sobre VANTs, apresentar a concepção de uma aeronave, cujo modelo foi criado por meio de modelagem computacional, o qual será utilizado para realização de simulações futuras. PALAVRAS–CHAVE: VANT, estado da técnica, modelagem computacional.

STATE OF THE ART AND COMPUTATIONAL MODELING OF AN UNMANNED AERIAL VEHICLE (UAV) ABSTRACT: UAVs (unmanned aerial vehicles) are designed for missions of tactical nature or monitoring, performing in several sectors: industrial, military or civilian, aiming tasks such as: help in rescues, urban and coastal patrols, monitoring of environmental reserves and borders, etc. The use of UAVs has intensified in the world and also in Brazil, which has invested in the purchase of units of a model Israeli-made to combat crime in the country boundaries. Currently in Brazil there are more than 10 public and private initiatives in this area of research, stimulated by a global market that moves about 8 billion dollars per year. The largest investments are in the military area, but there are also initiatives to use this technology in urban centers, helping to society. Given the importance of further studies in this research area, this work aims, from an initial survey of the state of the art on UAVs, to present the conception of an aircraft, which model was created by means of computational modeling, which will be used for performing future simulations. KEYWORDS: UAV, state of the art, computational modeling.

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INTRODUÇÃO VANTs são veículos aéreos não tripulados, ou UAV, do inglês Unmanned Aerial Vehicle, termo utilizado para descrever todo e qualquer tipo de aeronave que não necessita de pilotos embarcados para ser guiada. Essas aeronaves podem apresentar dois tipos de controles, o primeiro e mais comum é o controle semi-autônomo, onde são guiados a partir de meios eletrônicos e computacionais, à distância, onde em sua base de decolagem e pouso, os pilotos, altamente capacitados, devem manuseá-lo através de painéis como os encontrados em salas de simulação para treinamentos civis e militares. E o segundo, é o controle autônomo, onde a aeronave é pré-programa para realizar sua missão a partir da decolagem, sem qualquer intervenção humana, através de Controladores Lógicos Programáveis (PLC). Inicialmente, os VANTs foram idealizados para fins militares, inspirados nas bombas voadoras alemãs, do tipo V-1, e em aeromodelos rádio-controlados, como os usados em práticas de lazer e apresentação. O objetivo principal era a utilização dessas aeronaves sem tripulação para missões de alto risco, onde realizada por um humano, colocaria o mesmo em grande perigo de morte. Militarmente, é utilizada nas áreas de inteligência militar, apoio e controle de tiro de artilharia, apoio aéreo às tropas de infantaria e cavalaria no campo de batalha. Dessa forma, o presente trabalho tem por objetivo, a partir de um estudo inicial do estado da técnica sobre VANTs, apresentar a concepção do projeto de uma aeronave, cujo modelo foi criado por meio de modelagem computacional, a ser utilizado para realização de simulações futuras. APLICAÇÕES DOS VANTS EM ESCALA MUNDIAL Os VANTs apresentam diversas aplicações, e cada modelo é projetado de acordo com a função que irá desempenhar. As aplicações civis dessas aeronaves são atividades de patrulhamento urbano, costeiro, ambiental e de fronteiras, atividades de busca e resgate, de inspeção de grandes estruturas (tubulações, linhas de transmissão, estradas, obras em locais de difícil o, etc.). Entre as aplicações de monitoramento ambiental climatológica e de biodiversidade, estão o sensoriamento e monitoramento de florestas e de regiões de interesse ecológico, levantamentos agrícolas e agropecuários, medição da composição do ar e de níveis de poluição em cidades e centros industriais, e estudos limnológicos em rios, lagos e regiões costeiras. A seguir serão apresentados alguns exemplos de VANTs e suas aplicações. Usado no patrulhamento urbano, o VANT VT-15 (Figura 1) é produzido em pequena escala pelo exército brasileiro com empresas privadas. Entre suas vantagens estão o baixo custo e a possibilidade de decolar diretamente do local de operação. O VT-15 participou de manobra militar em São Paulo e tropas brasileiras já haviam experimentado outros tipos de aviões autônomos em combates reais de missão no Haiti. O primeiro projeto começou em 2004 e foi coordenado pelo Ministério da Defesa. Mas no início de 2007, o VANT ainda não estava em operação. Por isso as tropas brasileiras da ONU adaptaram câmeras de vídeo em aeronaves para sobrevoar a favela de Cite Soleil, que abrigava o último grupo rebelde do Haiti. Os aviões fizeram dezenas de missões de identificação de atiradores, barricadas e fossos antitanque. As aeronaves também apresentavam um compartimento acionado por controle remoto que lançava panfletos de propaganda que davam avisos e explicavam para a população sobre o trabalho da ONU.

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Figura 1 – VT-15, usado no patrulhamento Fonte: http://www.forte.jor.br/tag/vant

urbano.

Os VANTs como os israelenses Hermes 450 e Heron 1, oferecidos comercialmente ao Brasil por Israel, têm propósitos diferentes. Com envergaduras semelhantes às das aeronaves tripuladas, transportam equipamentos avançados de comunicações. Com autonomia de mais de 200 km, são usados em missões estratégicas de longa duração. No Brasil, podem ser usados para monitoramento de fronteiras e, em tese, segurança pública. A próxima geração de VANTs deverá ser capaz de decolar, cumprir missões longas de reconhecimento ou ataque, e pousar de forma totalmente automatizada. Em tese, o operador humano dará, à distância, apenas a ordem de atirar ou não. Outro exemplo de VANT é Bell Eagle Eye (Figura 2), utilizado pela guarda costeira dos EUA. Seu programa de desenvolvimento começou em 1993, com a escala do protótipo TR911X. A aeronave teve seu vôo inaugural em 06 de março de 1998, e em seguida entrou em um programa de ensaios de vôo. O sucesso em testes levou à entrada no programa Deepwater em 2002, no qual todos ou grande parte dos equipamentos da guarda costeira dos Estados Unidos foram substituídos. A máquina de aquisição da guarda costeira teria uma ampliação estrutural e seria chamado de Bell HV-911, atingindo uma velocidade máxima de 370 km/h e uma autonomia de 5,5 horas com uma carga útil de 90 kg. No verão de 2004 a Bell estabeleceu um relacionamento com a SAGEM (Société d’Applications Genérales de l’Electricité et de la Mécanique), na França, e Rheinmetall Defense Eletronics na Alemanha, para comercializar as variantes do Eagle Eye para os governos europeus.

Figura 2 – Bell Eagle Eye, usado no patrulhamento costeiro. Fonte: http://www.naval.com.br

O VANT Pterosaur-1 (Figura 3) é capaz de realizar a proteção ambiental e monitoramento agrícola, permitindo a detecção de vazamento de gás, infra-estruturas em zonas de erosão e biopirataria. A tecnologia desse aeronave pode ser ajustada de acordo com a sua necessidade, de modo a definir o pacote de custo mais adequado, dependendo da duração do tempo de vôo, e de comunicação, sensores embutidos, etc. A tecnologia disponível permite a aquisição fácil e rápida de informações vitais, muitas vezes não íveis de outro modo (por exemplo, erosão interna e monitoramento subterrâneo). Além disso, o sistema 530

a a criação de uma estação de controle capaz de intercomunicar os VANTs, e uma plataforma de software GIS (Geographic Information System) dedicada a identificar instantaneamente o estado das infra-estruturas no local de proteção ambiental. Este último também pode ser entregue ao computador pessoal do usuário via web ou uma plataforma móvel.

Figura 3 – Pterosaur-1, usado no patrulhamento ambiental. Fonte: http://www.cavok.com.br

O IAI Heron (Figura 4) é uma aeronave israelense que foi utilizada na olimpíada da China, no ano de 2008, para monitorar a segurança nos estádios. Apresenta uma envergadura de 16 metros e uma autonomia de vôo de 36 horas, sendo capaz de ler um crachá a uma altitude de 16 mil pés (cinco mil metros), e podendo mapear 1,12 quilômetros quadrados em apenas 20 horas. Em uma semana seria capaz de monitorar todo o território nacional. Ele também é capaz de detectar túneis com até sete metros de profundidade. A sua base de controle e recepção de imagens é móvel (um contêiner) e quando a aeronave ultraa o alcance de 300 quilômetros, a a ser controlado por satélites.

Figura 4 – IAI Heron, usado no patrulhamento de fronteiras. Fonte: http://www.pilotopolicial.com.br

Alguns VANTs são utilizados em busca e resgate, como o Hermes 450 (Figura 5), aeronave israelense de médio porte multi-carga projetado para missões de longa duração, com uma autonomia de mais de 20 horas de vôo. Por essa razão, seria inviável manter uma tripulação por tanto tempo no ar. Já em terra, o pessoal pode fazer um revezamento enquanto a aeronave permanece voando, no caso de missões de busca e salvamento. Outra vantagem do aparelho é a capacidade de transmissão de imagens em tempo real. O VANT dispõe de câmeras equipadas com infravermelho e outros sensores. Na base de comando do Hermes, vários monitores mostram mapas e imagens captadas pela aeronave, além de mapas dos locais sobrevoados.

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Figura 5 – Hermes 450, para busca e resgate. Fonte: http://novosinsolitos.blogspot.com.br

Outra aplicação dos VANTs é a inspeção industrial. O VANT BXAP13, por exemplo, possui um sensor na câmara do piloto, que fornece uma boa capacidade de supervisão durante o vôo. Os dados coletados durante os vôos são criptografados, para não haver informação perdida no trajeto da aeronave em missão até sua base receptadora, assim os dados se manterão em segurança. Essa aeronave é capaz de voar de forma autônoma em uma rota prétraçada em um mapa. O seu piloto automático é orientado por um sistema de GPS integrado. Sendo assim, nenhuma intervenção manual é necessária sob condições normais de operação. Seu sistema de comunicação é projetado para longo alcance e baixa latência, possuindo uma câmera composta por um sensor térmico. Alguns países estão em evidência no mercado global, dentre eles: Israel, Alemanha, Estados Unidos e Japão, mas muitos outros países, como a França, trabalham em conjunto com certas empresas, como a israelense IAI (Israel Aerospace Industries), para desenvolver novas aeronaves. Nesse caso particular, a empresa sa Dassault pretende fazer modificações no modelo Heron TP da IAI (Figura 6), para substituir os atuais sistemas da Força Aérea sa.

Figura 6 – Heron TP e seu concorrente no mercado de VANTs, Predator RQ-1A. Fonte: http://democraciapolitica.blogspot.com.br

OS VANTS NO BRASIL No panorama nacional, os VANTS também fazem parte das prioridades de defesas do Brasil. O uso dessa tecnologia começou a ser mais amplamente debatida no país a partir das discussões para a elaboração da Estratégia Nacional de Defesa (END), anunciada pelo expresidente Lula no final de 2008. O texto indica sua aplicação entre as diretrizes da Força Aérea Brasileira para vigilância, com uso em monitoramento e controle do território nacional e combate, assim como para orientação estratégica. Por isso, a END recomenda a destinação de recursos e a transferência tecnológica para a fabricação de VANTS, entre outros equipamentos de defesa. Por enquanto, os VANTS no Brasil só podem ser utilizados em áreas menos habitadas, mediante autorização do Controle de Tráfego Aéreo. Isso porque o país ainda não tem uma regulamentação que permita seu uso em regiões urbanas. No futuro, com

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novas regras, eles poderão ser úteis em diversas atividades, como levantamento de áreas urbanas de risco. De qualquer maneira, já há VANTS voando em áreas de difícil o, como na tríplice fronteira (Brasil, Argentina e Paraguai), no sul do país. Nessa região, a Polícia Federal opera os VANTs israelenses adquiridos para combate ao tráfico e ao contrabando. Eles são controlados por satélite, capazes de decolar e pousar de forma autônoma, e com autonomia de vôo de quase 40 horas. A regulamentação do vôo de VANTs no país é urgente, para que suas aplicações sejam aproveitadas ao máximo. Quando puderem voar em áreas urbanas, os VANTs serão uma importante ferramenta na segurança pública, já que poderão monitorar áreas perigosas, como comunidades dominadas por traficantes, e rastrear comboios, entre tantas outras utilidades. O Centro Técnico Aeroespacial (CTA) e o Centro de Pesquisas Renato Archer (CenPRA), além de universidades, como a USP, USC, UNB, UFMG, UFRN, e empresas AVIBRAS, AEROMOT, FITEC, Prince Air Models, entre outras, realizam diversos projetos de desenvolvimento de VANTs autônomos. Para o desenvolvimento de sensores (inerciais e GPS) para essas aeronaves, destacam-se a empresa NAVCON e os centros de pesquisa CTA e o Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), em São José dos Campos. Além disso, os Ministérios da Defesa e da Ciência e Tecnologia comandam uma Comissão de Coordenação Nacional do Programa VANT. Buscando um histórico das iniciativas no Brasil, nos anos 80, houve experimentos com um VANT a jato, denominado BQM-1BR (Figura 7), que voaria com uma turbina do CTA, chamada de Tietê TJ-2. Ele seria empregado como drone, e um protótipo está hoje no Museu da TAM, em São Carlos - SP.

Figura 7 – VANT brasileiro BQM-1BR. Fonte: http://www.museutam.com.br

Outro VANT que se tem conhecimento é o Gralha-Azul (Figura 8), produzido pela Embravant. A aeronave possui mais de 4 metros de envergadura, com autonomia para até 3 horas de vôo. Os dois primeiros protótipos do Gralha-Azul realizaram vários ensaios em vôo, operando com rádio-controle.

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Figura 8 – VANT Gralha-Azul. Fonte: http://acirrando.blogspot.com.br Além dos modelos citados anteriormente, existem vários outros desenvolvimentos de VANTs no Brasil, como o Projeto Acauã (IAE/CTA)(Figura 9), Flight Solutions FS-1 Watchdog, FS-2 Avantvision, e FS-3 Starcopter, este último de interesse da Marinha Brasileira, por ser uma aeronave VANT-VTOL (Vertical Take-Off and Landing), compacto e com capacidade de ser embarcado nos navios patrulha de 500 t (Projeto Vigilante).

Figura 9 – Projeto Acauã (1984-1988). Fonte: http://podermilitarbrasileiro.blogspot.com.br A partir do ano 2000, os VANTs para uso civil começaram a ganhar força no mercado. Foi quando surgiu o Projeto Arara (Aeronave de Reconhecimento Autônoma e Remotamente Assistida), desenvolvido pela empresa AGX Tecnologia, junto com o Instituto de Ciências Matemáticas e Computação da Universidade de São Paulo (ICMS-USP) e a Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa). O projeto deu origem, em abril de 2005, ao primeiro VANT de asa fixa desenvolvido com tecnologia totalmente brasileira. Em abril de 2009, a Força Aérea Brasileira (FAB) comunicou o início de uma licitação para a aquisição de uma aeronave que visa estabelecer doutrina em missões de reconhecimento e comunicação. A intenção é capacitar a indústria aeronáutica para desenvolver VANTs nacionais. Nove empresas foram selecionadas, sendo duas brasileiras, a AVIBRAS e a Aeroeletrônica, do grupo israelense Elbit, além da própria Elbit (Israel), IAI (Israel), Denel Dynamics (África do Sul), Boeing (EUA), Irkut (Rússia), a EADS-Casa (Espanha) e Galileu Aviônica (Itália). Atualmente, o CTA desenvolve um VANT para missões civis e militares de reconhecimento aéreo, monitoramento de recursos naturais, redes elétricas e de dutos de petróleo. Tal projeto faz parte das diretrizes políticas do Ministério da Defesa e conta com o 534

e financeiro do FINEP. O CTA coordena o projeto, através do Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE), que já acumula experiência na área de VANT, com o desenvolvimento do veículo Acauã, na década de 80. A AVIBRAS foi selecionada como parceira industrial, pois ela tem experiência com o desenvolvimento do VANT americano Scorpion, sob o qual possui os direitos de fabricação. Além do CTA, outras instituições brasileiras também investem no desenvolvimento de VANTs, e existem mais de 10 iniciativas públicas e privadas nessa área de pesquisa. MODELAGEM COMPUTACIONAL DE UM VANT O desenvolvimento de métodos computacionais para a solução de problemas científicos e de engenharia regido pelas leis da mecânica foi uma das grandes conquistas da segunda metade do século 20, com um profundo impacto na ciência e tecnologia. Isto foi alcançado através de modelos matemáticos avançados e soluções numéricas, refletindo uma combinação de conceitos, métodos e princípios que são muitas vezes interdisciplinares na natureza e extensão de várias áreas de mecânica, matemática, ciência da computação e outras disciplinas científicas. Para a modelagem do VANT existe um leque de programas que podem ser utilizados, dentre eles as plataformas de CAD (Desenho Assistido por Computador) ou do inglês, Computer-Aided Design, que é o nome genérico de sistemas computacionais utilizados pela engenharia e outras áreas, para auxiliar o projeto e representação técnica de modelos. Entre os softwares mais conhecidos no mercado, para utilização em grandes indústrias e projetos mais complexos, tem-se o AutoCAD, SolidWorks, SolidEdge, Microstation, Catia, entre outros. Neste trabalho, o programa escolhido para a modelagem do VANT foi o AutoCAD, da Autodesk, em sua versão 2011. O programa possui uma interface tanto geral como também específica, de acordo com o projeto ou desenho que deseja executar, como para engenharia mecânica, civil, elétrica, etc. Antes de iniciar a modelagem computacional do VANT, foi feita uma pesquisa em relação aos tipos atuais no mercado, visando entender todas as suas qualidades e desvantagens operacionais e de aquisição, pois a aeronave em questão deverá ser empregada em meios urbanos, para monitoramento, e assim, deve atender nossa necessidade de acordo com sua missão e também a nossa realidade econômica, para que seu uso seja viável. Entre todas as aeronaves pesquisadas durante o projeto, quesitos como dimensões, custo de aquisição e manutenção, tipos de operações no qual pode ser utilizado, entre outros, foram fatores determinantes para a escolha do VANT RQ-7 Shadow (Figura 10). Esta aeronave é utilizada pelo Exército dos Estados Unidos e Corpo de Fuzileiros Navais. Seu lançamento é a partir de uma catapulta pneumática, e possui estabilizador digital, resfriamento por nitrogênio líquido, câmeras infravermelho/eletro-opticas em tempo real com transmissão de dados via Cband (espectro eletromagnético de microondas). Fabricado pela AAI Corporation, é uma aeronave de asa alta com calda invertida em V, alimentado por um motor Wankel 38 cv, fabricado pela UAV Engines Ltd.

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Figura 10 – RQ-7 Shadow. Fonte: http://www.basemilitar.com.br

A Figura 11 apresenta o VANT modelado de acordo com a pesquisa realizada durante o projeto, usando-se a interface do software AutoCAD 2011. A aeronave possui um comprimento de 3,4 m, envergadura de 4,3 m, e altura de 1,0 m.

Figura 11 – Modelo computacional do VANT. Na Figura 12 são apresentadas as vistas frontal, lateral e superior do VANT. A modelagem foi realizada utilizando-se elementos sólidos, fornecendo ao modelo propriedades de massa e volume, importantes para realização de testes e simulações.

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Figura 12 – Vistas frontal, lateral e superior do VANT. Com relação a simulação computacional, ela está hoje presente em todas as ciências e a sua importância tende a aumentar. É um meio de confrontar teorias com experimentação, de antecipar resultados experimentais ou de realizar experiências de outro modo iníveis. Nos últimos anos, a simulação computacional vem assumindo uma importância cada vez maior como ferramenta de aquisição de conhecimento. Na simulação desenvolvida nos primórdios da Pesquisa Operacional, os problemas eram resolvidos por meio da obtenção dos melhores resultados possíveis para cada parte individual do modelo. Entretanto, à medida que a complexidade dos problemas cresceu, surgiu a necessidade de se utilizar uma abordagem mais sistêmica e generalista. A simulação utilizou-se, inicialmente, de linguagens de programação geral, como o FORTRAN. Mas, à medida que a complexidade das observações e a capacidade dos recursos computacionais cresceram, surgiram os programas de simulação de propósito geral (como o GPSS) e os baseados na Dinâmica dos Sistemas (DYNAMO, STELLA, etc.). Essa metodologia (Dinâmica dos Sistemas) faz uso do conceito de pensamento sistêmico para a resolução de problemas e para o estudo de sistemas. Alguns exemplos de programas de simulação bastante usados em engenharia são o Adams, o Abaqus, e o ANSYS CFX. Um desses programas será utilizado para realização de testes e simulações do modelo proposto nesse trabalho. Essa etapa da pesquisa se encontra em andamento, e os resultados serão apresentados em trabalhos futuros. CONCLUSÃO O trabalho aqui apresentado procurou mostrar os principais aspectos e diversos detalhes relacionados aos VANTs (Veículos Aéreos Não Tripulados). Foram apresentados alguns tipos e aplicações realizadas por esses veículos, bem como suas características de projeto e desenvolvimento, importantes para realização de diversas tarefas, não apenas militares, mas também urbanas e científicas. Vale ressaltar que as tecnologias aplicadas aos VANTs estão em constante desenvolvimento, e num futuro próximo, células de combustível e nanobaterias irão prover aeronaves que poderão ficar em patrulha por meses. VANTs a grandes altitudes, movidos por 537

energia solar, poderão coordenar frotas de UCAVs (Unmanned Combat Air Vehicles) em altitudes inferiores, armados com mísseis interligados em rede. Várias outras aplicações poderão ser implementadas para os VANTs. A partir do conhecimento adquirido com a pesquisa, criou-se um modelo computacional de VANT, pela aplicação de métodos computacionais, mais especificamente, por meio de um programa de CAD, tendo em mente características estruturais e de custo-benefício adequadas à realidade nacional. Esse modelo proposto será utilizado para realização de testes e simulações, visando a futura fabricação de um protótipo. AGRADECIMENTOS O autor Aloísio Carlos de Pina gostaria de agradecer à CAPES (Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior) e FAPERJ (Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro) pelo e financeiro fornecido durante o decorrer deste trabalho. REFERÊNCIAS ACAUÃ. Disponível em: . o em: set. 2013. BELL EAGLE EYE. Disp. em: . o em: set. 2013. BELLONI, G. M., FEROLI, A., FICOLA, S., PAGNOTTELI, P., VALIGI, A. Mini Unmanned Aerial Vehicle (SR-H3): design and test. M-ELROB, Hammelburg, Alemanha, 2008. BQM-1BR. Disponível em: . o em: set. 2013. D’OLIVEIRA, F. A. Tópicos de VANT de Interesse da Defesa. In: 7o Seminário de Ciência, Tecnologia e Inovação de Interesse da Defesa Nacional, Brasil, 2009. ESACOSAAE. Manual Escolar MEC-6 O Veículo Aéreo Não Tripulado. 1a Ed., 2006. GRALHA-AZUL. Disp. em: . o em: set. 2013. HERMES 450. Disponível em: . o em: set. 2013. HERON TP. Disponível em: . o em: set. 2013. IAI HERON. Disp. em: . o em: set. 2013. PTEROSAUR-1. Disponível em: . o em: set. 2013. RQ-7 SHADOW. Disp. em: . o em: set. 2013. UNMANNED VEHICLE SYSTEMS INTERNACIONAL. 2007/2008 UAS Yearbook, Paris, January 2007. Disponível em: <www.uvs-info.com/Yearbook2007/UASYearbook2007.php>. o em: set. 2103. VT-15. Disponível em: . o em: set. 2013.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

DETERMINAÇÃO DA VISCOSIDADE CINEMÁTICA, VISCOSIDADE DINÂMICA E MASSA ESPECÍFICA DO ÓLEO RESIDUAL DE FRITURA LETÍCIA MORAES ¹, LISNAYRA ARRUDA², LUISA ALMEIDA³, NADJA FELTRAN4, TATIANA ABREU5, ROBERTO GUIMARÃES PEREIRA6 1

Graduando em Engenharia agrícola e Ambiental, Universidade Federal Fluminense, (21) 8432-4087, [email protected] 2 Graduando em Engenharia agrícola e Ambiental, Universidade Federal Fluminense, (21)88171934, [email protected] 3 Graduando em Engenharia agrícola e Ambiental, Universidade Federal Fluminense, (21) 9268-8245, [email protected] 4 Graduando em Engenharia agrícola e Ambiental, Aluna bolsista do PET Agrícola e Ambiental, Universidade Federal Fluminense, (21) 8147-2005, [email protected] 5 Graduando em Engenharia agrícola e Ambiental, Aluna bolsista do PET Agrícola e Ambiental, Universidade Federal Fluminense, (21) 9430-0745, [email protected] 6 Doutor em Engenharia Mecânica, Universidade Federal Fluminense / TEM / PGMEC /MSG / PGEB, (21) 2629-5419, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: A presente pesquisa teve como objetivo caracterizar o óleo de fritura residual por meio da determinação das viscosidades e massa específica, observando se os mesmos preservam as mesmas características do óleo in natura, visando à produção do biodiesel e uma não poluição por despejos indevidos. Os experimentos foram desenvolvidos no Laboratório de Reologia da Universidade Federal Fluminense (LARE). O óleo utilizado nos experimentos teve origem desconhecida, obtido em pontos de coleta da Ampla em Niterói. A viscosidade dinâmica foi determinada em Reômetro da marca Haake (Modelo RS 50 – Rheostress), acoplado a um banho da marca Haake K20 e com um sensor cilíndrico DG41. Na determinação da viscosidade cinemática foi utilizado o banho Schott Ct52. A massa específica, foi determinada através de um picnômetro de 50mL. A viscosidade dinâmica do óleo residual manteve a característica newtoniana presente no óleo vegetal. Para viscosidade cinemática obteve-se um resultado de 36,87 mm²s-¹. Este resultado de viscosidade cinemática apresentou-se aceitável quando comparada a outros estudos. Já para a massa específica obteve-se um valor equivalente a 0,9238g/mL, sendo este, também, próximo aos encontrados na literatura. PALAVRAS–CHAVE: Óleo de fritura, viscosidade, massa específica.

DETERMINATION OF THE KINEMATIC VISCOSITY, DYNAMIC VISCOSITY AND DENSITY OS RESIDUAL FRYING OIL ABSTRACT: This study aimed to characterize residual frying oil by determining viscosity and density observing if they preserve the same characteristics of in nature oil, aiming at the production of biodiesel and no improper pollution discharges. The experiments were conducted in a rheology laboratory (LARE) at Fluminense Federal University. The oil used in this experiments had unknown origins and were obtained at Ampla collection points in Niterói. In laboratory we obtained kinematic and dynamic viscosity, and density. The dynamic viscosity was determined by Rheometer ( Haake Model RS 50 - RheoStress) with a Haake K20 bath and a DG41 cylindrical sensor, in which we concluded that the residual oil retains the Newtonian feature present in vegetable oil . To determine the kinematic viscosity, we used the thermostatic bath, Schott CT52, which has obtained a value of 36.87 mm ²s-¹, the results of the viscosities presented were acceptable when compared to other studies. The density was determined by a pycnometer of 50 mL, where we found it was equivalent to 0.9238 g/mL, a value close to those found in literature. KEYWORDS: frying oil, viscosity, density

539

INTRODUÇÃO O óleo vegetal é uma gordura extraída de plantas, formada por triglicerídeo. À princípio, a extração é feita quase sempre de suas sementes. Como todas as gorduras, os óleos vegetais são ésteres de glicerina e uma mistura de ácidos graxos e são insolúveis em água, mas solúveis em solventes orgânicos. Segundo Sidemar Presotto et. al (2007) o consumo de óleos vegetais tem aumentado no mundo todo, substituindo parte do consumo de gorduras animais. A maioria desses óleos é utilizada em processos industriais e na alimentação humana e animal. Em função do aumento do consumo, a produção, que pode ser obtida através de várias espécies vegetais, também, tem se elevado. A produção mundial de oleaginosas em 2013 está prevista aumentar em 4,8 por cento em comparação com o ano de 2012, para 478,4 milhões de toneladas (OIL WORLD- 2013). Segundo a Oil World, o Brasil produz 9 bilhões de litros de óleos vegetais por ano. Desse volume produzido, 1/3 vai para óleos comestíveis. O consumo per capita fica em torno de 20 litros/ano, o que resulta em uma produção de 3 bilhões de litros de óleos por ano no país. No Brasil o mais utilizado dos óleos vegetais é de longe o óleo de soja. O descarte indevido do mesmo pode causar danos à tubulações e impactos ambientais. O resíduo do óleo de cozinha, gerado diariamente nas residências, indústrias e estabelecimentos do país, devido à falta de informação da população, acaba sendo despejado diretamente nos corpos hídricos ou simplesmente em pias e vasos sanitários, indo parar nos sistemas de esgoto causando danos, como entupimento dos canos e o encarecimento dos processos das estações de tratamento, além de contribuir para a poluição do meio aquático, ou, ainda, no lixo doméstico – contribuindo para o aumento das áreas dos aterros sanitários. (CASTELLANELI, 2007 apud GODOY, et al. 2010. p. 206) MATERIAL E MÉTODOS Materiais: Todos os óleos usados neste respectivo trabalho foram doados pelo posto de coleta da Ampla em Niterói, RJ. Procedimento experimental: Para a determinação da viscosidade cinemática, foi utilizado um banho termostático da marca Schott Ct52 e um viscosímetro cinemático da marca Cannon Fenske – 300. No viscosímetro, foram injetados 10 mL do óleo residual e colocados no banho a 40°C por 30 minutos, para que fosse estabelecido o equilíbrio térmico. A partir disto foi cronometrado o tempo que o óleo escoa entre as marcações do viscosímetro. Foram feitas três medições para que pudesse ser feito a média aritmética das mesmas. A Equação 1 representa a relação para a determinação da viscosidade cinemática. ν = K. t (1) Sendo: ν a viscosidade cinemática em mm².s ¹; K a constante do viscosímetro (0,2335 mm².s-²) e t a média aritmética dos tempos medidos em s. A viscosidade dinâmica foi determinada a partir de um reômetro da marca Haake (modelo RS 50 – Rheostress), juntamente com um banho da marca Haake K20. Utilizou-se o sensor cilíndrico DG41, sendo colocado 8 mL do óleo. Determinou-se a viscosidade dinâmica do óleo no intervalo de 25°C a 90°C. Obteve-se, ainda, para a temperatura de 40°C, as 540

relações entre as taxas de cisalhamento e as tensões de cisalhamento, que são necessárias para a caracterização da amostra. A massa específica foi determinada com o óleo a uma temperatura de 21°C. Utilizou-se um picnômetro de 50mL que foi pesado numa balança de precisão de 0,001g e em seguida tarado. O picnômetro foi preenchido com o óleo e pesado por três vezes obtendo-se a média das massas. A Equação 2 mostra a relação para a determinação da massa específica do óleo, considerando um picnômetro de 50 mL. ρ = m/V

(2)

Sendo: ρ a massa específica do óleo em g/mL; m a média aritmética das três massas encontradas na balança em g; e V o volume do picnômetro em mL RESULTADOS E DISCUSSÃO Viscosidade Cinemática: Através da Equação (1) foi possível determinar a viscosidade cinemática. A média dos tempos em segundos foi de 157,915s, que multiplicado pela constante K do viscosímetro de 0,2335 mm²s-², resulta em uma viscosidade de 36,87 mm²s-¹. Este resultado obtido é próximo a outros encontrados na literatura. De acordo com MOURA (2010 p. 50) foi encontrado um valor de 33,23 mm²s-¹ para óleos residuais enquanto que para óleos in natura, os valores da viscosidade cinemática variam, em geral, entre 30 e 47 mm²s-¹. O alto valor de viscosidade nos óleos in natura e residuais é considerado um dos motivos de não se permitir o uso direto deles como combustível. Neste caso, a transesterificação do óleo teria como um de seus principais objetivos, reduzir a viscosidade desses óleos para valores mais próximos ao do diesel. Viscosidade Dinâmica A Figura 1 mostra a relação entre a tensão de cisalhamento e taxa de cisalhamento para o óleo de fritura a 40°C. Evidencia-se um comportamento linear entre a tensão e a taxa de cisalhamento, indicando o comportamento de fluido Newtoniano para o óleo de fritura.

Figura 1 – Relação entre a tensão de cisalhamento e a taxa de cisalhamento para o óleo de fritura residual a uma temperatura de 40°C. A Figura 2 mostra a viscosidade em função da taxa de cisalhamento, para o óleo de 541

fritura a 40°C, evidenciando o comportamento de fluido Newtoniano (viscosidade constante com a variação da taxa de cisalhamento).

Figura 2 – Relação entre a viscosidade dinâmica e a taxa de cisalhamento para o óleo de fritura residual a uma temperatura de 40°C. A influência da temperatura no valor da viscosidade é mostrada na Figura 3, no intervalo de 25°C a 90°C. Observa-se um decréscimo da viscosidade à medida que se aumenta a temperatura. Isto demonstra que, para menores temperaturas o fluido apresenta maior resistência ao fluxo induzido pela tensão de cisalhamento, ou seja, demonstra uma maior resistência ao escoamento.

Figura 3 – relação entre a viscosidade dinâmica e a temperatura para o óleo de fritura residual, entre 25°C e 90°C. Massa específica. Utilizando a Equação 2, determinou-se a massa específica do óleo residual. Utilizando 46,1903g como a média das massas medidas pela balança de precisão e dividindo-a pelo volume do picnômetro, obteve-se um valor de massa específica de 0,9238g/mL, resultado próximo a 0,922g/mL encontrados por ALVES, et al, (2010). Comparado com as massas específicas de óleos in natura, que de acordo com ZAMBELI (2009 p. 3) são de aproximadamente 0,891 g/mL para óleos de girassol e soja, é possível observar um pequeno acréscimo que pode ser resultante de como esse óleo foi utilizado anteriormente. CONCLUSÕES Analisando os resultados obtidos foi possível verificar que a temperatura influencia a 542

viscosidade do óleo de fritura, já que o aumento desta variável provoca uma diminuição sensível na viscosidade dos óleos residuais. No que se refere ao comportamento reológico, o óleo pode ser classificado como Newtoniano. Em relação à massa especifica foi observado um acréscimo pouco significativo comparado ao valor encontrado na literatura para o óleo in natura. Através dos resultados obtidos, referentes a essas propriedades, é possível constatar que o óleo de frituras analisado, de uma maneira geral, está numa faixa aceitável. Preservando as mesmas características do óleo in natura, visando à produção do biodiesel. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao professor Ednilton Tavares de Andrade (tutor do PET Agrícola e Ambiental) e aos alunos Felipe Almeida, Thais Victorino e Natasha Marques pela colaboração durante a realização da pesquisa, e ao CNPq pelo apoio financeiro. REFERÊNCIAS GODOY, P,O. et al. Consciência limpa: Reciclando o óleo de cozinha. Vol 13. N 17. Campo Grande, 2010. 13 p. Jornada de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação, 3, 2010, Produção de biodiesel utilizando óleo de soja da cantina do IFES, Campus Chachoeiro de Itapemirim- ES.2010 MOURA, B.S. Transesterificação Alcalina de Óleos Vegetais para Produção de Biodiesel: Avaliação Técnica e Econômica. Rio de Janeiro: UFRRJ, 2010. 146 p. Tese (Mestrado) – Programa de Pós Graduação em Engenharia Química, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2010. . NUNES, S.P. Produção e consumo de óleos vegetais no Brasil, disponível: Boletim Eletrônico, junho de 2007, n° 159. Disponível em: http://www.deser.org.br/documentos/doc/Produ%E7%E3o%20e%20consumo%20de%20%F3 leos%20vegetais.pdf ado em: 27/08/2013, às 19:40h. Oil World (dados da produção brasileira). Disponível http://www.ecoleo.org.br/reciclagem.html ado em: 27/08/2013, às 19:30h

em:

Oil World (previsão 2013-2014) Disponível em: http://www.bloomberg.com/news/2013-0827/rapeseed-seen-by-oil-world-leading-rebound-in-oilseed.html ado em: 27/08/2013, às 20h. ZAMBELI, R.A. Relatório referente à prática de determinação da densidade de óleos. Fortaleza: UFC, 2009. 4 p. Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2009.

543

I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

CINÉTICA DE SECAGEM DO MORANGO FELIPE ALMEIDA DE SOUSA1; EDNILTON TAVARES DE ANDRADE2; VITOR GONÇALVES FIGUEIRA3; ELISABETH DE MORAES D’ANDREA4;LUIZ CARLOS CORRÊA FILHO5 1

Mestrando em Engenharia de Biossistemas, UFF, (21) 8013-8922, [email protected] Doutor, Professor Associado UFF, (21) 2629-5390, [email protected] 3 Engenheiro Agrícola e Ambiental, UFF,(21) 8258-7964, [email protected] 4 Mestranda em Engenharia de Biossistemas, UFF, (21) 2629-9532, [email protected] 5 Mestrando em Engenharia de Biossistemas, (24) 8146-6773, UFF, [email protected] 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO:O presente trabalho teve como objetivo analisar a cinética de secagem do morango (Fragaria sp.) para diferentes condições controladas de temperatura (40 °C, 55 °C e 70 °C), avaliar as curvas de secagem e ajustar diferentes modelos matemáticos de secagem aos dados experimentais. Para o ajuste dos dados experimentais foram utilizados os modelos matemáticos: Page, Aproximação da Difusão, Dois Termos, Exponencial de Dois Termos, Henderson e Pabis, Henderson e Pabis Modificado, Logarítmico, Midilli e Verna, utilizando-se análise de regressão não linear com uso de programa estatístico. De acordo com os resultados obtidos, a temperatura influenciou a cinética de secagem do morango, pois quanto maior a temperatura mais rápida foi a secagem, mas outras vertentes devem ser consideradas como a qualidade do produto que deve ser preservada. O modelo de Midilli foi o mais favorável para a representação da simulação de cinética de secagem. PALAVRAS–CHAVE: morango; cinética de secagem; modelos matemáticos

DRYING KINETIC OF STRAWBERRY ABSTRACT:This study aimed to analyze the drying kinetics of strawberry (Fragaria sp.) for different conditions of controlled temperature (40 ° C, 55 ° C and 70 ° C), to evaluate the drying curves and adjust different mathematical models for drying experimental data. To fit the experimental data were used mathematical models: Page, Approximation of Diffusion, Two , Exponential Two , and Pabis Henderson, Henderson and Pabis Modified Logarithmic Midilli and Verna, using nonlinear regression analysis with use of statistical software. According to the results, the temperature influence on the kinetics of drying the fruit, since the higher the temperature was faster drying, but other aspects must be considered as the product quality must be preserved. The model was Midilli the most favorable for the representation of the simulation air drying kinetic simulation. KEYWORDS: strawberry; drying kinetics; mathematical models

544

INTRODUÇÃO O morango (Fragaria sp.) é uma fruta com alto valor nutritivo, nela é possível encontrar compostos fenólicos, como a vitamina C e flavonoides, especialmente da classe das antocioninas. Estas substâncias presentes no morango contém funções que permitem uma alta capacidade antioxidante, anti-carcinogênica e antitrombótica. (MUDNIC,2009) A produção da cultura do morango na última década teve um crescimento bastante significativo, para os pequenos produtores rurais dos estados Rio Grandes do Sul, Paraná, Minas Gerais, Espírito Santo e São Paulo. A rentabilidade da cultura do morango pode chegar a 224 %, é um fator favorável que pode ser associado ao crescimento de pequenos produtores agrícolas (ESCOBAR, 2012). A produção brasileira de morango tem a sua maior parte destinada ao mercado in natura. A produtividade média por estado, em toneladas por hectare, é de 32,7, no Rio Grande do Sul; 21,3, no Paraná; 25,2, em Minas Gerais; 34, no Espírito Santo; e 34, em São Paulo. O Brasil não consegue suprir toda a sua demanda de consumo, portanto importa da Argentina, Chile e Uruguai, países com alto potencial de exportação do fruto morango (ESCOBAR, 2012). Os prejuízos e perdas devido ao alto número de produção podem ser controlados pela produção de as, a partir de frutas tropicais. A faixa ideal para estudos de secagem e armazenamento deve ser de 0 – 25 % de água adsorvida. (HUNT & PIXTON, 1974) MATERIAL E MÉTODOS As amostras das frutas foram compradas no mercado localizado no Município de Niterói, em seguidas levadas para o Laboratório de Termociência (LATERMO), da Universidade Federal Fluminense. Os morangos foram cortados longitudinalmente em duas partes com faca inox, com objetivo de obter um material com forma geométrica plana homogênea, e em seguida foram secas em secador estacionário de laboratório com temperaturas aproximadas de 40°C, 55°C e 70°C, a velocidade do ventilador fornecida pelo anemômetro de pás rotativas foi de aproximadamente 1,0 m.s-1 e umidade relativa do ar e temperatura ambiente fornecidas pelo termo higrômetro. O produto foi seco em um secador de frutas nas diferentes temperaturas do ar de secagem. O ar foi aquecido por um conjunto de lâmpadas em sua base e foi conduzido ao secador de forma homogênea por meio de um ventilador com circulação forçada de ar. A metodologia que destinou na determinação do teor de água das amostras de morango, teve efeito com base no método da estufa descrito pelo Instituto Adolfo Lutz (1985). O secador estacionário agregou três amostras de morango em três bandejas perfuradas, para cada temperatura, que foram pesadas em vários intervalos de tempo, com auxílio de uma balança GEHAKA MODELO BG 1000. A coleta dos dados da cinética de secagem foram realizadas em períodos diferentes. Para as temperaturas do ar de secagem de 40°C, 55°C e 70°C, os produtos apresentavam teor de água inicial de, respectivamente, 12,97, 10,70 e 13,31 b.s. e sendo as condições externas de umidade relativa do ar ambiente média de 39,77%, 32,12% e 34,05% e de temperatura do ar média de 22,53°C, 23,6°C e 23,12°C, respectivamente. A partir desses dados foi possível determinar a umidade relativa do ar de secagem com auxílio do software GRAPSI. UMIDADE DE EQUILÍBRIO EM BASE SECA

545

A umidade de equilíbrio, em base seca foi determinada pelo modelo de GAB (Guggenheim–Anderson–De Boer) representado na literatura pela seguinte equação 1 (Anderson, 1946; Guggenheim, 1966; Van de Boer, 1953; Van den Borg,1984): X = 8y.

Þß .}.y.à

(1)

à 8y.à ¼}.y.à

Em que, X é o teor de água de equilíbrio em base seca, em decimal; A² é a atividade de água, em decimal; X ¶ é o conteúdo de umidade na monocamada molecular, adimensional; K é o fator relacionado à multicamada, adimensional; C é a constante de Guggenheim, adimensional.

As equações 2 e 3 são aplicadas na equação 1, para o cálculo do teor de água de equilíbrio em base seca. ∆â

(2)

Ɖ

(3)

C = C_ exp +w ä† 3 ã

K = K _ exp + w äå 3 ã

Em que, R æ é a constante universal do gás, em J. mol8 . K 8 ; ∆H} é a variante de Guggenheim, em J. mol8 . K 8; ∆Hé é a variante de multicamadas, em J. mol8 . K 8 ; C_ é a constante de GAB, adimensional; K _ é a constante de GAB, adimensional; T é a temperatura, em °C

A constante universal do gás R æ = 8,3143 J. mol8 . K 8 . As constantes de GAB (Guggenheim–Anderson–De Boer), para o fruto do morango de acordo com os autores (KHALLOUFI, GIASSON e RATTI, 2000), as constante assume os seguintes valores ∆H} = 566,2 J. mol8 . K 8 ; ∆Hé = −26,49 J. mol8 . K 8;C_ = 0,384 ;K _ = 1,099. A partir dos dados obtidos durante a secagem foram construídos gráficos de curva de secagem em função do tempo. A razão de umidade e os dados de secagem foram expressos graficamente em função do tempo de secagem. Os modelos matemáticos de Aproximação da difusão, Dois termos e Exponencial de dois termos, Henderson, Henderson e Pabis, Henderson e Pabis modificado, Logarítmico, Midilli, Page, Verna, foram ajustados aos dados experimentais por meio de regressão não linear, no programa STATISTICA versão 7. A Tabela 1 mostra as equações referentes a cada modelo. Tabela 6–Modelos matemáticos utilizados para predizer o fenômeno de secagem de produtos agrícolas Designação do modelo Modelo EQ. n Page 4 RU = exp (-kt ) RU = aexp(-kt ) + (1- a )exp(-kbt) Aproximação da Difusão 5 RU =aexp(-k 0 t)+bexp(-k1t) Dois Termos 6 RU = aexp(-kt ) + (1- a ) exp(-kat) Exponencial de Dois Termos 7 RU = aexp (-kt ) + c Henderson e Pabis 8 RU=aexp(-kt)+bexp(-k 0 t)+cexp(-k1t) Henderson e Pabis Modificado 9 RU = aexp (-kt ) + c Logarítmico 10 n Midilli 11 RU = aexp (-kt )+ bt Thompson Verna

((-a (a + 4bt ) ) / 2b)

12

RU = aexp (-kt ) + (1- a )exp(-kt)

13

RU = exp

2

0,5

546

Em que, RU é a razão de umidade do produto, adimensional; t é o tempo de secagem, em h; k, k0, k1 são coeficientes de secagem, em h-¹; a, b, c, n são constantes dos modelos, adimensional;

Para o cálculo da razão de umidade (RU) durante as secagens nas diferentes temperaturas, utilizou-se a expressão: RU =

ê ê‹

ê  ê‹

(14)

Em que, U é o teor de água do produto, em decimal base seca. Ui é o teor de água inicial do produto, em decimal base seca; Ue é o teor de água de equilíbrio do produto, em decimal base seca;

Na análise de representatividade da cinética de secagem dos modelos, os dados experimentais foram comparados com os valores estimados por cada modelo, verificando-se a porcentagem de erro médio relativo (P) e o erro médio estimado (SE), de acordo, respectivamente, com as equações a seguir (CHEN & MOREY; 1989; CHEN & JAYAS, 1998). P =

8:: ^

∑

SE = Ó∑

|А ÐÑ | Ð

А ÐÑ / ÔÕw

(15) (16)

Em que, Y é o valor observado experimentalmente; Y0 é o valor calculado pelo modelo; n é o número de observações experimentais; GLR são os graus de liberdade do modelo.

Segundo (CORRÊA, MACHADO e ANDRADE, 2001), a taxa de redução de água é definida como a quantidade de água que um determinado produto perde por unidade de matéria seca do produto por unidade de tempo, como pode ser visto na equação 16. ë²ì  벍

TRA = ë

… a aì

(17)

Em que, TRA é a taxa de redução de água, em kg. kg-1. h-1; Mao é a massa de água total anterior, em kg; Mai é a massa de água total atual, em kg; Ms é a matéria seca, em kg; to é o tempo total de secagem anterior, em h; ti é o tempo total de secagem atual, em h.

RESULTADOS E DISCUSSÃO A (FIGURA 1) apresenta as curvas de secagem do morango com diferentes temperaturas do ar de secagem. Como se pode observar na figura o aumento na temperatura do ar de secagem provoca uma redução no tempo de secagem, ou seja, são inversamente proporcionais.

547

1 0,9

Razão de Umidade (RU)

0,8 0,7 0,6

RU 70°C RU 55°C

0,5

RU 40°C 0,4 0,3 0,2 0,1 0

5

10 Tempo de15secagem (h) 20

25

30

Figura 12 - Variações da razão de umidade, na secagem do morango, em função do tempo para diferentes temperaturas do ar de secagem. A Tabela 2 apresenta os valores dos parâmetros obtidos para o ajuste de cada modelo para as temperaturas de 40°C, 55°C e 70°C. As constantes de secagem, erro médio relativo (P), erro médio estimado (SE) e coeficiente de determinação (R²) para os modelos estudados utilizando análise de regressão não linear pelo método Quasi-Newton. Tabela 7– Parâmetros obtidos dos modelos ajustados aos dados de secagem de morango a temperatura de 40ºC, 55°C e 70°C Temperatura 40ºC Modelo Aprox. da difusão Dois termos Exp. de dois termos Henderson e Pabis Henderson e Pabis modificado Logarítmico Midilli Page Thompson Verna

2

R

P

99,94 99,95

3,72 3,11

99,85

SE

A

K

B

K0

k1

C

N

0,045 0,9999 0,032 0,0002

0,1052 -

-2,037 1,0151

-0,19

0,108

-

-

8,37

0,099 0,6295

0,1233

-

-

-

-

-

99,84

9,38

0,102 1,0064

0,104

-

-

-

-

-

99,95

3,11

0,025 0,1656

0,1076

0,0002

-0,19

0,108

0,85

-

99,90 99,98 99,83 92,52 99,83

5,58 2,27 9,38 46,22 9,37

0,056 0,022 0,103 0,675 0,103

0,1154 0,0826 0,103 0,1032

0,0022 0,0971 -

-

-

0,9851 0,9875 0,1035 0,1000

0,036 1,1346 1,0007 -

548

Temperatura 55ºC Modelo Aprox. da difusão Dois termos Exp. de dois termos Henderson e Pabis Henderson e Pabis modificado Logarítmico Midilli Page Thompson Verna

R2

P

99,88 99,61

8,34 8,06

99,85

SE

A

K

B

K0

k1

C

N

0,051 0,4414 0,041 0,5051

0,3205 -

1 0,5051

0,324

0,324

-

-

5,16

0,052 1,5599

0,3997

-

-

-

-

-

99,72

8,06

0,071 0,3245

0,3245

-

-

-

-

-

99,72

8,06

0,032 0,3368

0,3245

0,3367

0,324

0,324

0,337

-

99,96 99,98 99,82 90,58 99,71

1,60 1,19 5,65 40,28 8,34

0,019 0,010 0,057 0,404 0,072

0,2404 0,2781 0,2919 0,3205

-0,025 0,2606 -

-

-

K

B

K0

k1

C

N

1,1521 0,9985 0,2657 0,1000

-0,17 0,8973 1,0842 -

Temperatura 70ºC Modelo Aprox. da difusão Dois termos Exp. de dois termos Henderson e Pabis Henderson e Pabis modificado Logarítmico Midilli Page Thompson Verna

2

R

P

SE

A

99,94 99,95

3,72 3,11

0,045 0,9999 0,032 0,0002

0,1052 -

-2,037 1,0151

-0,19

0,108

-

-

99,85

8,37

0,099 0,6295

0,1233

-

-

-

-

-

99,84

9,38

0,102 1,0064

0,104

-

-

-

-

-

99,95

3,11

0,025 0,1656

0,1076

0,0002

-0,19

0,108

0,85

-

99,90 99,98 99,83 92,52 99,83

5,58 2,27 9,38 46,22 9,37

0,056 0,022 0,103 0,675 0,103

0,1154 0,0826 0,103 0,1032

0,0022 0,0971 -

-

-

0,9851 0,9875 0,1035 0,1000

0,036 1,1346 1,0007 -

Os modelos utilizados para representar a cinética de secagem do morango, apresentaram coeficientes de determinação superior a 99,6% e erro médio relativo inferior a 10% com exceção do modelo de Thompson, pois o relativo é muito superior a 10% que exclui esse modelo do teste de cinética de secagem. O modelo de Midilli apresentou um erro médio relativo muito baixo e um coeficiente de determinação mais próximo de 100 %, portanto a cinética de secagem é melhor representada por esse modelo. Os estudos das curvas de secagem do morango foram realizados com objetivo de observar o comportamento da secagem, para cada temperatura estudada, como pode ser observado nas (FIGURAS 2, 3 e 4), que expressam a razão de umidade experimental, taxa de redução de água e a razão de umidade simulada pelo modelo de Midilli.

549

‘

Figura 2 – Curva de razão de umidade, umidade, experimental e simulada pelo modelo de Midilli para temperatura de 40ºC

Figura 3 – Curva de razão de umidade, experimental e simulada pelo modelo de Midilli para temperatura de 55ºC

550

Figura 4 – Curva de razão de umidade, experimental e simulada pelo pelo modelo de Midilli para temperatura de 70ºC A taxa de redução de água foi homogênea para todas as temperaturas estudadas, e a representação da cinética de secagem foi realizada de forma satisfatória e equilibrada. CONCLUSÕES A temperatura do ar de secagem secagem de 70ºC propiciou o menor tempo de secagem. O modelo de Midilli foi o que melhor representou a cinética de secagem em todas as temperaturas estudas, com maior R2 e menor erro médio relativo e estimado. Os modelos testados apresentaram erro médio inferior inferior a 10 % (exceto o modelo de Thompson), condição que permite aceitabilidade para o modelo referente a cada temperatura de secagem. REFERÊNCIAS INSTITUTO ADOLFO LUTZ. Normas Analíticas do Instituto Adolfo Lutz. Lutz [S.l.]: [s.n.], 1985. ANDERSON, R. B. (1946). 46). Modification of BET equation. Journal of American Chemical Society, 68, 686–691. CHEN, C.; JAYAS, D. S. Evaluation of the GAB equation for the isotherms of agricultural products. Transactions of ASAE, ASAE St. Joseph, v. 41, n. 6, p. 1755-1760, 1760, 1998. CORRÊA, P. C.; MACHADO, P. F.; ANDRADE, E. T. D. Cinética de secagem e qualidade de grãos de milho-pipoca. pipoca. Ciência e Agrotecnologia,, Lavras, v. 25, p. 134-142, 134 Janeiro/Fevereiro 2001. CORRÊA, P. C.; MACHADO, P. F.; ANDRADE, E. T. D. Cinética Cinética de secagem e qualidade de grãos de milho-pipoca. pipoca. Ciência e Agrotecnologia,, Lavras, v. 25, p. 134-142, 134 Janeiro/Fevereiro 2001. ESCOBAR, JULIANA O Morango é a nova árvore do conhecimento da Agência Embrapa de Informação. Jornal O Trombeta, Capanema, Ed 1088, p. 1-32, Maio 2012 GUGGENHEIM, E. A. Application of statistical mechanics.[S.l.]: mechanics.[S.l.]: Clarendon Press. 1966.

551

HUNT, W. H.; PIXTON, S. W. Moisture: its significance, behavior, and measurement. In: CHRISTENSEN, C.M. Storage of cereal grain and their products, St. Paul: American Association of Cereal Chemists, p. 1-55, 1974. KHALLOUFI, S.; GIASSON, J.; RATTI, C. Water activity of freeze dried mushrooms and berries. Canadian Agricultural Engineering, v. 42, n. 1, p. 7.1-7.13, January/February/March 2000. MUDNIC, I. et al. Cardiovascular effects in vitro of aqueous extract of wild strawberry (Fragaria vesca, L.). International Journal of Phytotherapy and Phytopharmacology, 16, 2009. 462-469. VAN DE BOER, J. H. The dynamical character of adsorption. Oxford: Clarendon Press. [S.l.]: [s.n.]. 1953. VAN DEN BORG, C. Description of water activity of foods for engineering purposes by means of G.A.B. model sorption. Engineering and food, New York, v. 1, 1984.

552

I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

ANÁLISE DA CONTRAÇÃO VOLUMÉTRICA DO MORANGO FELIPE ALMEIDA DE SOUSA1;EDNILTON TAVARES DE ANDRADE2; VITOR GONÇALVES FIGUEIRA3; ELISABETH DE MORAES D’ANDREA4; LUIZ CARLOS CORRÊA FILHO5 1

Mestrando em Engenharia de Biossistemas, UFF, (21) 8013-8922, [email protected] Doutor, Professor Associado UFF, (21) 26295390, [email protected] 3 Engenheiro Agrícola e Ambiental, UFF,(21) 8258-7964, [email protected] 4 Mestranda em Engenharia de Biossistemas, UFF, (21) 2629-9532, [email protected] 5 Mestrando em Engenharia de Biossistemas, (24) 8146-6773, UFF, [email protected] 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: O presente trabalho teve como objetivo avaliar a contração volumétrica do morango durante a secagem e ajustar diferentes modelos matemáticos aos valores experimentais que representem todo o processo para diversas condições de temperatura. Foram utilizados morangos, oriundos do comercio local e submetidos à secagem sob condições controladas de temperatura (40°C, 55°C e 70°C). Os dados experimentais foram ajustados os seguintes modelos matemáticos: Bala & Woods Adaptado, Linear Adaptado, Exponencial Adaptado, Rahman Adaptado, Bala, Corrêa, Exponencial, Linear e Polinominal, ajustados para o processo de contração volumétrica, e das frutas. Com base nos resultados obtidos, conclui-se que a redução do teor de água influencia na contração volumétrica do morango. O modelo matemático Bala foi o que melhor representou o fenômeno de contração volumétrica dos frutos de morango. PALAVRAS–CHAVE: Morango, contração volumétrica, modelos matemáticos.

CONTRACTION OF VOLUMETRIC ANALYSIS OF STRAWBERRY ABSTRACT: This study aimed to evaluate the shrinkage during drying of strawberry and adjust different mathematical models to experimental values representing the whole process for various temperature conditions. Strawberries were used, originating from the local market and subjected to drying under controlled temperature (40 ° C, 55 ° C and 70 ° C). The experimental data were adjusted for the following mathematical models: Bala & Woods Adapted Adapted Linear, Exponential Adapted Adapted Rahman, Bala, Corrêa, Exponential, Linear and polynomial, adjusted to the process of shrinkage, and fruits. Based on these results, it is concluded that the reduction of water content influences the shrinkage of strawberry. The mathematical model Bala was best represented the phenomenon of shrinkage of strawberry fruits. KEYWORDS: Strawberry, shrinkage, mathematical models.

553

INTRODUÇÃO Os frutos de morango, são consumidos na forma natural ou semi-processado, utiliza- se para a sua conservação produtos totalmente naturais e biodegradáveis, os quais os frutos do morango não alteram sabor, cor e aroma do produto. Para manter a qualidade do produto empregam técnicas e resfriamento que são capazes de estender a vida útil do produto sem alterar suas características. A conservação do morango pode ser realizada com temperaturas baixas, que permite o armazenamento, transporte a distâncias longas e comercialização do produto. O processamento do fruto deve ser realizado com muito cuidado, pois apresenta uma alta perecibilidade na pós-colheita. (CHITARRA e CHITARRA, 1990). Segundo (SANHUEZA, HOFFMANN, et al., 2005), 100 gramas de morango apresenta as seguintes características nutricionais: Calorias (Kcal): 39, Glicídios (g): 7,4 ; Proteína (g): 1 ; Lipídios (g): 0,6 ; Cálcio (mg): 22 ; Fósforo (mg): 22 ; Ferro (mg): 0,9; Sódio (mg): 31,5 ; Potássio (mg): 155,2 ; Cobre (mg): 0,20 ; Enxofre (mg): 11,5 ; Zinco (mg): 0,23 ; Iodo (µg): 0,16 ; Vitamina A (µg): 3 ; Vitamina B1 (µg): 30 ; Vitamina B2 (µg): 40 ; Vitamina C (µg): 72,8 e Niacina (µg): 0,4. A (FIGURA 1) apresenta os dados de importações brasileiras do morango, referentes ao período de janeiro de 2010 a setembro de 2012, observa-se que as importações foram de maior intensidade para esses anos, nos meses de fevereiro a maio e de menor intensidade no mês de agosto.

Figura 1 - Dados de Importações Brasileiras de Morango. Fonte: (SECEX: SECRETARIA DE COMÉRCIO EXTERIOR, 2011/2012) A média do volume exportado de morango referente ao período de janeiro de 2010 a setembro de 2012 foi próximo de zero, analisando todo esse período observa-se que somente nos meses de novembro 2010, dezembro 2010 e abril de 2012, apresentaram dados de exportação equivalente a 1,592 kg, 1,384 kg e 1,000 kg, respectivamente. (SECEX: SECRETARIA DE COMÉRCIO EXTERIOR, 2011/2012). MATERIAS E MÉTODOS O presente trabalho desenvolvido no Laboratório de Termociências (LATERMO), situado na Escola de Engenharia no campus da Praia Vermelha da Universidade Federal Fluminense em Niterói, Estado do Rio de Janeiro. O produto foi seco em um secador específico para fruta, em condição de diferentes temperaturas. O ar aquecido pelo conjunto de lâmpadas na base foi conduzido ao secador de forma homogênea, por meio de um ventilador com circulação forçada de ar. Os morangos foram cortados de forma longitudinal em duas partes com auxílio de uma faca inox, objetivando a obtenção de um material, com a forma geométrica plana homogênea. 554

Em seguida foram secas em secador estacionário de laboratório com temperaturas aproximadas de (40°C, 55°C e 70°C), a velocidade do ventilador fornecida pelo anemômetro de pás rotativas foi de aproximadamente 1,0 m.s-1. A umidade relativa do ar e a temperatura do ar ambiente foram obtidas pelo termo higrômetro digitais. A metodologia para a determinação do teor de água das amostras de morango foi com base no método da estufa descrito pelo (INSTITUTO ADOLFO LUTZ, 1985). O secador estacionário agregou 3 amostras de morango para cada temperatura estudada, com auxílio de uma balança GEHAKA MODELO BG 1000. O secador utilizado é composto por bandejas removíveis com fundo telado, para permitir a agem do ar por entre o produto disposto no fundo das bandejas. No processo de secagem, as bandejas contendo o produto foram pesadas, periodicamente com objetivo de acompanhar a perda de peso do produto decorrente na secagem, e a realização das respectivas medições. A temperatura do secador foi controlada com auxílio de um termômetro ordinário, com precisão de 0,1ºC. Foram utilizadas três bandejas contendo três frutos cada. A determinação do volume do fruto de morango foi ajustada para o volume de um cone elíptico, sendo medidas suas dimensões por meio de paquímetro digital com resolução de 0,01 m. O volume foi determinado pela equação 1, seguindo a esquematização conforme a (FIGURA 2) (STEWART, 2002) V= mm.

Ž²îI



<

(1)

Em que, V é o volume do cone elíptico, em mm< ; a b h são dimensões do cone elíptico, em

Figura 2 - Desenho esquemático de um cone elíptico suas dimensões características. O índice de contração volumétrica do morango (Ψ), durante a secagem foi determinado pela relação entre o volume para cada teor de água e o volume inicial, de acordo com a equação: µ

Ψ = µ Ñ

(2)

Em que, Ψ é o índice de contração volumétrica, em decimal; V é o volume em cada teor de água, em m3; V0 é o volume inicial, em m3.

Aos dados experimentais de contração volumétrica (Ψ) foram ajustados os modelos matemáticos descritos pelas equações listadas na tabela 1.

555

Tabela 1 - Modelos matemáticos utilizados para ajustes. Modelo

Equação

Exponencial Adaptado

Ψ =(a(exp(bU(Tc))))

(3)

Linear Adaptado

Ψ =(a+(bU))Tc

(4)

Rahman Adaptado

Ψ =(1+(a(U-U0)))Tb

(5)

Bala & Woods Adaptado

Ψ =(1-(a(1- exp(-b(U0-U)))))Tc

(6)

Correa

Ψ =1/ (a+b exp(U))Tc

(7)

Bala

Ψ=1-a*(1-exp(-b*((U0 /100)-(U/100))))

(8)

Polinomial

Ψ =(a+bU+CU2)Tc

(9)

Exponencial

Ψ =a*Exp(b*(U/100))

(10)

Linear

Ψ =a+b*(U/100)

(11)

Em que, Ψ é o índice de contração volumétrica, em decimal; U = teor de água, em % base seca; U0 é o teor de água inicial, em % base seca; T é a temperatura do ar de secagem, em ºC; a, b, c são constantes que dependem do produto.

A análise de representatividade da cinética de secagem dos modelos, aos dados experimentais foi comparada com os valores estimados por cada modelo, verificando-se a porcentagem de erro médio relativo (P) e o erro médio estimado (SE), de acordo, respectivamente, com as equações a seguir. (CHEN & MOREY; 1989; CHEN & JAYAS, 1998)

P=

∑( Y − Yˆ ∑(Y − Y)$

100 ⋅ n

)

Y

(12)

2

SE =

GLR

(13)

Em que, Y é o valor observado experimentalmente; Y0 é o valor calculado pelo modelo; n é o número de observações experimentais; GLR são os graus de liberdade do modelo.

Os dados experimentais foi utilizado o programa STATISTICA 7.0, e a análise de regressão não linear foi realizada pelo método Quasi-Newton. Os valores de erro médio relativo inferior a 10% indicam um melhor ajuste para as condições propostas. (MOHAPATRA & RAO, 2005). RESULTADOS E DISCUSSÕES A análise dos dados indica que o modelo de Bala ajustou-se da melhor forma aos dados obtidos de contração volumétrica. Observa-se, ainda, que este modelo apresentou um coeficiente de determinação de 98,40% e baixos valores de erros médios relativos e estimados em ambos os casos, conforme a tabela 2.

556

Tabela 2 - Constantes de secagem para elaboração das curvas de contração volumétrica. Modelo

a

b

c

P (%)

SE (dec)

R2

Exponencial Adaptado

0,22924 0,10197 0,03405 15,23155 0,388103

Linear Adaptado

0,02768 0,04776 0,1081

13,14937 0,193049 98,42945

Rahman Adaptado

0,07914 -0,0106

12,44613 0,258438

Bala & Woods Adaptado

1,33383 0,08551 0,00352 9,016366 0,137409 98,1455

Corrêa

17,9703

Bala

1,40363 7,85171

Polinomial

-

-14,94

93,578

97,205

-

22,55764 0,34828

89,431

-

8,926666 0,087673

98,401

0,06775 6,56723 4,65565

12,5252

0,34137

95,07

Exponencial

0,22898 11,6751

-

15,37614

0,2247

93,54

Linear

0,04667 7,26908

-

13,0546

0,34213

95,047

Para os modelos analisados somente os modelo de Bala e o Bala & Woods Adaptado apresentaram erro médio relativo inferior a 10 %, mas o modelo Bala apresentou um resultado mais satisfatório. Nas Figuras 3, 4 e 5 apresentam os valores de contração volumétrica experimental e simulado pelo modelo Bala em função do tempo de secagem para as temperaturas de 40°C, 55°C e 70°C. 1,000

Contração Volumétrica (Ψ)

0,900 0,800 0,700 0,600

Ψ experimental

0,500 Ψ simulado

0,400 0,300 0,200 0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

Tempo (h)

Figura 3 - Gráfico de contração volumétrica para 40°C.

557

1,000

Contração Volumétrica (Ψ)

0,900 0,800 0,700 0,600

Ψ experimental

0,500 Ψ simulado

0,400 0,300 0,200 0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

Tempo (h)

Figura 4 - Gráfico de contração volumétrica para 55°C. 1,000

Contração Volumétrica (Ψ)

0,900 0,800 0,700 0,600

Ψ experimental

0,500 Ψ simulado

0,400 0,300 0,200 0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

Tempo (h)

Figura 5 - Gráfico de contração volumétrica para 70°C. A contração volumétrica ocorreu de forma mais acelerada no início da secagem, conforme o produto perdia água, consequentemente o tamanho do fruto do morango era reduzido. CONCLUSÃO Com base nos resultados obtidos, observou-se que a contração volumétrica do fruto de morango é em função da redução do teor de água, mas também estão atreladas as condições do processo e a geometria do produto.

A contração volumétrica foi mais rápida para a temperatura de 70° C. Na simulação, o modelo de Bala, dentre os modelos de simulação foi o mais representativo para o fenômeno da contração volumétrica da massa e unitária dos frutos de morango.

558

REFERÊNCIAS INSTITUTO ADOLFO LUTZ. Normas analíticas do instituto Adolfo Lutz: métodos químicos e físicos para analise de alimentos. 3.ed. São Paulo: Adolfo Lutz, 1985. v.1,332 p. CHEN, C.; MOREY, V. Equilibrium relativity humidity (ERH) relationships for yellow-dente corn. Transactions of ASAE, St. Joseph, v.32, n.3, p.999-1006, 1989. CHEN, C.; JAYAS, D.S. Evaluation of the GAB equation for the isotherms of agricultural products. Transactions of ASAE, St. Joseph, v.41, n.6, p.1755-1760, 1998. CHITARRA, M. I. F.; CHITARRA, A. B. Pós-colheita de frutas e hortaliças: Fisiologia e manuseio. ESAL FAEPE, Lavras, p. 320, 1990. MOHAPATRA, D.; RAO, P.S. A thin layer drying model of parboiled wheat. Journal of Food Engineering, London, v.66, n.4, p.513-18, 2005. SANHUEZA, R. M. V. et al. Sistema de Produção de Morango para Mesa na Região da Serra Gaúcha e Encosta Superior do Nordeste. Embrapa, Dezembro 2005. ISSN 1678-8761. Disponivel em: . o em: 3 Setembro 2013. SECEX: SECRETARIA DE COMÉRCIO EXTERIOR. Catálogo Análise das Exportações e Importações de Frutas Frescas no período de Setembro de 2011 a Setembro de 2012. Secretaria de Comércio Exterior. [S.l.]. 2011/2012. STEWART, J. Cálculo. 4ª. ed. [S.l.]: Pioneira Thompsom Learning, v. II, 2002.

559

I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO DE UM COMPÓSITO RESINA EPÓXIABRASIVO COMO FERRAMENTA DE CORTE PARA POLIMENTO DE PORCELANATO EMPREGANDO PROCESSAMENTO DE IMAGENS L.B. PROENÇA1, R.N. VIDIGAL2, F.A.R. CALADO3, C.R. CALADO4, I.P.PINHEIRO5 1

Aluno de Graduação do Curso de Engenharia de Materiais, CEFET-MG, 91376038, [email protected] Aluno de Graduação do Curso de Engenharia de Materiais, CEFET-MG, 93426820, [email protected] 3 Mestre em Engenharia Elétrica/UFMG, 3409-5242, [email protected] 4 Professor Adjunto, CEFET-MG, 99797067, [email protected] 5 Professor Adjunto, CEFET-MG, 86851060, [email protected] 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: As ferramentas de corte são importantes instrumentos de trabalho de muitos processos industriais para dar acabamento ao produto final. Desenvolver ferramentas mais resistentes e com boa qualidade evita gastos com manutenção e aumentam a produtividade da empresa. No processo de polimento do porcelanato, utilizar de um bom instrumento de trabalho é de suma importância para promover melhores resultados quanto ao brilho da peça já que essa característica é a que mais agrega valor ao produto final. Este trabalho busca pesquisar, desenvolver e produzir uma ferramenta de corte baseada em resina epóxi com bom potencial de polimento. Para comprovar a eficiência da ferramenta foram realizados testes de simulação da etapa de acabamento do porcelanato. O desempenho da ferramenta e do abrasivo foi determinado empregando-se o processamento de dados em imagens obtidas por micrografia óptica em um aumento de 10X. Para este trabalho foi desenvolvido um algoritmo dedicado a este tratamento em especifico. PALAVRAS–CHAVE: polimento, agente abrasivo, ferramenta de corte.

PERFOMANCE EVALUATION OF A RESIN EPOXY- ABRASIVE COMPOSITE AS CUTTING TOOL FOR POLISH OF PORCELAIN ABSTRACT: Cutting tools are important instruments of work for many industrial processes, in order to give a good finishing to the final product. Developing resistant and high-quality tools avoid spending in maintenance and, in the other hand, it increases the productivity of companies. In the polish process of porcelain is quite important using a good instrument of work to improve results, such as the brightness of porcelain, once that this characteristic gathers more value to the final product. This work aim to search, develop and produce a cutting tool based in epoxy resin with good potential of polish. Simulation tests of the polish stage were made to prove the tool efficiency. The performances of the tool and the abrasive were determined using image processing through pictures obtained from an optical micrograph with a magnification 10x. An algorithm was developed to this specific treatment. KEYWORDS: Polish, abrasive, cutting tool.

560

INTRODUÇÃO A crescente evolução tecnológica impulsiona o desenvolvimento de novos materiais com propriedades mais adequadas para o produto industrial. Para isso, estudiosos não buscam apenas melhorias nas características finais do material, mas também modificam as etapas ou instrumentos de confecção do produto(1). O desenvolvimento de ferramentas de corte com melhor qualidade é essencial, pois além de possibilitar a melhora das características finais da peça, reduz custos e amplia a produtividade da empresa. Para obter uma boa ferramenta de corte é importante avaliar propriedades como dureza, resistência ao desgaste e à compressão e se o material apresenta tenacidade suficiente para evitar falhas por fratura(2). Para a produção do porcelanato polido, o mais comercializado dentre os tipos de existentes no mercado, é necessário uma etapa de polimento que tem como objetivo retirar os riscos e defeitos e dar brilho a superfície do produto final. No entanto, essa etapa de processamento gera uma quantidade elevada de resíduo, que além de aumentar os custos de produção é necessário gerenciar e descartá-los adequadamente, esse rejeito gera um problema ambiental(3). Há uma crescente necessidade de se buscar alternativas de reciclagem e/ou reaproveitamento desses materiais, motivado principalmente pela eliminação dos resíduos, redução dos custos de produção e preservação dos recursos naturais. A etapa de polimento do porcelanato é responsável por promover o acabamento da peça nas condições desejadas pelo fabricante. Trata-se de um processo mecânico de usinagem por abrasão que utiliza de ferramentas constituídas por uma matriz reforçada por materiais abrasivos(4). A técnica consiste em operações que reduzem a rugosidade superficial da peça com o propósito de imprimir brilho ao porcelanato, obtendo um produto com maior valor agregado(5). O objetivo deste trabalho é avaliar o desempenho de um compósito formado entre uma resina epóxi, termofixa, e materiais abrasivos como ferramenta de corte para a etapa de polimento do porcelanato. Tem-se com meta propor a substituição do carbeto de silício como agente abrasivo. A substituição do carbeto de silício por outro abrasivo irá facilitar o reaproveitamento do resíduo gerado no processo de polimento para a produção de porcelanato. Para avaliar a eficiência do processo de polimento, foram realizados testes que simulam esta etapa e o grau de polimento será avaliado por meio processamento de imagens digitais obtidas pela técnica de micrografia óptica. MATERIAL E MÉTODOS Para a realização deste trabalho, inicialmente foi caracterizado o resíduo gerado no processo de polimento, o porcelanato e o abrasivo comercialmente empregado na etapa de polimento. Após a coleta da torta em uma empresa de revestimentos cerâmicos, essa foi quarteada manualmente e determinado o teor de umidade da amostra úmida. Após esta etapa, foi realizada a secagem do material e a determinação do teor de umidade da amostra. A metodologia usada para a determinação do teor de umidade no resíduo consistiu em secá-lo em uma estufa a 115ºC durante uma hora e pesá-lo em seguida, este procedimento foi repetido até ser obtida massa constante. A determinação da composição química do resíduo, em termos de seus óxidos constituintes, da massa atomizada e do polidor foi realizada empregando-se a técnica de fluorescência de raios X (Shimadzu, EDX-720) e a determinação das fases presentes na torta e sua estrutura cristalina foi realizada pela técnica de difração de raios X (Shimadzu, XRD -

561

7000). Estas análises foram realizadas no Laboratório de Análises de Engenharia de Materiais, do CEFET-MG. As ferramentas de corte foram desenvolvidas à base de resina-epóxi com 14% em peso de material abrasivo. Amostras de porcelanato prontas para serem polidas foram preparadas para simular polimentos utilizando as ferramentas confeccionadas. Em seguida, testes que simulam a etapa de polimento foram realizados a fim de avaliar o desempenho preliminar de cada ferramenta de corte obtida. Nesta etapa do trabalho foram testados os agentes abrasivos: óxido de cromo (AM1), óxido de alumínio branco (AM2) e azul (AM3), óxido de silício (trípoli) (AM4), pó de diamante (AM5) e carbeto de silício (AM6). Os resultados de polimento obtidos com as ferramentas de corte foram comparados com uma peça de porcelanato polido industrialmente (AM7), referência. O grau de polimento das amostras foi avaliado por meio de tratamento de imagens obtidas por microscopia ótica com um aumento de 10X. Foi desenvolvido um algoritmo para a avaliação da porosidade e grau de brilho da amostra. Este algoritmo é composto por cinco etapas. Na primeira etapa a imagem original, já em escala de cinza, é aplicado um filtro morfológico de erosão para identificar as regiões porosas. Depois a imagem tem seu histograma calculado e equalizado. O cálculo do histograma permite avaliar o perfil de brilho da amostra. O ajuste do histograma aumenta o contraste da imagem melhorando a definição da rugosidade superficial. Este filtro remove ruídos deixando as regiões da imagem mais homogêneas. Por último, a imagem é binarizada com um limiar que identifica somente as regiões que estejam bem próximas dos níveis mais baixos (escala de cinza igual a 0). Foi estipulado um valor de 5% para este limiar. Para cada ferramenta desenvolvida foram coletadas três (3) imagens digitais distintas, dentro da região polida, de um mesmo corpo de prova de dimensão 80x40x10mm. O algoritmo de processamento de imagens foi desenvolvido na plataforma Matlab 2010a e executado em um computador do tipo PC com processador de 2.2Ghz, 1GB de memória RAM e com sistema operacional Windows XP Professional. RESULTADOS E DISCUSSÃO O teor de umidade encontrado para o resíduo úmido determinado logo após o polimento foi de 30,6% em peso e quando seco e quarteado foi de 1,0% em peso. Na tabela 2 são apresentados a composição química do porcelanato, do polidor e do resíduo de polimento obtidos pela técnica de fluorescência de raios X, pode-se observar que o resíduo apresenta elevada quantidade de sílica, alumina e óxido de magnésio e baixa quantidade de óxidos fundentes (CaO, SrO, Rb2O e K2O). Comparando os valores obtidos da composição química do porcelanato e abrasivo com a do resíduo, foi possível verificar que a alumina tem como provável origem o porcelanato, o óxido de magnésio está associado à base magnesiana presente no polidor e a sílica é oriunda do porcelanato e do abrasivo advindo do polidor. Dessa forma, pode-se afirmar que o resíduo é composto pela própria massa do porcelanato e pelo resíduo gerado pelo polidor(6-9). A semelhança química indica a possibilidade de realizar o reaproveitamento do resíduo gerado no processo de produção do porcelanato dentro da própria indústria. Os óxidos constituintes são típicos de corpos cerâmicos utilizados na fabricação de peças cerâmicas para piso (12).

562

Tabela 2 - Composição química (%em peso) da torta (resíduo do polimento do atomizada (porcelanato) e do polidor. Composto Torta Porcelanato Polidor %em peso Desvi %em peso desvi %em peso o o SiO2 66,12 0,23 68,18 0,19 22,13 Al2O3 18,61 0,32 25,44 0,267 ZrO2 1,27 0,01 0,04 0,00 CaO 2,29 0,01 1,53 0,00 2,31 MgO 3,82 0,01 44,71 K 2O 3,40 0,01 2,30 0,01 0,18 Fe2O3 1,41 0,01 1,02 0,00 4,91 TiO2 0,69 0,02 0,78 0,01 MnO 0,10 0,01 0,03 0,00 1,71 Rb2O 0,07 0,00 0,05 0,00 Y 2O 3 0,04 0,00 0,01 0,00 SrO 0,04 0,00 0,03 0,00 Cl 22,83

porcelanato), massa

desvi o 0,09 0,02 0,00 0,01 0,02 0,01 0,07

A figura 1 representa o difratograma da torta (resíduo obtido pelo polimento do porcelanato), observa-se que o resíduo é formado por uma fase vítrea (amorfa), evidenciada pela existência de um alargamento na linha base entre os ângulos 15º e 35º em 2, e fases cristalinas que foram identificadas como sendo a mulita, quartzo, carbeto de silício e uma mistura entre os óxidos de magnésio e ferro. Quando o porcelanato é queimado a partir de 1200 ºC forma-se a fase mulita (3Al2O3.2SiO2) no material. Essa fase é formada a partir de espinélios e aluminossilicatos amorfos obtidos a 980ºC, originado das argilas que possuem como minerais argilosos a caulinita e a ilita, além de outros aluminosilicatos. De acordo com Marques(11), o porcelanato é um material constituído por uma grande quantidade de fase vítrea e fases cristalinas que podem ser detectadas por meio da técnica de difração de raios X. A fase vítrea conterá os óxidos fundentes presentes no porcelanato (Fe2O3, Na2O e K2O) que em geral se concentram na fase vítrea após o processamento(7). Com o uso da curva termogravimétrica foi possível determinar o teor de carbeto de silício no resíduo, o valor encontrado foi de 3,8% em peso. Devido à liberação de gás carbônico durante a etapa de decomposição do carbeto de silício em óxido de silício, segundo alguns autores(6-10), a reutilização direta do resíduo do polimento de porcelanato é inadequada. Como o resíduo apresenta as mesmas fases do porcelanato, fase vítrea e fundentes, ele poderá ser usado como matéria prima na produção do porcelanato. Confirmando então o potencial de utilização do resíduo na própria formulação de porcelanatos. 3500

Q

Intensidade Relativa

3000 M - Mulita Q - Quartizo S - SiC Mg - (MgO)0,77(FeO)0,23

2500 2000 1500 1000

Q

500

S MgQ

M

M

Q Q

Q S

0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

2θ / graus

Figura 1 - Difratograma da torta (resíduo do polimento de porcelanato).

563

Para a avaliação do grau e homogeneidade do polimento do porcelanato foram obtidas imagens pela técnica de microscopia óptica no Laboratório de Materiais, Departamento de Química do CEFET-MG. Para o polimento de corpos de prova de dimensão 80x40x10mm, foi desenvolvida e construída uma politriz para trabalhos em pequena escala que simula a etapa de polimento do porcelanato. As condições experimentais empregadas neste trabalho foram: pressão aplicada de 0,7 MPa, rotação de polimento 1.400rpm, tempo de polimento sete minutos e diâmetro da área de polimento de 22mm. Os abrasivos empregados foram dispersos em uma resina epoxi no teor de 14% em peso. Esta resina foi reticulada e no final do processo foi obtido um compósito polimérico termofixo. Para uma avaliação preliminar de cada ferramenta desenvolvida, foram obtidas três (3) imagens de regiões distintas dentro da região polida de um mesmo corpo de prova. O grau de polimento das amostras foi avaliado por meio de processamento de três imagens obtidas por microscopia ótica com um aumento de 10X, por área polida. A avaliação do grau de polimento das amostras foi realizada por meio da avaliação do histograma, contagem de bordas das imagens obtidas pela técnica de microscopia óptica com aumento de 10X, empregando o programa MATLAB versão 2012. A curva do histograma forneceu o grau de polimento da amostras, onde o mesmo foi associado ao valor máximo da curva obtida. A homogeneidade do polimento foi relacionada ao desvio padrão determinado entre o conjunto de três imagens coletadas, a princípio acredita-se que quanto menor for o desvio padrão observado nas medidas, maior será a homogeneidade do polimento. Os agentes abrasivos selecionados para analise dos histogramas foram: óxido de cromo (AM1), óxido de alumínio branco (AM2) e azul (AM3), óxido de silício (trípoli) (AM4), pó de diamante (AM5) e carbeto de silício (AM7). Na Figura 1 são apresentados os histogramas das superfícies polidas, obtidas por microscopia óptica com um aumento de 10X, este procedimento foi realizado como forma de permitir a comparação do grau de polimento da superfície de cada peça.

564

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

(g)

Figura 1 - Imagens e histogramas das superfícies polidas, obtidas através da microscopia óptica: (a) óxido de cromo, (b) óxido de alumínio branco, (c) óxido de alumínio azul, (d) óxido de silício, (e) pó de diamante, (f) carbeto de silício e (g) referência – polida pela empresa. Aumento de 10X. Ao analisar as imagens apresentadas na Figuras 1 é possível perceber que todos os abrasivos usados poliram a superfície da porcelanato. Contudo, somente as amostras AM2 (óxido de alumínio branco) e a AM7 (referência) apresentaram as 3 curvas do histograma com valores máximos similares. As demais ferramentas de corte apresentaram certa discrepância entre os valores encontrados. Se a escolha da melhor ferramenta de corte fosse baseada somente em termos do valor máximo obtido na curva do histograma, a desenvolvida empregando o abrasivo óxido de alumínio azul, apresentaria o melhor desempenho, seguido pelo óxido de cromo, carbeto de

565

silício e o óxido de silício, Tabela 2. Contudo fica claro que a escolha da melhor ferramenta de corte, não pode ser realizada baseada exclusivamente neste parâmetro. Os valores médios do deslocamento máximo observado nos histogramas da Figura 1 são apresentados na Tabela 2. Tabela 2: Deslocamento máximo observado nas curvas dos histogramas prova polido. Corpo de prova p8 / u.a p; / u.a p< / u.a AM1 88 102 116 AM2 102 102 103 AM3 103 114 119 AM4 101 112 100 AM5 88 96 102 AM6 102 115 115 AM7 102 102 103

para cada corpo de p / u.a (102,0 11,4) (102,3 0,5) (112,0 6,7) (104,3 5,4) (95,3 5,7) (110,7 6,1) (102,3 0,5)

Ao analisar a Tabela 2, dos abrasivos testados o que apresentou o melhor grau e homogeneidade de polimento foi o óxido de alumínio branco (AM2), pico máximo obtido pelo histograma foi observado em 102,3 u.a., pois foi a medida que apresentou o menor desvio padrão. O desempenho desta ferramenta de corte foi similar ao encontrado para amostra de referência (AM7), porcelanato polido pela empresa. Os demais abrasivos, por apresentarem um alto desvio padrão, apresentam desempenhos semelhantes, eles estão na mesma faixa do óxido de alumínio branco. Sendo impossível, nesta etapa do trabalho, aferir qual é o mais eficiente. Quando se compara o desempenho do polimento obtido pela politriz de bancada, as amostras polidas com os abrasivos que apresentaram melhor desempenho são semelhantes à referência (AM7). Este resultado indica que existe a possibilidade de substituição do carbeto de silício como abrasivo na etapa de polimento do porcelanato, possibilitando a incorporação do resíduo diretamente no processo. A versão do algoritmo atual, usado no tratamento das imagens de microscopia óptica, ainda não consegue determinar, diretamente, qual das imagens obtidas apresenta a melhor homogeneidade de polimento. O melhor abrasivo será aquele que apresentar os maiores grau e homogeneidade de polimento. CONCLUSÕES Pelos resultados encontrados preliminarmente, pode-se dizer que é possível desenvolver uma ferramenta de corte baseada em um compósito polimérico que possa substituir a ferramenta atualmente empregada na etapa de polimento do porcelanato na indústria de cerâmica. Dos agentes abrasivos testados, todos podem ser empregados no polimento do porcelanato, pois apresentaram desempenho satisfatório. Destes abrasivos, o óxido de alumínio branco, foi o que apresentou desempenho semelhante ao obtido para a amostra de referência, apresentando o menor desvio padrão. Após o tratamento das imagens obtidas pela técnica de microscopia óptica, em termos do valor máximo encontrado no histograma, os abrasivos que apresentaram melhor grau de polimento são: o óxido de alumínio azul, o óxido de cromo, o carbeto de silício e o óxido de silício. A próxima etapa do trabalho consistirá em realizar ensaios na ferramenta de corte para avaliar a dureza e a resistência ao impacto, a compressão e a abrasão. Essas propriedades são importantes para determinar a sua qualidade. Além disso, novas resinas serão pesquisadas a

566

fim de realizar o mesmo trabalho e comparar o polimento dos melhores abrasivos aglomerados na nova matriz polimérica. O Algoritmo deverá ser aperfeiçoado para ser possível avaliar na mesma imagem o grau e a homogeneidade de polimento. AGRADECIMENTOS A todos os profissionais do CEFET-MG que ajudaram no andamento do trabalho. Ao CNPq, pela bolsa concedida. REFERÊNCIAS • DOS SANTOS, L.K; DIAS, S.L. Estudo da viabilidade de modernização de um setor de usinagem de uma metalúrgica. 2010. 35p. Universidade FEEVALE, RS. • SANTOS, D. J; COSTA, E.S. Processos de usinagem. 2006. 85p. Curso Técnico em Eletromecânica, Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, DivinópolisMG. • ANFACER, 2012. Disponível em: o em: 9 set. 2012. • FILGUEIRA, M., AIGUEIRA, R. Mecanismos de resistência à abrasão de compósitos à base de Poliéster-SicC para uso em coroas de polimento de Rochas Ornamentais. Polímeros: Ciência e Tecnologia, Vol. 16, n° 3, p. 187-192, 2006. • SOUSA, F. J. P. Aspectos do processo industrial do processo industrial de polimento de porcelanatos. 2007. 128f. Tese (Doutorado) - Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Universidade federal de Santa Catarina, Florianópolis. • KUMMER, L. et al. Reutilização dos resíduos de polimento de porcelanato e feldspato na fabricação de novo produto cerâmico. Cerâmica Industrial, São Paulo, v. 03, n.12, p. 34 38, maio/jun. 2007. • SILVA, J. R. R. Caracterização físico-química de massas cerâmicas e suas influências nas propriedades finais dos revestimentos cerâmicos. 2005. 66f. Dissertação (Mestrado) – Engenharia e Ciência dos Materiais, Universidade Federal do Paraná, Curitiba. • ALVES, H. J. et al. Polimento de peças de porcelanato: avaliação da porosidade final e da resistência ao manchamento. Cerâmica Industrial, São Paulo, v. 15, n.02, p. 23-29, mar/abr 2010. • SOUZA, P. A. B. F. Estudo do comportamento plástico, mecânico, microestrutural e térmico do concreto produzido com resíduo de porcelanato. 2007. 208 f. Tese (Doutorado) – Programa de Pós–Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal. • ROSSO, J.; CUNHA, E. S. ROJAS-RAMIREZ, R. A. Características técnicas e polimento de porcelanatos. Cerâmica Industrial, v. 10, n. 4, p. 11-14, 2005. • MARQUES L. N., et al. Re-aproveitamento do resíduo do polimento de porcelanato para utilização em massa cerâmica. Revista Eletrônica de Materiais e Processos, Campina Grande, v.2, n. 2, p. 34 – 42, 2007. • EFFTING, Carmeane; FOLGUERAS, Marilena Valadares, GÜTHS, Saulo, ALARCON, Orestes. Microstructural characterization of ceramic floor tiles with the incorporation of wastes from ceramic tile industries. Materials Research, v. 13, n. 3, 319-323, 2010.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

UMA PLATAFORMA DE MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE TANQUES NÃO LINEAIS DE ARMAZENAMENTO BASEADA NO MATLAB SILVA, C. A. N1., NOGUEIRA, M. P. L2., BOJORGE RAMIREZ, N. I3 1

Aluna de Iniciação Científica, Universidade Federal Fluminense, (021)9432-9124, [email protected] Aluno de Iniciação Científica, Universidade Federal Fluminense, (021)7884-8846, [email protected] 3 Professora- Pesquisadora - Universidade Federal Fluminense, e-mail: [email protected] 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: No dia-a-dia das indústrias é cada vez mais comum a necessidade de se utilizar de tanques de armazenamento com geometrias não convencionais, como por exemplo, tanques esféricos e cónicos. Na indústria do petróleo utilizam-se cada vez mais esses tipos de tanque de armazenamento para o transporte do gás liquefeito de petróleo, o GLP, assim como para o simples armazenamento de gases industriais, visto que esse tipo de tanque proporciona a condição mais segura devido a melhor distribuição das pressões superficiais originadas do confinamento. Além disso, tanques esféricos tem grande aplicação na indústria de alimentos, na indústria de tratamento de água e efluentes, assim como na indústria hidrometalúrgica. Dada a importância e vasta aplicação deste tipo de equipamento nos deparamos com um grande desafio: sua não-linearidade. Isso porque a constante variação de área transversal faz com que se torne muito complexa a tarefa de controlar processos que ocorram no interior de tanques esféricos, como por exemplo, controle de nível e de temperatura. Sendo assim, nota-se a grande relevância do estudo presente, que visa a pesquisa e desenvolvimento computacional da modelagem e simulação de tanque esférico e cônico, com foco na dinâmica do controle de nível e temperatura. Para tal finalidade, foi utilizado o Matlab/Simulink® com o objetivo de desenvolver as modelagens de forma a se tentar uma validação de estratégias de controle eficientes e aplicáveis a processos industriais e de forma a contornar o problema de não linearidade desses equipamentos. PALAVRAS–CHAVE: Tanques de retenção, controle de processos, não-linearidade.

MODELING AND SIMULATION OF A SPHERICAL STORAGE TANK USING THE MATLAB/SIMULINK ABSTRACT: In the day-to-day of the industries it’s too much common to need to use storage tanks with no conventional geometries, as the spherical and conical tanks, for example. In the oil industry, those types of tanks is very used to storage and transportation of the liquefied petroleum gas, the LPG, as well as for the simple industrial gases storage, since this type of tank purpose the reduction of pressure in the tank walls, because of its equal distribution. Furthermore, spherical tanks have a large application in the food industries, and waste water treatment, as well as in the hydrometallurgical industries. Given the importance and the wide application of this kind of equipment, we face a big challenge: its non-linearity. This happens because of its constant variance in the cross section area, which makes the control process a hard task, as the level and temperature control in the spherical tank, for example. Thus, we notice the big importance of this study, which aims the computational research and the development of the modeling and simulation of spherical and conical tank, with focus on the dynamic level and temperature control. For this purpose it was used the Matlab/Simulink® in order to develop the modeling to attempt the non-linearity problem of these equipment. KEYWORDS: Spherical and conical Tanks, Process Control, non-linearity

568

INTRODUÇÃO As indústrias química e petrolífera são bons exemplos de áreas onde é muito comum a utilização de grandes tanques de armazenamento, sejam eles destinados a matérias primas, produtos intermediários ou finais (MORAN, et al., 2007). De fato, o uso destas grandes estruturas não é algo exclusivo de hoje em dia, tendo sido utilizado inúmeras vezes no ado devido à sua relativa simplicidade de construção e até mesmo de cálculos, se pensarmos em tanques cilíndricos isolados. No entanto, quando se fala em precisar o nível em determinado ponto no tempo de forma exata, especialmente em tanques com outras formas, pode-se perceber um aumento significativo da dificuldade dos cálculos. O problema no caso de tanques cilíndricos é menos complexo, pois não mudam sua área transversal e constituem uma modelagem linear. Contudo, nem sempre é possível trabalhar com um reservatório ou reator deste formato. As formas podem variar de acordo com as finalidades e com o modo de produção. Tanques esféricos, por exemplo, são muito comuns na indústria petrolífera, onde são classicamente utilizados para armazenar GLP (SMITH e CORRIPIO, 1997), e é comum encontrar diversas aplicações nas indústrias de processos hidrometalúrgica, assim como na indústrias de alimentos, indústrias de processamento de petróleo, indústrias de mistura de concreto e em sistemas tratamento de águas residuais. A taxa de variação do fluxo de um recipiente para outro, assim como o nível do fluido no tanque são duas variáveis operacionais importantes. O controle do nível de líquido em tanque esférico, apresenta um problema difícil, devido à variação da seção transversal e não-linearidade do tanque. Assim, o controle do nível de líquido é uma tarefa importante e comum na indústria de processo. A sua forma contribui para uma melhor drenagem de misturas sólidas, suspensões e líquidos viscosos, e melhor distribuição das forças em seu interior, algo muito útil quando o problema em sistemas de gases pressurizados. Para aplicações onde se deseja fazer separações de produtos, como no caso das suspensões na produção de cervejas (ARGYROPOULOS, et al., 2011), ou de separações de mistura em produções de polímeros (KRISHNAA, et al., 2012), o ideal é utilizar um tanque cilíndrico-cônico, que possibilita a decantação dos sedimentos de forma eficaz, sem que estes tenham tempo para aderir demasiadamente nas paredes do tanque. A estrutura cônica, contudo, não é objeto de estudo apenas para este fim. Em 1930, ela começou a ser estudada por um grande número de pesquisadores para o emprego em alto-falantes e em 1960, para emprego em naves espaciais, fatos que mostram a complexidade deste tipo de estrutura (SWEEDAN e DAMATTY, 2001). Os controladores convencionais são amplamente utilizados nas indústrias uma vez que são robustos e simples de entender. O algoritmo de controle básico e mais abrangentemente usado no controle realimentado é o algoritmo do controle Proporcional Integral Derivativo (PID). A estratégia de controle PID é amplamente utilizada para controlar automaticamente a maioria dos processos industriais por causa de sua notável eficiência e simplicidade. Assim, um modelo matemático é derivado e uma simulação é realizada para uma dada equação matemática (SHARMA e VENKATESAN, 2013; MathWorks, 2013). No presente artigo, o estudo dos reservatórios não lineais foi feito através de modelagens dos problemas matemáticos e, através destas, pode-se fazer simulações dos distintos desempenhos obtidos. Em outras palavras, os parâmetros dos processos puderam ser determinados para que, por fim, fosse possível sintonizar um controlador PI por métodos distintos. Esta sintonização pelos diferentes modelos possibilitou realizar uma discussão crítica de qual seria a melhor solução para os diferentes cenários. Como ferramenta computacional para a realização das simulações do controle de nível dos tanques foi usado o Matlab®, além de ser um software com reconhecida potencialidade de solução de problemas matemáticos e sua grande aceitação por parte de engenheiros, a 569

traves dos toolboxes para diversas áreas do conhecimento científico, sobretudo nas engenharias. Em termos de engenharia de controle de processos ele possui um ambiente gráfico que trabalho com o conceito de diagrama de blocos e fluxos de sinal para o projeto e simulação de sistemas de controle, conhecido como Simulink. E pelo fato que versões atuais possuem toolbox específico para comunicação OPC que o protocolo de transferência dinâmica mais utilizada na indústria, proporcionando então a sua integração de estudos acadêmicos com equipamentos de porte industrial, como futuras aplicações do grupo de pesquisa. Contudo, muitas vezes não é conveniente utilizar o diagrama de blocos para todas as simulações. Algumas vezes, pode-se querer mostrar uma simulação para leigos no assunto. Para estes casos, é muito interessante utilizar as funções que o GUI (Graphical Interface) oferece. Ele permite que se faça uma simulação (SPEERS e STOKES, 2009) sem que necessariamente um indivíduo saiba, por exemplo, trabalhar com cálculos na fase. Dependendo do que for feito no GUI, nem sequer é necessário entender como funcionam os diagramas de bloco. Na realidade, ele fornece a oportunidade de simplificar tudo como uma interface gráfica de um programa, onde o usuário visualiza o tanque desejado, entra com os dados em caixas e roda o programa, analisando posteriormente o gráfico obtido. MATERIAL E MÉTODOS Os tanques do estudo são alimentados por uma vazão de entrada, qin (cm3/s), e vazão de saída, qout (cm3/s), que a por uma válvula a jusante do reservatório, conforme ilustrado na Figura 1. Neste trabalho, foi considerado como um processo SISO. Para realizar tal tarefa, foi importante primeiro explicitar as variáveis inerentes aos problemas de acordo com as diferentes geometrias das estruturas. Começando primeiro com as variáveis comuns aos dois tanques, sendo elas: Nível do tanque h (cm), foi considerado como a variável de processo ou variável controlada e vazão do fluido da saída, qout, foi considerada como uma variável manipulada.

Figura 1 – Diagramas esquemáticos das geometrias do tanque esférico e tanque cônico. Os modelos matemáticos foram obtidos com base na lei da conservação e de energia e é representado pela equação 1, considerando que não acontece reação química e que a densidade do fluido permanece constante. dV q in − q out = (1) dt onde, V é o volume do fluido estocado no tanque (cm3). A vazão de saída do tanque, qout, foi relaciona com o coeficiente da válvula, Cv, em gpm/(psi)1/2, pela equação 2:

570

q out = C v . h

(2)

FUNÇÃO DE TRANSFERÊNCIA PARA O TANQUE ESFÉRICO Considerando que o volume de controle mais adequado corresponde ao volume de uma calota esférica, cuja expressão do volume segue como: π V = .h 2 .(3r − h ) (3) 3 Sendo r o raio da esfera, em cm; e h o nível de líquido dentro da calota esférica, em cm. Logo, substituindo as equações (2) e (3) na equação (1), temos: π d( .h 2 .(3r − h)) (4) q in − C v . h = 3 dt Após a linearização dos termos não lineares na variável de processo (h), obteve-se a seguinte função de transferência para o tanque esférico:

G(s) =

Kp H(s) = Qin (s) τs + 1

(5)

onde, H(s) é a transformada de Laplace do nível do tanque – h(t)-, Qin(s) é a transformada Laplace da vazão de entrada – qin(t), Kp é o ganho do processo, em cm/(cm³/s), e τ a constante de tempo do processo, em s. Além disso, valem as seguintes expressões:

2.h' Kp = ' qin

(6)

2.π.(D − h ' ).h ' τ= qin'

(7)

onde h’ e qin’ são, respectivamente, o nível e a vazão de alimentação do tanque em estado estacionário, e D seu diâmetro, em cm.

FUNÇÃO DE TRANSFERÊNCIA PARA O TANQUE CÔNICO Para os cálculos deste tanque, consideraremos um tanque completamente cônico, ou seja, sem a parte cilíndrica. Consideraremos, também, que o volume de controle mais adequado para o tanque cônico seja:

π R V = .  .h3 3  H 2

(8)

Sendo R o raio máximo do cone, em cm; H o nível máximo de líquido dentro do tanque, em cm; r o raio em função do tempo e h a altura em função do tempo. Derivando a equação (8): 2

d(V) R = π.  .h 2 dh  H Assim, substituindo as equações (8) e (9) na equação (1), temos: dh q in − C v. . h = k ' .h 2 . dt

(9)

(10)

571

onde:

K' =

π.r 2 H2

(11)

Logo a função de transferência para o tanque cônico obtido após linearização, tem-se: H(s) K G(s) = = (12) Q in (s) τs + 1 onde, H(s) é a Transformada de Laplace do Nível do Tanque – h(t)-, Qin(s) é a Transformada de Laplace da Vazão de Entrada – qin(t), KP é o ganho do processo, em cm/(cm³/s), e τ a constante de tempo do processo, em s. Além disso, valem as seguintes expressões: 3.5

2.h ' K = ' '2.5 4.q in .h − 3.h '3 .Cv

τ=

π.R 2 .2.h '5.5 H2 .(4.qin' .h '2.5 − 3.h '3 .Cv )

(12)

(13)

onde h’ e qin’ são, respectivamente, o nível e a vazão de alimentação do tanque em estado estacionário, H sua altura máxima e R o raio máximo, em cm. DESCRIÇÃO DO PROCESSO DE SIMULAÇÃO Tanto para a simulação do comportamento do nível do tanque esférico como do cônico foi utilizada a ferramenta Matlab/Simulink. Os parâmetros do processo apresentados na Tabela 1 foram obtidos como de dados reais da válvula de controle Valtek, modelo (1106/024-002) do tipo ar para fechar e de um sensor-transmissor LD302-Smar instrumentação da planta PD3 Fieldbus do laboratório BIOTEC/TEQ/UFF, como Volume do Tanque, CV da válvula de controle (na saída dos tanques). Os parâmetros restantes foram calculados em função dos parâmetros dos modelos definidos anteriormente. Tabela 1 – Dados para simulação no Matlab/Simulink para os Tanques Dimensões e Estado Estacionário Tanque Esférico Tanque Cônico Volume (cm³) 21.980 21.980 Diâmetro – D (cm) 35 35 Tempo de Esvaziamento (s) 15 13 Vazão de Entrada – Qin (cm³/s) 1465 1690 Nível – h (cm) 29 38 Altura Máxima - H (cm) 35 70 Com os valores de ganho e constante de tempo, assim como com as funções de transferência do sensor de nível, da válvula de controle e do conversor I/P foram obtidas as funções de transferência para cada planta. G planta (s) = G I / P (s).G v (s).G P (s).G H (s)

(14)

onde, GI/P(s) é a função de transferência do conversor I/P; GV(s) é a função de transferência da válvula; GP(s) é transferência do Processo; e GH(s) é a função de transferência do nível.

572

Para obter os parâmetros de cada processo, foram realizados testes de reação MalhaAberta, segundo apresentado na seguinte figura.

Processo com tanque esférico

Processo com tanque cônico

Figura 2 – Diagrama de Blocos e Curva de Reação dos processos malha aberta para tanque Esférico e tanque Cônico. Os parâmetros da planta foram identificados (vide Tabela 2) tanto pelo método de Sundaresan(JAKOUBEK, P.,2007) e método de Smith (JAKOUBEK, P., 2007) porém o Método de Sundaresan mostrou melhor ajuste para cada uma das curvas obtidas. Tabela 2 – Parâmetros de Processo Tanque Esférico Tanque Cônico Kp = 0.025 Kp = 0.029 τ =24.6 τ = 15.7 θ= 7.5 θ= 7.4 Onde, KP é o ganho do processo, em cm/(cm³/s); τ é a constante de tempo do processo, em s; e θ é a constante de tempo morto, em s. SINTONIA DO CONTROLADOR PI Na literatura (SHARMA e VENKATESAN, 2013) há evidências de que um controlador do tipo PI mostrou-se suficiente e eficiente para o controle de nível em sistemas de tanques não-lineares. Assim, neste trabalho, foi feita a sintonia do controlador PI pelos métodos de: CohenCoon (ZOLLARS, 2013), Ästrom & Hägglund (ÄSTROM e HÄGGLUND, 1995), Skogestad (SKOGESTAD, 2001), Ziegler-Nichols (Malha-Aberta) (SMITH e CORRIPIO, 1997; ZOLLARS, 2013) e Ziegler-Nichols (Malha-Fechada) (SMITH e CORRIPIO, 1997). As relações utilizadas para determinar o ganho do controlador, Kc e a constante de Tempo Integral, τI, para cada um dos métodos encontram-se na Tabela 3.

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Tabela 3 – Equações de Sintonia para Controlador do Tipo PI Método Kc τI θ   30 + 3.  1 τ  θ  τ . . 0 .9 + θ.  Cohen-Coon KP θ  12 τ  θ    9 + 20.  τ  0.63 Ästrom & Hägglund 3.2.θ K P .θ Skogestad Ziegler-Nichols (Malha-Aberta) Ziegler-Nichols (Malha-Fechada)

1 2 K P .θ 0.9 τ . KP θ K CU 2.2

2.c.θ 3.33.θ TU 1.2

onde, KCU é o Ganho Último, e TU é o Período Último, e foram obtidos pelo Método da Substituição Direta (SMITH e CORRIPIO, 1997). Na Tabela 4 mostram-se os parâmetros de sintonia para a estratégia de controle Proporcional-Integral (PI) obtidos para cada método. Tabela 4 – Parâmetros de sintonia para controlador PI - tanque esférico e cônico Kc τI Método: Esférico Cônico Esférico Cônico Cohen-Coon 121.7 68.6 2.0 12.6 Ästrom & Hägglund 3.3 2.9 23.9 23.9 Skogestad 2.6 2.3 22.4 22.4 Ziegler-Nichols (Malha-Aberta) 118.4 66.7 24.9 24.8 Ziegler-Nichols (Malha-Fechada) 5786.4 2474.2 4.3 3.5 RESULTADOS E DISCUSSÃO Após a obtenção dos parâmetros do Controlador PI, explicitados da Tabela 4, os mesmos foram utilizados em uma rotina de simulação no Matlab. Dessa forma, as curvas de cada Método de Sintonia foram plotadas, para que se possa analisar a eficiência de cada conjunto de Equações de Sintonia. A Figura 4 apresenta as respostas obtidas com cada método de sintonia.

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(a)

(b)

Figura 4 – Curvas de Resposta ao Degrau Unitário para cada Método de Sintonia para: (a) Tanque esférico, (b) Tanque cônico. As Figuras 4a e 4b mostram as respostas dos tanques esférico e cônico, respectivamente, a uma perturbação em degrau unitário. A linha pontilhada representa a perturbação. Cada uma das linhas em diferentes cores representa um Método de Sintonia diferente. Assim, é possível observar claramente que em ambos tanques o Método de ZieglerNichols à malha-fechada é inapropriado para um controle de nível eficiente. Isso é visível devido à instabilidade da resposta cuja oscilação é crescente à medida que há avanço na simulação. Já os Métodos de Ziegler-Nichols (malha-aberta), e Cohen-Coon também se mostram inapropriados visto que após o início da perturbação as curvas dos respectivos métodos acompanham o degrau, ou seja, eles não foram capazes de trazer a variável de processo ao seu valor anterior à perturbação. Assim, o controle de nível não seria efetivo para esses métodos de sintonia do controlador PI. Finalmente, nota-se que para os métodos de Ästrom & Hägglund e Skogestad as curvas plotadas retornam ao valor inicial, anteriores à perturbação em degrau. Por essa razão a Sintonia de um Controlador PI por esses métodos mostra-se eficiente, de forma que o nível é controlado mediante uma perturbação em Degrau Unitário. Além da análise das curvas de análise da resposta dos sistemas esférico e cônico a um Degrau Unitário para cada Método de Sintonia, realizou-se também o Cálculo das Integrais de Erro (SHARMA e VENKATESAN, 2013). A Figura 5 apresenta o Diagrama de Blocos simulado no Simulink para obterem-se os resultados numéricos para ITAE - Integral do Erro 575

Absoluto Multiplicado pelo Tempo, IAE-Integral do Erro Absoluto, ISE- Integral do Quadrado do Erro, e o valor absoluto do erro que é lido pelo controlador.

Figura 5 – Diagrama de Blocos para análise de erro O desempenho do controlador foi testado por 1000 segundos em cada teste. Foram comparados os valores de erro da estabilização do nível, o tempo e erro de sobresinal, referentes aos valores obtidos no overshoot e os valores dos índices de erros (IAE, ISE e ITAE) calculados para cada sintonia são apresentados nas Tabelas 5 e 6, a seguir: Tabela 5 – Índices dos erros dos métodos de sintonia do controle do tanque esférico Método de Sintonia ITAE IAE ISE |erro| Ästrom & Hägglund 95.3 18.7 18.4 0.9605 Skogestad 96.1 18.8 18.5 0.9681 Cohen-Coon 170.5 14.9 14.8 1.513 Ziegler-Nichols (Malha-Aberta) 80.68 10.8 8.0 0.270 Ziegler-Nichols (Malha-Fechada) 318.6 25.2 47.7 3.787 Tabela 6 – Índices dos erros dos métodos de sintonia do controle do tanque cônico Método de Sintonia ITAE IAE ISE Ästrom & Hägglund 93.3 18.6 18.2 Skogestad 94.5 18.7 18.3 Cohen-Coon 68.8 9.9 7.4 Ziegler-Nichols (Malha-Aberta) 88.8 11.3 8.3 Ziegler-Nichols (Malha-Fechada) 291.6 23.7 41.7

|erro| 0.9443 0.9549 0.015 0.1263 1.371

Finalmente, as Tabelas 7 e 8 apresentam os parâmetros nas curvas de resposta ao degrau unitário, sendo eles: Rise Time - tempo em que a variável controlada atinge o set-point pela primeira vez; Peak Time – tempo em que ocorre o pico de máximo valor; Settling Time – tempo em que a variável controlada começa a apresentar oscilações em torno do set-point; Peak Overshoot – é a percentagem de variação do estado estacionário final pelo qual o pico excede essa variação (SMITH e CORRIPIO, 1997). 576

Tabela 7 – Parâmetros de desempenho do controle no tanque esférico Método de Sintonia Rise Time (s) Peak Time (s) Settling Time (s) %overshoot Ästrom & Hägglund Não há Não há Não há Não há Skogestad Não há Não há Não há Não há * Cohen-Coon 10.5 Infinito 3.8 1.3 Ziegler-Nichols (Malha-Aberta) 23.6 30.3 70.6 Desprezível Ziegler-Nichols (Malha-Fechada) 2.1 Infinito* 0.23 1.2 * oscila crescentemente – não possui máximo Tabela 8 – Parâmetros de desempenho do controle no tanque Cônico Método de Sintonia Rise Time (s) Peak Time (s) Settling Time (s) %overshoot Ästrom & Hägglund Não há 850 850 Não há Skogestad Não há 1000 1000 Não há Cohen-Coon 17.4 27.7 60 26 Ziegler-Nichols (Malha-Aberta) 25.0 30.2 22 3 Ziegler-Nichols (Malha-Fechada) Não há Infinito* Não há 127 CONCLUSÕES Pelos Métodos de Sintonia propostos, e suas respectivas simulações, é possível concluir que os métodos de Ästrom & Hägglund e Skogestad se mostraram apropriados ao controle efetivo do nível de tanques não lineares, visto que mediante a perturbação em degrau unitário, ambos métodos foram capazes de retomar a variável de processo (nível) a seu set-point. Como não foi realizado nenhum ajuste dos parâmetros calculados com cada sintonia, concluise que o método de sintonia de Aström & Hägglund, dentre os testados, é o que proporciona um controle de menores oscilações e que, no caso de optar-se por um ajuste fino dos parâmetros do controlador, seria o método que necessitaria de menores alterações. REFERÊNCIAS ÄSTROM, K.J.; HAGGLUND.T. PID Controllers: Theory, Design and Tuning Instr. Soc. America, NC,1995. ARGYROPOULOS, C.D.; CHRISTOLIS, M.N.; NIVOLIANITOU Z.; MARKATOS, N.C. A hazards assessment methodology for large liquid hydrocarbon fuel tanks. Journal of Loss Prevention in the Process Industries, Greece, V.25 , n.2, p.329-335, Dec. 2011. Disponível em:< www.elsevier.com/locate/jlp>. o em: 27 ago. 2013. JAKOUBEK, P. Experimental identification of stabile nonoscillatory systems from stepresponses by selected methods. Závěrečný projekt, Technickě Univerzity Ostrava, VSB, 2007. Disponível em: < http://stc.fs.cvut.cz/History/2008/Sbornik/D1/Jakoubek_Pavel_12110.pdf>. o em: 5 set. 2013. KRISHNAA, K.H.; SATHEESH, J.K.; SHAIKC, M. Design and Development of Model Based Controller for a Spherical Tank. International Journal of Current Engineering and Technology, India, V.2, n.4, p.374-376, Dec. 2012. Disponível em: .o em: 27 ago. 2013. MathWorks. Creating Apps with Graphical Interfaces in MATLAB. Disponível em: . o em: 1 set. 2013. MORAN A., NAYLOR G.I.,BROUGHTON S.. Produção de polímeros em um reator cônico. BR. PI0607664-5A2, 29/10/2007. Disponível em: . o em: 29 ago. 2013. 577

SHARMA,A.; VENKATESAN,N. Comparing PI controller Performance for Non Linear Process Model. International Journal of Engeneering Trends and Technology, India, V.4, n.3, p.242-245, 2013. Disponível em: . o em: 30 ago. 2013. SKOGESTAD, S. Probably the best simple PID tuning rules in the world. Journal of Process Control. Trondheim Norway. Presented at ALChE Annual meeting, Reno, NV, USA, 04-09, Nov.2001. Disponível em: . o em: 1 set. 2013. SMITH, C.A; CORRIPIO, A.B. Principles and Practice of Automatic Process Control. 3.ed. Nova Jersey :Wiley, 1997. Speers, R. A. and Stokes, S., Effects of Vessel Geometry, Fermenting Volume and Yeast Repitching on Fermenting Beer. Jnl Institute Brewing, 115: 148–150. doi: 10.1002/j.20500416.2009.tb00360.x, 2009. SWEEDAN, A.M.I.; DAMATTY, A.A. Experimental and analytical evaluation of the dynamic characteristics of conical shells. Thin-Walled Structures, London, V.40, n.2002, p.465-486, Nov. 2001. Disponível em: <www.elsevier.com/locate/tws>. o em: 29 ago. 2013. ZOLLARS, R. L. Tuning Rules. Washington State University. Voiland School of Chemical Engineering and Bioengineering. Disponível em:< http://voiland.wsu.edu/~rzollars/Tuning%20Formulae.pdf >. o em: 5 set. 2013.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

ESTUDO DO DESEMPENHO DE ÓLEOS VEGETAIS E MINERAL UTILIZADOS COMO FLUIDO DE CORTE NO PROCESSO DE RETIFICAÇÃO BRAGA, C.1, FIGUEIREDO, C.X.G.1, MORAIS, H.L.O.2, SILVA, L.R.3, CALADO, C.R.3, MOREIRA, M.R.1, PAULA, N.M.1, BARBOSA, E.J.A.2, BICALHO,I.S.1, LIMA, H.V.2 1

Estudantes do Curso de Engenharia de Materiais, CEFET/MG, (31) 3319-7155, [email protected]. Estudantes do Curso de Mestrado em Engenharia de Materiais, CEFET/MG, (31) 3319-7155, [email protected]. 3 Professores da Pós-Graduação de Engenharia de Materiais, CEFET/MG, (31)3319-7155, [email protected]. 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente - UFF Niterói - RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013. RESUMO: Os fluidos de corte são utilizados no processo de retificação com o objetivo de lubrificar e refrigerar a zona de corte, remover o cavaco, minimizar a corrosão da máquina e seus componentes. A grande maioria dos fluidos de corte consumida industrialmente é de origem mineral, acarretando prejuízos ao operador da máquina em função do elevado potencial tóxico e danos ambientais devido à baixa biodegradabilidade. Nota-se a necessidade de buscar fontes alternativas para os fluidos de corte. Visando minimizar esses problemas, foi avaliado o comportamento de óleos vegetais e mineral, além de suas combinações (50%v.v-1) no processo de retificação. Foram retificados corpos de prova de aço ABNT 4340 temperado e revenido com dureza média de 52 HRc na retificadora plana tangencial, avaliando os parâmetros de rugosidade (Ra), temperatura, formação de fumaça, espuma e odor. A caracterização dos óleos foi realizada pelo índice de acidez, iodo e refração, ponto de fulgor, corrosão à lâmina de cobre, densidade e viscosidade. O valor da rugosidade dos corpos de prova retificados com óleo de soja e milho/canola foi próximo ao do óleo mineral parafínico, indicando a possibilidade de seu uso sem perda na qualidade do processo. Os óleos vegetais apresentaram, na caracterização, elevado ponto de fulgor, alta viscosidade e menor grau de corrosão em comparação ao óleo mineral parafínico. A análise dos resultados indica que a utilização de óleos vegetais como base para fluidos de corte integrais é viável e promissora uma vez que os parâmetros de respostas foram satisfatórios. PALAVRAS CHAVE: fluidos de corte, óleos vegetais, processo de retificação.

STUDY ON THE PERFORMANCE OF VEGETAL AND MINERAL OILS USED AS CUTTING FLUID IN GRINDING PROCESS ABSTRACT: Cutting fluids are used in grinding process in order to lubricate and cool the cutting zone, remove the chip, minimize corrosion of the machine and its components. The vast majority of cutting fluid consumed industrially is mineral origin, causing damage to the machine operator due to the high potential toxicity, and environmental damage due to low biodegradability. It is noticeable the need to seek alternative sources for cutting fluids. To minimize these problems, we evaluated the behavior of mineral and vegetable oils, and combinations thereof (50%v.v-1) in grinding process. Were rectified specimens of hardened AISI 4340 steel with average hardness of 52 HRc in tangential grinding, evaluating the following parameters: surface roughness (Ra), temperature, formation of smoke, foam and odor. The characterization of oils was performed by acid, iodine and refraction index, flash point, the copper strip corrosion, density and viscosity. The value of roughness of the specimens rectified with soybean and corn/canola oil was close to the paraffinic mineral oil, indicating the possibility of its use without any loss in process quality. In characterization, vegetable oils presented a high flash point, high viscosity and lower corrosion rate compared to paraffinic mineral oil. The results indicate that the use of vegetable oils as a base cutting fluid is feasible and promising, because the parameters of responses were satisfactory. KEYWORDS: cutting fluids, vegetable oils, grinding process.

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INTRODUÇÃO O grande volume de fluidos de corte de origem mineral consumidos nas indústrias de processamento metal-mecânica acarreta um grande prejuízo ambiental em função do elevado potencial tóxico e da baixa biodegradabilidade. Dentre as principais doenças originadas pelo contato prolongado com os fluidos de corte de base mineral, estão os problemas respiratórios e epidemiológicos que afetam a saúde dos operadores, além da contaminação do meio ambiente devido à disposição incorreta e às vezes prematura destes fluidos (OLIVEIRA; ALVES, 2006). A necessidade cada vez maior de uma técnica de produção não agressiva ao meio ambiente e de um produto que apresente facilidade para sua disposição final tem justificado a demanda por uma alternativa ao processo de usinagem com fluidos de corte (SAHM; SCHNEIDER, 1996; DUNLAP, 1997; KLOCKE et al., 1998; MACHADO; DINIZ, 2000; SILVA et al., 2007). Em 2009, estimou-se que cerca de 39 milhões de toneladas de fluidos de corte foram utilizadas em máquinas ferramentas ao redor do planeta. Além disso, prevê-se um aumento projetado de 1,2% para esta década. Deste montante aproximadamente 85% são óleos à base de petróleo. Pode-se afirmar que o consumo de água potável pelas indústrias de usinagem é excessiva e muitas empresas não realizam o descarte de maneira adequada, causando danos ao meio ambiente, muitas vezes, de maneiras irreparáveis (PUSAVEC, et al., 2010). A tendência mundial é produzir peças cada vez mais sofisticadas, com elevado grau de tolerância geométrica, dimensional e acabamento superficial, com baixo custo e sem poluir o meio ambiente (SILVA et al., 2007). O uso de fluidos de corte no processo de retificação tem como principais objetivos lubrificar e refrigerar a zona de corte, remover os cavacos da região, limpar a superfície do rebolo e minimizar a corrosão da máquina e seus componentes. Os óleos de corte são aplicados na zona de retificação para diminuir a geração de calor (SILVA et al., 2007). Denominam-se óleos básicos minerais os óleos oriundos da indústria petrolífera obtidos por destilação do petróleo seguida das etapas de refino, de forma que suas propriedades dependem substancialmente da natureza do óleo cru (parafínico ou naftênico, dependendo da classe de hidrocarboneto predominante) (CARRETEIRO; MOURA, 1998). De acordo com Bartz (2001) apud Gonçalves (2008), os hidrocarbonetos aromáticos policíclicos podem ser trazidos para dentro dos fluidos de corte por meio dos óleos básicos, sendo que, o benzo(a)pireno está definitivamente classificado como gerador de câncer em animais de laboratório. A sua inerente toxicidade e a natureza não bioestável, tornam os óleos de base mineral uma constante ameaça ecológica ao solo e às grandes reservas e mananciais (PUSAVEC, et al., 2010). Óleos de base sintética possuem baixa capacidade de lubrificação e uma maior capacidade de refrigeração que as demais bases. Por não serem biodegradáveis, seu uso deve ser considerado de elevado risco ao meio ambiente, uma vez que as empresas não possuem sistemas de gerenciamento eficazes que proporcionam o descarte correto desses componentes (GONZÁLEZ, 2011 apud GONÇALVES, 2013). Existe uma demanda crescente para o desenvolvimento ambientalmente correto de fluidos de corte, tendo como base diversos óleos vegetais devido às vantagens de serem de fonte renovável. A maioria dos trabalhos relatados mencionam óleos de soja, milho e de mamona como possíveis candidatos. Há um enorme potencial para a utilização de óleos vegetais como fluidos de corte no setor de fabricação (SINGH et al., 2006). No entanto, poucos estudos referentes ao comportamento reológico de óleos vegetais têm sido reportados na literatura (SANTOS et al., 2005; ENCINAR et al., 2002). 580

Os óleos vegetais são de particular interesse no Brasil, onde existe uma grande diversidade desses, sendo o Brasil um dos maiores produtores mundial desse tipo de óleo, principalmente o de soja. A característica de biodegradabilidade, alto ponto de fulgor (>300°C) e a possibilidade de aumentar a vida útil do papel isolante, são os pontos mais relevantes que podem ser abordados (FOFANA et al., 2010). Todas as considerações relativas às análises das aplicações dos óleos de base mineral, vegetal e sintética nos processos de usinagem, devem salientar e viabilizar os fatores econômicos, técnicos e ambientais, sendo estes os pilares da manufatura sustentável. No presente trabalho realizou-se a incorporação de óleos vegetais numa matriz experimental de fluido de corte, com o intuito de desenvolver formulações menos tóxicas e utilizar matériaprima renovável. Essa matriz experimental foi avaliada e caracterizada no processo de retificação visando monitorar seu desempenho como fluido de corte (características lubrificantes, refrigeradoras e o comportamento oxidativo). MATERIAL E MÉTODOS Os óleos vegetais analisados neste trabalho foram o de canola (Brassica napus), de soja (Glycine hispida) e o de milho (Zea mays), todos adquiridos no mercado local sem realização de tratamento adicional. O óleo mineral utilizado como referência foi o Mecafluid 14SC, Petronas Lubrificantes do Brasil. A matriz experimental constituiu da análise dos óleos 100% (sem mistura) e da combinação 2 a 2 com 50 % v.v-1 de cada. Os ensaios de retificação foram realizados em uma retificadora plana tangencial (Sulmecânica RPH 600) sem deslocamento transversal. Os corpos de prova utilizados foram de aço ABNT 4340 temperado e revenido com dureza média de 52 HRc. Classificado como aço para beneficiamento, possui boa combinação entre resistência e tenacidade, é empregado na confecção de dispositivos e peças sujeitos a cargas altas e periódicas, em peças aeronáuticas, eixos virabrequins e em muitas outras aplicações. Realizou-se a usinagem com a avaliação do comportamento dos fluidos. A FIGURA 1 representa a retificadora utilizada realizando a usinagem da peça para determinação das variáveis analisadas. A composição química em percentual determinada pelo fabricante está apresentada na Tabela 1. Tabela 1 - Composição Química do Aço ABNT 4340 em %. C Mn P Si S Cr Ni 0,38 0,66 0,03 0,21 0,011 0,74 1,66 Cu Co V Ti Sn N H 0,052 0,04 0,04 0,003 0,0012 0,72ppm 4,7ppm

Mo 0,22 Fe Balanço

Al 0,021

Figura 1 - Retificação Utilizando Fluido Vegetal. 581

Analisou-se a temperatura atingida pela peça após o corte (medida por meio de um termômetro infravermelho Minipa MT-390), a formação ou não de fumaça, de espuma e de odor marcante. Após a retificação foi realizada a medição da rugosidade da peça. O equipamento utilizado foi um rugosímetro Mitutoyo modelo SJ-301. O comprimento de amostragem (cut-off) utilizado foi de 0,8 mm. A avaliação destes parâmetros foi feita de forma comparativa e atribuiu-se notas de 1 a 5, sendo 1 elevado e 5 baixo ou ausente. A FIGURA 2 representa a condição de montagem e medição da rugosidade após retificação da peça.

Figura 2 - Medição de Rugosidade da Peça Retificada. A caracterização dos óleos constituiu-se das análises de Viscosidade, Densidade, Ponto de fulgor, Corrosão à lâmina de cobre, Índice de acidez total, Índice de iodo, Índice de refração. A análise de viscosidade foi obtida empregando uma ampla faixa de cisalhamento utilizando o Reômetro Brookfield, Modelo DV III, durante 10 minutos, à temperatura de 40ºC. Os resultados de viscosidade obtidos foram em função da mesma velocidade de rotação do cilindro (torque) para todas as amostras. A densidade a 25ºC foi determinada pelo método do picnômetro. A análise do ponto de fulgor foi realizada em aparelho Vaso Aberto Cleveland marca Quimis conforme FIGURA 3, onde foi colocado 0,01 L da amostra na cuba. Em seguida a chama piloto do equipamento foi acendida e controlada para a obtenção de aproximadamente 0,003 mm de comprimento. A amostra foi aquecida via resistência elétrica e a temperatura medida por um termômetro calibrado TE-013, faixa de leitura 100 a 360°C, imerso na amostra. A leitura da temperatura do ponto de fulgor foi feita pelo termômetro no momento em que ocorreu o primeiro lampejo de chama. A FIGURA 3 representa o aparelho Vaso Aberto marca Quimis onde foram realizadas as analises de ponto de fulgor.

Figura 3 - Medida do Ponto de Fulgor. 582

A corrosão à lâmina de cobre verifica a corrosão devido a presença de compostos de enxofre. Ela foi realizada por meio da imersão das laminas de cobre, cuja as dimensões são (6,0 x 25 mm), previamente polidas com lixa de óxido de alumínio granulometria 400 e 600 mesh, em 300 mL de óleo. Os frascos foram borbulhados com nitrogênio por 1 minuto e em seguida foram fechados e levados à estufa por 19 horas à 140 ºC. O resultado foi analisado de acordo com o gabarito presente na norma ABNT NBR 10505/ 88. O índice de acidez foi feito por meio titulométrico empregando como indicador a fenolftaleína. O índice de iodo foi determinado pelo método de Wijs. O índice de refração foi determinado empregando-se um refratrômetro de Abbe, composto essencialmente de quatro partes: telescópio, prismas de Abbe, círculo graduado de cristal com microscópio de leitura e os prismas de compensação. RESULTADOS E DISCUSSÃO Na Tabela 2 estão representadas as notas atribuídas aos parâmetros analisados: temperatura da peça após usinagem, formação de fumaça, de espuma e de odor, além de rugosidade durante o processo de retificação. Tabela 2 - Valores atribuídos para as análises dos fluidos durante o processo de retificação. Amostra Temperatura Fumaça Espuma Odor Rugosidade Total Soja 100% 4 4 5 5 5 23 Milho 100% 4 4 5 5 3 21 Canola 100% 4 4 5 5 3 21 Mineral comercial 4 2 5 1 5 17 Soja/Milho 4 4 5 5 2 20 Soja/Canola 4 4 5 5 4 22 Milho/Canola 4 4 5 5 5 23 Soja /Mineral 4 2 5 3 2 16 Milho/ Mineral 4 2 5 3 3 17 Canola/ Mineral 4 2 5 3 3 17 Ao analisar os totais obtidos pela soma das notas atribuídas a cada parâmetro, observase que os óleos vegetais apresentaram melhor desempenho que o óleo mineral comercial e que a mistura entre o óleo mineral e os vegetais. Para a temperatura, os valores obtidos foram próximos para todos os fluidos testados. Na retificação com o óleo mineral comercial e suas combinações foram observadas a formação de fumaça e liberação de um odor desagradável. A ausência de formação de espuma pelos fluidos é positiva, pois a espuma pode dificultar a visão do operador e prejudicar a refrigeração pela formação de bolhas de ar (Muniz, 2008). Em relação à rugosidade, os óleos: mineral comercial, milho/canola e soja 100% foram os que permitiram menores valores de rugosidade aos corpos de prova analisados. Este resultado indica que a substituição do óleo mineral comercial por estas duas formulações não prejudica o acabamento da peça. Já as combinações dos óleos vegetais com o óleo mineral comercial apresentaram rugosidade superior a encontrada com os óleos 100%. Os resultados obtidos para a caracterização físico-química dos óleos utilizados estão apresentados na Tabela 3.

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Tabela 3- Resultados das análises físico-químicas dos óleos vegetais (100%) e do fluido de corte mineral parafínico. Óleo Óleo de Óleo de Óleo de Propriedades físico-químicas Mineral Soja Canola Milho -1 Índice de acidez (mg KOH g ) 2,11+0,09 0,21±0,04 0,20+0,09 0,31+0,08 Índice de iodo (gI2 g-1) 10,8 108,0 82,0 78,6 Índice de refração 1,4755 1,4740 1,4720 1,4735 328+0,5 324+0,5 320+0,5 Ponto de fulgor (ºC) 174 +0,5 Densidade a 25 ºC (g.cm-3) 0,8777 0,9181 0,9161 0,9181 Viscosidade a 40 ºC (cSt) 12,65 29,70 34,42 34,73 O índice de acidez indica a quantidade de ácidos graxos livres presentes nos óleos. Eles são formados na hidrólise da ligação éster entre o ácido graxo e a molécula de glicerol. Os resultados obtidos indicam que as amostras de óleo vegetal apresentam concentrações similares de ácidos graxos livres. Como a constituição do óleo mineral é majoritariamente de compostos parafínicos, acredita-se que este resultado elevado quando comparado aos vegetais se deve a aditivos presentes na formulação do fluido. O índice de iodo indica a quantidade de insaturações presente na substância analisada. Quanto maior o número de insaturações, maior a quantidade de iodo consumida, maior é a probabilidade de ocorrência de processos oxidativos na molécula de ácido graxo insaturado. Analisando os resultados obtidos, observa-se que o óleo mineral é o que apresenta menor quantidade de insaturações, o que era esperado uma vez que é constituído em sua maioria de compostos parafínicos. O óleo de soja é o que apresenta maior índice de iodo. Valores elevados para o índice de iodo favorecem a fluidez, no entanto, torna o óleo susceptível à degradação térmica e oxidativa (MELO, 2006). O índice de refração é um parâmetro que apresenta propriedade característica de cada óleo, podendo ser empregado para o monitoramento da qualidade do óleo em função do tempo e/ou quantidade de peças usinadas. O índice de refração de um óleo aumenta com o comprimento da cadeia de hidrocarbonetos e com o grau de insaturação dos ácidos graxos constituintes dos triglicerídeos. Os resultados encontrados estão de acordo com os da literatura (COSTA, 2010). No ensaio do ponto de fulgor observa-se que as amostras de óleos vegetais apresentaram valores muito superiores ao encontrado para o óleo mineral, este é considerado um indicativo muito positivo para a aplicação em processos de retificação, onde a margem de segurança aumenta com o aumento do ponto de fulgor do fluido de corte empregado. Estudos mostram a existência de outros componentes de ácidos graxos insaturados não identificados em baixas concentrações nos óleos vegetais, que podem modificar o valor do ponto de fulgor (KOBASKO et al., 2010). Para os óleos vegetais, a viscosidade aumenta com o comprimento da cadeia do triaglicerol e decresce com a quantidade de insaturações presentes. O comprimento das cadeias graxas, o grau de insaturação, assim como a possibilidade de interações moleculares, em geral determina variações nos valores de viscosidade (MELO, 2006). A fim de impedir o empastamento do rebolo nos processos de retificação quanto menos viscoso for o fluido de corte melhor será a operação (SILVA, 2000). Os resultados encontrados para viscosidade estão de acordo com a literatura de 29,5 a 35,6 cSt (Brock et al., 2008) e mostram correlação com os tipos de ácidos graxos insaturados e tamanho das cadeias. Em relação a densidade, observa-se que os valores estão de acordo com a literatura 0,9140 a 0,9250 g/cm3 ( ANVISA, 1999).

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Quanto maior o índice de acidez, maior a probabilidade de haver corrosão nas peças, fato este confirmado no teste de corrosão onde o óleo mineral apresentou grau (4b) (SILVA et al., 2002). Os resultados encontrados para avaliação das propriedades mecânicas e física das amostras de óleos vegetais (100%) e do fluido de corte mineral parafínico, estão listados na Tabela 4. Tabela 4 - Propriedades mecânica e física dos óleos vegetais e fluido de corte mineral parafínico avaliado no processo de retificação. Amostras

Mineral

Corrosão a lâmina de Cu Rugosidade - Ra (µm)

4b 0,17

Soja 1a 0,18

Milho 1a 0,25

Canola 1a 0,23

Observa-se que em relação à rugosidade o óleo mineral apresentou o menor valor e o óleo de milho o maior. Quanto menor o valor de rugosidade melhor o desempenho do fluido junto ao processo. Temos assim o óleo mineral seguido do de soja, apresentando os melhores desempenhos nas condições do teste realizado. A FIGURA 4 apresenta o registro do comportamento das amostras no ensaio de corrosividade. Lâmina antes do ataque

Soja

Milho

Canola

Mineral

Figura 4 - Lâminas de Cobre Obtidas na Análise de Corrosão. Analisando visualmente as lâminas de cobre resultantes da análise de corrosão, observase que aquelas que ficaram mergulhadas nos óleos vegetais apresentaram coloração alaranjado claro próxima a da lâmina antes de submetidas à exposição das amostras de estudos, sendo então classificada como levemente manchada (1a). Já as lâminas mergulhadas no óleo mineral, obteve-se uma coloração que varia de grafite ao negro fosco, sendo classificada como corrosão (4b). Os óleos vegetais não apresentam comportamento corrosivo detectável (SILVA et al., 2002). Apesar do óleo de soja apresentar o maior potencial oxidativo em relação ao óleo de canola e milho, é o mais interessante devido ao seu menor custo e ao fato de responder satisfatoriamente a aditivação (KOBASKO et al., 2010). De maneira geral podese dizer que o óleo de soja é o que apresenta a menor rugosidade e é menos corrosivo, contribuindo assim para sua escolha. CONCLUSÕES A análise dos óleos de soja, milho e canola nas variáveis analisadas no processo de retificação apresentaram em geral resultados melhores do que o óleo mineral comercial. Os valores de rugosidade para os óleos de soja 100% e de milho/canola foram próximos aos do mineral comercial, indicando possibilidade de uso destes sem perda de qualidade da peça. O menor índice de acidez dos óleos vegetais induz uma menor corrosão à lâmina de cobre, sendo este um ponto muito importante para a conservação do equipamento e da peça produzida. A partir dos ensaios de caracterização dos óleos vegetais e mineral comercial, pode-se 585

observar que o óleo mineral apresenta baixo ponto de fulgor, baixa viscosidade e maior corrosividade. Já os óleos vegetais apresentam elevado ponto de fulgor, são mais viscosos e menos corrosivos. Os resultados obtidos para as formulações foram comparados com os do fluido comercial de origem óleo mineral. Os valores de viscosidade apresentados pelos óleos estudados seguiram a seguinte ordem: Mineral < Soja < Milho < Canola. A análise do índice de iodo indica uma maior quantidade de insaturações nos óleos vegetais, o que explica a sua maior biodegradabilidade, e os tornam candidatos ambientalmente corretos. De maneira geral dentre os óleos vegetais, o óleo de soja se destacou por apresentar melhor desempenho no processo de retificação em função de obter, para as variáveis avaliadas, menor valor de Ra, menor viscosidade e maior ponto de fulgor.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

CARACTERIZAÇÃO FÍSICA DE MISTURA TERRA-CARVÃO EM DIFERENTES PROPORÇÕES ELIANE CRISTINA BRAGA1, VANESSA PAULA DE AZEVEDO2, LUCAS RACHID DE OLIVEIRA LANNES3, LUCAS DE ALMEIDA MARTINS4, JULIANA CARDOSO SEPULVEDA5, CARLOS RODRIGUES PEREIRA6 1

Graduanda no curso de Engenharia Agrícola e Ambiental e integrante do PET Engenharia Agrícola e Ambiental, UFF Universidade Federal Fluminense, (21)8223-4964, [email protected]. 2 Graduanda no curso de Engenharia Agrícola e Ambiental e integrante do PET Engenharia Agrícola e Ambiental, UFF Universidade Federal Fluminense, (21)8850-2955, [email protected]. 3 Graduando no curso de Engenharia Agrícola e Ambiental e integrante do PET Engenharia Agrícola e Ambiental, UFF Universidade Federal Fluminense, (21)8522-1421, [email protected]. 4 Graduando no curso de Engenharia Agrícola e Ambiental e integrante do PET Engenharia Agrícola e Ambiental, UFF Universidade Federal Fluminense, (21)9334-6575, [email protected]. 5 Graduanda no curso de Engenharia Agrícola e Ambiental e integrante do PET Engenharia Agrícola e Ambiental, UFF Universidade Federal Fluminense, (21)8772-3212, [email protected]. 6 Professor no curso de Engenharia Agrícola e Ambiental e integrante do PET Engenharia Agrícola e Ambiental, UFF Universidade Federal Fluminense, (21)7565-6073, [email protected].

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Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Este estudo, conduzido em laboratório, teve como objetivo verificar e esclarecer, através da caracterização física, a atuação do carvão vegetal junto ao solo. Foram realizadas misturas entre carvão de eucalipto (Eucalyptus sp) moído e latossolo vermelho, com quantidades gradativas de carvão, iniciando com 0% e tendo uma progressão aritmética de razão 5% até chegar a 100% de carvão. As amostras, acondicionadas em 4 tubetes para cada mistura de proporção carvão vegetal e terra, foram pesadas e colocadas para saturar pelo método histerese. Após saturadas, as amostras aram por uma segunda pesagem antes de serem drenadas e logo em seguida, pesadas novamente. As misturas, drenadas, foram transferidas para cadinhos de alumínio, pesadas e colocadas na estufa a 105ºC, durante um período de 48h, quando, então, aram por outra pesagem para realização do Boletim de Umidade (B.U.) e a massa de água contida em cada amostra, assim elaborando seus respectivos gráficos para análise do comportamento de retenção de água, à medida que a proporção de carvão vegetal é aumentada. Com isso, concluiu-se que, a proporção de terra-carvão mais adequada para maior obtenção de retenção de água no solo está entre 45 e 60%. PALAVRAS–CHAVE: retenção de água, latossolo ,carvão vegetal.

PHYSICAL CHARACTERISTICS OF CHARCOAL-TERRA MIX IN DIFFERENT PROPORTIONS ABSTRACT: This study, conducted in laboratory, was aimed at and clarify, through physical characterization, the acting of charcoal at ground level. Mixtures between milled eucalyptus charcoal (Eucalyptus sp) and red latosol were held, with a gradual amount of charcoal, starting with 0% and having an arithmetic progression of reason 5% until reach 100% charcoal. The samples, packed in 4 tubes for each mixture ratio of charcoal and land, they were weighed and placed to saturate by histerese method. After saturated, samples underwent a second weighing before being drained and then, weighed again. The mixtures, drained, were transferred to aluminum crucibles, weighed and placed in laboratory incubator at 105ºC, during a 48 hour period. Subsequently the mixtures went through another weighing to a humidity bulletin, and elaboration of a graph for analyzing the behavior of water retention, with charcoal rate increase. Therefore, it was concluded that the proportion of ground charcoal most suitable for achieving higher water retention in the soil is between 45 and 60%. KEYWORDS: water retention, latosol, charcoal.

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INTRODUÇÃO O Brasil figura entre os maiores produtores e consumidores de carvão vegetal do mundo, sendo a maior parte dessa produção destinada à atender as grandes indústrias siderúrgicas do país. Do consumo desse carvão pelas siderurgias, origina-se uma percentagem total de 64% de resíduos, chamados de fino carvão (FC), gerado a partir da classificação do carvão vegetal usando peneiras acopladas a vibradores mecânicos, que é descartado no meio ambiente, devido ao desconhecimento das propriedades do resíduo e suas vantagens de utilização em outras áreas (PINTO, M. A. et al, 2011). Segundo SANTOS, J. L. S. et al (2011) estudos sobre a utilização do carvão vegetal no solo são ainda muito escassos e se limitam a tratar, principalmente, do seu efeito sobre a fertilidade do solo e sua estrutura física, como é o caso dos estudos envolvendo as Terras Pretas do Índio, no Amazonas e os efeitos benéficos do carvão vegetal presente nessas terras. Na agricultura, o carvão vegetal tem sido visto como um composto bastante estável de matéria orgânica do solo e, de acordo com BENITES, V. M. et al (2005), pode apresentar atividades químicas variáveis, quando na forma de fragmentos muito pequenos, podendo, por exemplo, auxiliar na absorção de compostos orgânicos solúveis, na retenção de água no solo e ainda, atuar como abrigo para microorganismos do solo. Este estudo teve como objetivo verificar e esclarecer, através da caracterização física, a atuação do carvão vegetal junto ao solo, quando incorporado ao mesmo, em diferentes proporções de mistura, a fim de traçar um perfil da melhor mistura de solo-carvão com melhor eficiência na retenção de água no solo. MATERIAL E MÉTODOS Foram utilizados, aproximadamente, nove quilos de carvão de eucalipto (Eucalyptus sp) moído e um saco de 20 quilogramas de latossolo vermelho para a realização do experimento, feito no Laboratório de Termociências LATERMO e na Estufa de Hidroponia, da Escola de Engenharia da Universidade Federal Fluminense, Niterói, Rio de Janeiro. Para obtenção da curva de retenção, utilizou-se quarenta e quatro tubetes, com volume aproximado de 286 cm³, sendo quatro para cada proporção de mistura. A percentagem da mistura em cada tubete foi obtida a partir do volume médio dos tubetes, conforme Tabela 1.

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Tabela 1 – Porcentagem de Terra e Carvão em relação ao volume médio do Tubete (286 cm³). Percentagem (%) Terra (cm³) Carvão (cm³) 0 286 0 5 271 15 10 257 29 15 243 43 20 229 57 25 214 72 30 200 86 35 186 100 40 171 115 45 157 129 50 143 143 55 129 157 60 114 172 65 100 186 70 86 200 75 71 215 80 57 229 85 43 243 90 29 257 95 14 272 100 0 286 As amostras, acondicionadas nos tubetes foram pesadas e colocadas para saturar pelo método histerese (consiste em saturar o solo de baixo para cima, onde a medida que a água percola no solo, o ar é expelido até que a água ocupe todo os vazios deste). Após saturadas, as amostras aram por uma segunda pesagem antes de serem drenadas e logo em seguida, pesadas novamente. As misturas, drenadas, foram retiradas dos tubetes, homogeneizadas e transferidas para cadinhos de alumínio. Os cadinhos contendo a mistura foram utilizados para determinação de teor de água, pelo método da EMBRAPA (1997), em estufa a 105 graus Celsius ± 3, modificando o período de secagem de 24 para 48 horas. RESULTADOS E DISCUSSÃO A pesagem inicial (Pi) das quatro repetições (I, II, III, IV) de mistura terra-carvão, em diferentes proporções, antes de serem inseridas na estufa, está representada na Tabela 2.

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Tabela 2 – Pi – Peso da mistura antes da secagem (g) Percentagem (%) I II 0 162,38 155,70 5 155,51 167,20 10 152,50 136,35 15 159,97 154,56 20 130,71 133,02 25 131,37 133,82 30 140,20 146,27 35 141,11 128,99 40 123,77 112,99 45 113,42 111,12 50 126,23 126,87 55 122,69 122,32 60 106,62 112,41 65 118,29 115,19 70 98,75 106,23 75 102,57 95,62 80 74,81 80,29 85 70,94 78,61 90 81,32 73,74 95 66,55 66,67 100 53,88 49,49

III 162,74 155,48 152,72 145,40 136,31 134,60 138,18 134,23 114,40 104,89 97,89 132,79 105,04 108,89 112,70 109,92 78,01 61,13 76,62 65,27 56,65

IV 154,77 160,42 146,95 157,78 141,08 138,61 136,69 135,78 127,88 109,80 106,96 121,40 108,81 106,03 101,45 101,00 80,14 64,03 80,35 58,92 56,73

A Tabela 3 representa a pesagem final (Pf) das quatro repetições (I, II, III, IV) de mistura terra-carvão, em diferentes proporções, após secagem em estufa por 48 horas. Tabela 3 – Pf – Peso da mistura depois da secagem (g) Percentagem (%) I II 0 118,82 113,42 5 113,43 121,85 10 109,07 98,94 15 113,52 109,31 20 91,15 93,11 25 89,04 90,77 30 88,81 118,89 35 110,24 83,33 40 80,66 72,18 45 72,12 69,94 50 76,60 78,51 55 69,33 69,73 60 58,74 64,04 65 63,74 61,74 70 50,03 53,71 75 55,27 48,00 80 32,73 34,99 85 31,22 36,39 90 33,44 31,25 95 25,68 25,87 100 24,53 22,12

III 119,31 113,23 111,82 102,76 94,73 91,97 88,76 87,96 75,73 67,66 61,09 74,79 58,46 57,69 58,10 54,38 34,22 27,80 32,21 25,87 25,38

IV 113,24 116,32 107,79 112,00 97,08 95,52 86,63 89,97 83,80 69,42 68,69 68,17 61,13 57,42 52,05 50,40 35,98 28,05 33,83 23,45 23,53 591

A Tabela 4 representa a percentagem da Base Úmida (B.U.) das quatro repetições (I, II, III, IV) de mistura terra-carvão, em diferentes proporções. O cálculo da percentagem do teor de água foi feito pelo método da base úmida, que consiste em dividir a subtração da pesagem inicial (Pi) e final (Pf) (massa de água) pela pesagem inicial (Pi) (massa total (solo mais água)) e por fim multiplicando-se por 100. Tabela 4 – B.U. – Teor de umidade do solo em base úmida (%) Percentagem (%) I II 0 26,83 27,15 5 27,06 27,12 10 28,48 27,44 15 29,04 29,23 20 30,27 30,00 25 33,22 32,17 30 36,65 18,72 35 21,88 35,40 40 34,83 34,35 45 36,41 37,06 50 39,32 38,18 55 43,49 42,99 60 44,91 43,03 65 46,12 46,40 70 49,34 49,44 75 30,90 51,33 80 36,25 56,42 85 55,99 53,71 90 58,88 57,62 95 61,41 61,20 100 54,47 55,30

III 26,69 27,17 26,78 29,33 30,50 31,67 35,76 34,47 33,80 33,46 37,59 43,68 44,35 47,02 48,45 50,53 56,13 54,52 57,96 60,36 55,20

IV 26,83 27,49 26,65 29,02 31,19 31,09 36,62 33,74 34,47 36,78 35,78 43,85 43,82 45,85 48,69 50,10 55,10 56,19 57,90 60,20 58,52

A Tabela 5 representa a percentagem média da Base Úmida (B.U.) das quatro repetições (I, II, III, IV) de mistura terra-carvão, em diferentes proporções.

592

Tabela 5 – B.U. – Percentagem média da base úmida (%) Percentagem (%) Média (%) 0 26,88 5 27,21 10 27,34 15 29,16 20 30,49 25 31,79 30 31,94 35 31,37 40 34,36 45 36,43 50 37,70 55 43,50 60 44,03 65 46,35 70 48,98 75 50,71 80 55,98 85 55,10 90 58,09 95 60,79 100 55,87 O teor de água inicial médio das amostras de mistura terra-carvão, terra carvão, em diferentes percentagens está representado no Gráfico 1. É possível perceber um crescimento exponencial da taxa de retenção de água de acordo acordo com o aumento da percentagem de carvão. Porém, há um ligeiro decréscimo dessas taxas em determinados intervalos, que pode ser explicado devido à interferência da variação de temperatura da mistura nos cadinhos de alumínio, diferença na homogeneização da amostra e diferença de tamanho do material particulado. Gráfico 1 – Valores do teor de água médio das amostras de mistura terra-carvão. terra carvão.

593

A Tabela 6 corresponde aos valores médios da massa de água obtida através da subtração entre os pesos inicial (Pi) e final (Pf) das amostras em cada proporção de terra-carvão. Tabela 6 – Valores médios da massa de água – Ma (g) Percentagem (%) Ma (%) 0 43,09 5 43,23 10 40,58 15 44,78 20 40,35 25 42,67 30 42,73 35 40,93 40 40,20 45 39,88 50 44,93 55 54,65 60 47,61 65 53,07 70 51,95 75 54,49 80 43,72 85 38,42 90 44,93 95 40,36 100 29,33 O Gráfico 2 representa os valores médios da massa de água em cada amostra. Avaliando-se a curva, percebe-se que a inserção do carvão vegetal auxilia na retenção de água, a partir do momento em que a quantidade de carvão é superior à terra. Nota-se um grande aumento da massa de água retida, entre 45 e 55%, sendo que o fenômeno de absorção de água atinge seu máximo na proporção de mistura 45% de terra e 55% de carvão. Para valores superiores, o resultado é pouco significativo, pois o uso do carvão torna-se ineficaz para este propósito. Os pontos que não respondem à tendência da curva podem explicados devido à interferência da variação de temperatura da mistura nos cadinhos de alumínio, diferença na homogeneização da amostra e diferença de tamanho do material particulado. Gráfico 2 – Valores médios da massa de água em cada amostra. 60,00

Massa de água (g)

55,00 50,00 45,00 40,00 35,00 30,00 25,00 0

5

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 Carvão na mistura (%)

594

CONCLUSÕES O uso do carvão no solo para fins de retenção de água é eficaz em proporções entre 45 e 60%, quando incorporado ao latossolo vermelho. Contudo, há diversas variáveis que podem influenciar no resultado da análise, como temperatura, umidade, características físicas do solo. AGRADECIMENTOS Os nosso especiais agradecimentos à Rafael Valadares e Alessandro Martins Gonçalves que foram de uma ajuda inestimável na fase experimental do trabalho. REFERÊNCIAS BENITES, V. M. et al. Matéria Orgânica do Solo e Recomendação de Adubação para o Estado do Acre. Rio Branco: Embrapa Acre, 2005. p. 93-120. EMBRAPA, Centro Nacional de Pesquisa de Solos (Rio de Janeiro, RJ). Manual de métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: Embrapa-CNPS, 1997. 2˚ ed. 212 p. PINTO, M. A. et al. Impacto da utilização de fino carvão no desenvolvimento da MucunaPreta. In: VII CONGRESSO BRASILEIRO DE AGROECOLOGIA, 2011, Fortaleza. Anais do Caderno de Agroecologia, ISSN 2236-7934, Vol 6, N˚ 2. Fortaleza, 2011 SANTOS, J. L. S et al. Efeito do Biocarvão na estrutura de comunidades bacterianas no solo e sistema radicular de soja (G. Max). In: 63a REUNIÃO ANUAL DA SBPC, 2011, Goiânia. Anais da 63a Reunião Anual da SBPC. Goiânia, 2011.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ - Brasil 21 a 25 de Outubro

AVALIAÇÃO DE CARBONILAS NA ATMOSFERA INTERIOR E EXTERIOR DE SALAS DE AULA DE ESCOLAS PÚBLICAS MÁRCIO DE MELLO GOMES1, SÉRGIO MACHADO CORRÊA2 1

Acadêmico de Mestrado em Química, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, e-mail: [email protected] Professor Associado do Departamento de Química e Ambiental, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rodovia Presidente Dutra, km 298, 27537-000, Resende (RJ). E-mail: [email protected] 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Compostos carbonílicos representam uma das principais classes de poluentes atmosféricos e são frequentemente reportados em estudos de poluição atmosférica de interiores. São emitidos para a atmosfera a partir de uma variedade de fontes naturais e antropogênicas. Em projeto de 2011 realizado pela Secretaria de Estado de Educação do Estado do Rio de Janeiro, foi implementada a climatização em todas as salas de aula de todas as escolas da rede pública estadual. A escala de exposição de ocupantes à climatização, em salas de aula, não apresenta precedentes em nosso estado e representa uma tendência de todo o país. Como é um projeto recente, não há dados a respeito da qualidade do ar interior nesses ambientes e, portanto, das consequências na saúde dos ocupantes. Neste projeto objetivou-se a avaliação de carbonilas na atmosfera. Os procedimentos são baseados na metodologia TO-11A da U.S.EPA. A técnica de amostragem é por via seca com reação química, empregando-se cartuchos de sílica revestidos de octadecil (SiO2-C18) impregnados com 2,4-dinitrofenilhidrazina. As carbonilas foram analisadas por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência com detecção por UV. Foram encontradas concentrações de formaldeído na faixa de 6,00 a 26,60 ppb (interior) e 2,70 a 8,80 ppb (exterior), acetaldeído na faixa de 4,06 a 12,86 ppb (interior) e 2,78 a 5,39 ppb (exterior), acetona+acroleína na faixa de 0,97 a 5,94 ppb (interior) e 0,00 a 1,23ppb (exterior). Os valores encontrados geralmente não ultraaram os limites determinados por organismos internacionais. PALAVRAS–CHAVE: Qualidade do ar interior, compostos carbonílicos, escolas.

CARBONYL EVALUATION IN INDOOR AND OUTDOOR ATMOSPHERE OF CLASSROOMS OF PUBLIC SCHOOLS ABSTRACT: Carbonyl compounds represent one of most important classes of atmospheric pollutants and are frequently reported in indoor atmospheric pollution studies. Are emitted to the atmosphere from a wide variety of natural and anthropogenic sources. In a project undertaken in 2011 by State Department of Education of Rio de Janeiro, all classrooms were acclimatized in all public schools statewide. The exposure scale of occupants to closed acclimatized classrooms has no precedent in our state and represents a trend throughout the country. As it is a recent project, there are no data regarding the indoor air quality in these environments and, therefore, the consequences on the health of occupants. The main objective of this project is to evaluate the carbonyls concentrations in these environments. The procedures are based on the TO-11A U.S.EPA methodology. The sampling technique is dry chemical reaction, using silica coated with octadecyl cartridges impregnated with 2,4dinitrophenylhydrazine. Carbonyls were analyzed by High Performance Liquid Chromatography with UV detection. Formaldehyde concentrations were found in range of 6.00 to 26.60 ppb (indoor) and 2.70 to 8.80 ppb (outdoor), acetaldehyde in range of 4.06 to 12.86 ppb (indoor) and 2.78 to 5.39 ppb (outdoor), acetone+acrolein range of 0.97 to 5.94 ppb (indoor) and 0.00 to 1.23 ppb (outdoor). The values found generally did not exceed the limits set by international organizations. KEYWORDS: Indoor air quality, carbonyl compounds, schools.

596

INTRODUÇÃO Os compostos carbonílicos, formados por aldeídos e cetonas, tem origem na atmosfera a partir de uma grande variedade de processos e fontes emissoras. Seus efeitos diretos sobre os seres vivos e o meio ambiente e sua participação em vários processos ambientais fazem deles uma das principais classes de poluentes na atualidade. Os que aparecem na atmosfera em maior abundância são o formaldeído (HCHO) e o acetaldeído (CH3CHO), seguidos de propionaldeído (CH3CH2CHO), propanona (CH3COCH3), acroleína (CH2=CHCHO) e benzaldeído (C6H5CHO), entre outros (GROSJEAN e FUNG, 1984). Os compostos carbonílicos na atmosfera são oriundos de fontes naturais e antropogênicas, de forma direta e indireta, sendo que as antropogênicas apresentam relevância muito maior em relação às naturais. Andrade et al. (2002) indicam que, dentre as fontes naturais, a mais significativa é a queima espontânea de florestas. Foram detectados aldeídos alifáticos, olefínicos, aromáticos e cíclicos associados a tais processos. Em relação às fontes antropogênicas, as emissões de compostos carbonílicos diretamente para o ambiente resultam de várias atividades das quais podem-se destacar a produção industrial, o uso de combustíveis, a incineração de lixo, a queima de madeira, a queima provocada de florestas e a utilização de determinados produtos industrializados (CARLIER et al., 1986) As indústrias que mais emitem compostos carbonílicos são aquelas que sintetizam e/ou usam esses compostos como matéria prima: refinarias e petroquímica; plantas de tratamento de esgotos; indústrias de plásticos, tintas e vernizes (ANDRADE et al., 2002). A queima de combustíveis por veículos tem se tornado a principal fonte de compostos carbonílicos na atmosfera de áreas urbanas, levando ao acúmulo direto e indireto de carbonilas no ar. Nessas áreas, o perfil dos níveis de concentração desses compostos no ar é influenciado diretamente pela combustão veicular e ganham relevância fatores como o combustível utilizado, o uso de catalisadores, as condições do veículo e do tráfego (MIGUEL e ANDRADE, 1990). Segundo Grosjean (1982) processos de formação in situ de compostos carbonílicos na atmosfera apresentam grande relevância contribuindo com 45 a 95 % dos aldeídos totais. O papel de maior relevância nesses processos cabe à foto-oxidação de hidrocarbonetos alifáticos e aromáticos de origem natural e antropogênica. Deve-se ressaltar que todos os compostos orgânicos presentes na atmosfera podem gerar compostos carbonílicos através desse mecanismo. A geração de compostos carbonílicos depende da formação de radicais livres R•. Tais radicais são produtos de reações entre espécies muito reativas como HO•, HO2•, O3, NOx e compostos orgânicos presentes na atmosfera. Os compostos orgânicos precursores dos carbonílicos variam de acordo com o grau de poluição local. Em áreas pouco poluídas, predominam hidrocarbonetos de origem natural, provenientes de gases que escapam da terra, emissões de plantas e animais, gases vulcânicos, entre outros. Nessas áreas o hidrocarboneto mais abundante é o metano (CH4), cuja concentração é cerca de 2 ppm, sendo os outros encontrados em concentrações bem menores. Como consequência há formação, principalmente, de formaldeído, pelo ataque de radicais HO• ao metano como mostra a sequência de equações 1 a 7 (CARLIER et al., 1986). CH4 + HO• → H2O + CH3• CH3• + O2 + M → CH3O2• + M CH3O2• + NO → CH3O• + NO2 CH3O• + O2 → HCHO + HO2• ou

(1) (2) (3) (4) 597

CH3O2• + CH3O2• → CH3O• + CH3O• + O2 CH3O• + O2 → HCHO + HO2• CH3O2• + CH3O2• → HCHO + CH3OH + O2

(5) (6) (7)

Em áreas poluídas, além dos compostos orgânicos naturais, os de origem antropogênica ganham acentuada relevância. Hidrocarbonetos (principalmente alcanos e alcenos) são os principais precursores, mas álcoois, éteres, compostos aromáticos e outros compostos orgânicos também podem originar carbonilas (CARLIER et al., 1986). O mecanismo básico de produção de compostos carbonílicos (CC) a partir de radicais R• formados pelo ataque de espécies reativas (O3, HO•, HO2•, NO3•) a compostos orgânicos no ar pode ser representado genericamente pelas equações 8 a 10 (CARLIER et al., 1986). R• + O2 → RO2• RO2• + NO → RO• + NO2 RO• + O2 → CC + HO2•

(8) (9) (10)

Durante o dia as reações são muito rápidas, assim a produção de compostos carbonílicos é controlada pela formação de radicais livres R• que, por sua vez, depende da concentração de espécies reativas e das constantes de velocidade das reações entre essas espécies e os compostos orgânicos na troposfera. Durante a noite a concentração de NO é sempre mais baixa que durante o dia, pois sua principal fonte é a foto-oxidação de NO2 por radiações de comprimento de onda entre 280 a 480 nm. Então a reação 9 não é favorecida e o radical RO2• reage preferencialmente pelas rotas descritas pelas equações 11 a 13c (CARLIER et al., 1986). RO2 • + NO2 + M → ROONO2 + M RO2 • + O3 → RO• + 2 O2 R(1)O2 • + R(2)O2 • → R(1)O• + R(2)O• + O2 → R(1) – O – O – R(2) + O2 → álcool + aldeído + O2

(11) (12) (13a) (13b) (13c)

Quando R(1) = R(2) = H somente a reação 13b pode ocorrer ; quando apenas R(1) = H ou R(2) = H só há evidência direta da reação 13b; A reação 13c, que produz álcool (ou H2O), aldeído e O2 é termodinamicamente favorável e deve ocorrer, contanto que o grupo orgânico possua um αH, enquanto a reação 13a é extremamente endotérmica, e portanto desfavorável. Os mecanismos noturnos são menos favoráveis que os diurnos, que ocorrem sob forte irradiação solar. Isso se reflete, por exemplo, na maior produção de compostos carbonílicos secundários durante o dia que à noite (CARLIER et al., 1986). Existem vários processos de remoção de compostos carbonílicos da atmosfera, com destaque para a fotólise e a remoção com radicais HO•. Também são relevantes as remoções via reações com HO2•, O3, NO3• e os processos de deposição seca e úmida (ANDRADE et al., 2002). Os compostos carbonílicos fotolisam quando expostos à radiação, na região do ultravioleta próximo, com produção de radicais peroxi-alquila ou peroxi-arila, radicais HO2•, monóxido de carbono e, no caso de cetonas, aldeídos (ANDRADE et al., 2002). As equações 14 a 16 representam as reações de fotólise para aldeídos : 2O2

→

RCHO + hν → R• + HCO• RO2• + HO2• + CO → RCO + H• → RH + CO

(14) (15) (16) 598

As equações 17 a 20 representam as reações de fotólise para cetonas: R1 ‒ CO ‒ R2 + hν → R1• + R2CO•

→ R1O2• + R2O2• + CO 2O2

→ 2O2

→ R1CO• + R2• R1O2• + R2O2• + CO R1 ‒ CO ‒ CH2 ‒ CH2 ‒ CH2 ‒ R2 + hν → R1CO• + CH3• + CH2 = CH ‒ R2 R1 ‒ CO ‒ CH2 ‒ CH2 ‒ R2 + hν → R1CHO + CH2 = CH ‒ R2

(17) (18) (19) (20)

Como exemplo, as reações de fotólise do formaldeído estão representadas pelas equações 21 e 22 e do acetaldeído pelas equações 23 a 25 (CARLIER et al., 1986). HCHO + hν (290 – 310 nm) → H• + HCO• HCHO + hν (320 – 350 nm) → H2 + CO

(21) (22)

Segundo Carlier et al. (1986), o tempo de vida desta espécie com relação à fotólise é de aproximadamente 6,3 h no verão e 8,1 h no inverno em um dia claro. Porém, deve-se destacar que em áreas poluídas, a reação com radicais HO• se constitui em outra importante via de remoção de formaldeído da atmosfera. Esses mecanismos juntos podem ser considerados a maior fonte de radicais HO2• na atmosfera e, consequentemente, uma importante fonte de H2O2 (GUNZ e HOFFMANN, 1990). CH3CHO + hν → CH3• + HCO• CH3CHO + hν → CH3CO• + H• CH3CHO + hν → CH4 + CO

(23) (24) (25)

O tempo de vida do acetaldeído com relação a fotólise é de aproximadamente 3,3 dias no verão e 5 dias no inverno (CARLIER et al., 1986). Dentre as três rotas possíveis para a fotólise do composto, a mostrada na reação 30a é a mais favorável na faixa de comprimento de onda estudada, de 290 a 331 nm, com produção máxima em 300 nm (HOROWITZ et al., 1982). Assim, os compostos carbonílicos aumentam os níveis atmosféricos de monóxido de carbono (CO) e são considerados os principais precursores de radicais livres na atmosfera, entre os quais radicais hidroperóxido (HO2•) e, consequentemente, uma importante fonte de H2O2. Os radicais livres gerados iniciam uma série de processos de oxidação de NO a NO2, influenciando a formação do ozônio, característico do “smog” fotoquímico (ANDRADE et al., 2002). Com exceção do formaldeído, os compostos carbonílicos sofrem foto-oxidação com produção dos nitratos de peroxi-alquila (PAN) ou nitratos de peroxi-arila. O mecanismo geral pode ser representados pelas equações 26 a 28. Em áreas urbanas poluídas, a foto-oxidação dos aldeídos é a principal rota de formação dos PAN (CARLIER et al., 1986). RCHO + HO• → RCO• + H2O RCO• + O2 → RCOO2• RCOO2• + NO2 → RCOO2NO2

(26) (27) (28)

A equação 30 mostra a reação de compostos carbonílicos com radicais NO3•, gerados a partir da reação de NO2 com ozônio (equação 29). Esta é uma importante rota de remoção desses compostos à noite quando não há irradiação solar e, consequentemente, espécies como 599

HO• e HO2• (CARLIER et al., 1986). Tal reação também resulta na formação de PAN (equações 31 e 32). NO2 + O3 → NO3• + O2 RCHO + NO3• → RCO• + HONO2 RCO• + O2 → RCOO2• RCOO2• + NO2 → RCOO2NO2

(29) (30) (31) (32)

Compostos carbonílicos também podem ser removidos da atmosfera através de processos heterogêneos que abrangem a deposição seca e a deposição úmida, sendo esta uma importante via de retirada desses compostos (CARLIER et al., 1986). A deposição úmida compreende o processo de dissolução de poluentes em nuvens, fumaça, chuva, neve e neblina, e posterior precipitação dessas na superfície da terra, oceanos e outras superfícies aquosas. É um relevante processo de remoção de compostos carbonilados pois estes estão entre os poluentes atmosféricos mais solúveis em água, em especial o formaldeído apresenta uma alta solubilidade (180 cm3 gás cm-3 água). Além desse aspecto os aldeídos, nas suas formas hidratadas, apresentam baixa sensibilidade à foto-decomposição, devido à formação de gem-diois e à limitada insolação, o que torna a neblina e as nuvens um ambiente ideal para o seu acúmulo (CARLIER et al., 1986). O conhecimento dos níveis de concentração atmosférica dos compostos carbonílicos é de extrema importância para diversas áreas da química ambiental e de controle da poluição, como por exemplo na modelagem de oxidantes fotoquímicos (O3, PAN, H2O2, NOx); em experimentos de simulação em câmara de “smog”; no estudo da poluição em ambientes internos; na higiene industrial; no controle de emissões veiculares, industriais e outras; no estudo fotoquímico de hidrocarbonetos e outros compostos orgânicos (ANDRADE et al., 2002). Como relatado por Grosjean (1991) a maioria dos dados de concentração atmosférica de compostos carbonílicos em áreas urbanas no exterior é em locais nos Estados Unidos da América onde a identificação e quantificação destes compostos, principalmente aldeídos, tanto na atmosfera como em gases de exaustão, vem sendo bastante estudadas. A maioria dos dados coletados limita-se às concentrações de formaldeído e acetaldeído. Segundo Andrade et al. (2002), não existem dados de concentrações atmosféricas de compostos carbonílicos no Brasil antes da introdução do etanol hidratado como combustível automotivo, o que dificulta tentativas no sentido de estudar o impacto ambiental de sua implementação. Um aspecto que chama a atenção é que as razões [HCHO]/[CH3CHO], em outros países são sempre maiores que 1, enquanto que para o Brasil, na maioria dos dados apresentados, são menores que 1. Esse fato mostra um perfil distinto do Brasil em relação a outros países onde o etanol não é utilizado como combustível automotivo, indicando que a sua utilização pode afetar grandemente o perfil dos níveis de concentração atmosférica de compostos carbonílicos (ANDRADE et al., 1998). Segundo Schirmer et al. (2011) as preocupações em relação aos efeitos do ar na saúde pública são direcionadas, principalmente, para a poluição atmosférica no exterior dos edifícios. O interesse pelo estudo da qualidade do ar interior (QAI) surgiu após o conhecimento de que diversos fatores – desenvolvimento de micro-organismos, uso de produtos de limpeza, existência de materiais e equipamentos poluentes, deficiente ventilação e renovação do ar e a própria ocupação humana - são responsáveis para que tanto o número de poluentes como sua concentração sejam, em geral, muito mais elevados nos espaços interiores do que no ar exterior. Tal fato adquire extrema importância quando consideramos que nas 600

sociedades modernas as pessoas am a maior parte de seu tempo (80 a 90%) no interior de edifícios inalando em média 10 m3 de ar por dia. Como descrito por Daisey et al. (2003), a má qualidade do ar interior têm sido apontada como causa de sintomas físicos como irritação dos olhos; irritação e obstrução nasal; desidratação e irritação da pele; irritação e secura na garganta; dor de cabeça; letargia e cansaço generalizado, levando à perda de concentração. O problema adquiriu tal magnitude que o termo “Síndrome dos Edifícios Doentes (SED)” foi cunhado para descrever situações de desconforto laboral e/ou problemas agudos de saúde, que parecem estar relacionados com a permanência no interior de alguns edifícios. A Síndrome do Edifício Doente está relacionada a situações onde mais de 20% dos ocupantes de um determinado edifício experimentam efeitos adversos à saúde e ao conforto, e esses efeitos desaparecem ao abandonar o edifício, sem que outras causas para o problema sejam detectadas. Segundo Brickus e Neto (2003), a situação é mais grave quando se trata de grupos vulneráveis, como é o caso das crianças e idosos. Desde a idade escolar todas am por longos períodos de permanência no interior das salas de aula, pelo que será de se esperar que as condições existentes nos edifícios que as abrigam influenciem em seu estado de saúde e desempenho escolar. É bom lembrar que as crianças apresentam maior susceptibilidade a alguns poluentes em comparação com os adultos, pois respiram um maior volume de ar em relação ao seu peso corporal e seus tecidos ainda se encontram em fase de desenvolvimento. Como relatado por Brickus e Neto (2003), com a crise do petróleo nos anos 70, estabeleceu-se uma tendência crescente de construção de edifícios com maior isolamento térmico a fim de obter uma maior eficiência na climatização – os chamados edifícios “selados”. Simultaneamente, houve um significativo aumento na diversidade de produtos para forração, acabamento e mobiliário, os quais podem emitir espécies químicas íveis de serem dispersas no ar de interiores. Dentre os contaminantes usualmente monitorados estão o dióxido de carbono (CO2), o monóxido de carbono (CO), os compostos orgânicos voláteis (COV), os compostos orgânicos semi-voláteis (COSV), matéria particulada, nicotina e microrganismos. A Tabela 1 mostra as fontes mais comuns desses compostos. Entre estas espécies químicas merecem destaque os compostos orgânicos voláteis, presentes na composição de materiais de construção, limpeza e mobiliário. Entre os COV o formaldeído e outros aldeídos têm sido associados à Síndrome do Edifício Doente. Tabela 8 - Fontes típicas de poluição do ar em ambientes internos. Poluente Maior fonte de emissão Atividade metabólica, atividades de combustão, veículos Dióxido de carbono motores em garagem Queima de combustível fóssil, aquecedores a gás ou querosene, Monóxido de carbono fogão, fumaça de cigarro Formaldeído Materiais de construção e mobiliário Adesivos, solventes, materiais de construção, volatilização, COV combustão, pintura, fumaça de cigarro, atividades de limpeza, fotocopiadoras, impressoras a laser Re-suspensão, fumaça de cigarro, produtos de combustão, Partículas atividades de limpeza O monitoramento de poluentes internos em escolas é um tema pouco explorado pelos pesquisadores brasileiros. Na literatura publicada existem alguns dados sobre a concentração de carbonilas em salas de aula, porém vários ambientes estudados não apresentavam climatização, caracterizando-se por serem naturalmente ventilados, com portas e janelas abertas, ou pertenciam a instituições de ensino superior (GIODA e NETO, 2003). Segundo 601

Alves e Aciole (2012), perante a escassez de dados relacionados com a avaliação dos níveis de carbonilas em escolas brasileiras, acredita-se ser de fundamental relevância uma avaliação exaustiva destes poluentes em ambientes escolares. Em projeto empreendido pela Secretaria de Estado de Educação do Estado do Rio de Janeiro (SEEDUC – RJ) no ano de 2010, a partir do ano de 2011 todas as salas de aula de todas as escolas da rede pública estadual possuem climatização realizada com aparelhos condicionadores de ar. A escala de exposição de ocupantes à climatização, em salas de aula, não apresenta precedentes em nosso estado e representa uma tendência de todo o país. Como é um projeto recente, não há dados a respeito da QAI nesses ambientes e, portanto, das consequências de sua implementação na saúde dos ocupantes. MATERIAL E MÉTODOS Os procedimentos são baseados na metodologia TO-11A da U.S.EPA. A técnica de amostragem é por via seca com reação química, empregando-se cartuchos de sílica revestidos de octadecil (SiO2-C18) e impregnados com 2,4-dinitrofenilhidrazina (2,4-DNPH). A retenção do formaldeído se dá através da reação da hidrazina do cartucho com a carbonila (R-C=O) originando a respectiva hidrazona, como representada pela equação 33.

(33)

A reação é de adição nucleofílica ao grupo carbonílico, seguida da eliminação 1,2 da água do derivado 2,4-difenilhidrazona. As hidrazonas formadas absorvem em um comprimento de onda na faixa do ultravioleta em 360 nm. Com relação à análise química, é empregada a Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE), usando-se detecção por ultravioleta. Esta técnica já foi regulamentada pela U.S.EPA para o monitoramento de carbonilas (US-EPA, 1997). A quantificação e identificação é realizada utilizando-se misturas padrão da Supelco (TO11/IP-6A Aldehyde/Ketone-DNPH Mix) que contém 15 carbonilas: formaldeído, acetaldeído, acroleína, acetona, propionaldeído, crotonaldeído, butiraldeído, benzaldeído, isovaleraldeído, valeraldeído, o-tolualdeído, m-tolualdeído, p-tolualdeído, hexaldeído e 2,5dimetilbenzaldeído conforme especificação do fabricante. Os padrões são preparados em cinco concentrações – 100, 200, 400, 800 e 1500 ppb - usando como solvente a acetonitrila, objetivando obter um coeficiente de correlação superior a 0,99 para as curvas de calibração, através de metodologia de padronização externa. A amostragem foi realizada em duas escolas da rede pública do Estado do Rio de Janeiro – o Colégio Estadual Presidente Dutra e o CIEP 155 Maria Joaquina de Oliveira – ambas localizadas na zona urbana do município de Seropédica. Tomaram-se quatro salas de aula de cada escola e as amostras foram coletadas no interior e no exterior de cada sala, simultaneamente, durante o período de atividade escolar e também com salas vazias. As amostras foram coletadas utilizando-se uma bomba amostradora autônoma (KNF UNMP 850 KNDF) acoplada a um cartucho impregnado com 2,4-DNPH, a cerca de 1,0 L min-1 por cinco horas (horário escolar). Esses parâmetros foram regulados pela quantidade de carbonilas que o cartucho a. Como cada cartucho tem cerca de 2 mg de DNPH é recomendável amostrar até 75% de sua capacidade de retenção de carbonilas. Se houver saturação do cartucho a amostra deve ser descartada. 602

São acopladas duas mangueiras de silicone à um manifold e este à bomba de vácuo, de modo que são coletadas amostras do interior e do exterior da sala de aula simultaneamente. As vazões foram controladas por rotâmetros Dwyer modelo MMA-20. Ao final do tempo de amostragem o cartucho é retirado, lacrado e identificado. As amostras foram estocadas em local refrigerado e protegidas da luz até a análise, por no máximo cinco dias. As amostras foram eluídas dos cartuchos com 5 mL acetonitrila e analisadas através da CLAE, utilizando-se um cromatógrafo Perkin Elmer Seres 200, através dos seguintes parâmetros: volume de injeção de 100 µL com loop de injeção de 20 µL; fase móvel: 45% de acetonitrila e 55% de água (v/v); vazão da fase móvel: 1,3 mL min-1; duas colunas C18 150 mm x 3,9 mm em série, partículas com diâmetro de 5 m; detector UV 360 nm. RESULTADOS E DISCUSSÃO A calibração do foi feita utilizando-se soluções preparadas a partir de um padrão contendo 15 carbonilas. As curvas de calibração foram obtidas sempre com coeficientes de correlação iguais ou superiores a 0,99. Após a calibração as amostras foram analisadas, resultando na formação de seus respectivos cromatogramas, a partir dos quais as concentrações de carbonilas presentes foram quantificadas. As faixas de variação de concentração para formaldeído, acetaldeído e acetona + acroleína são vistos nas Tabelas 2 e 3. As demais carbonilas não foram identificadas nas amostras coletadas. Tabela 2 - Concentrações de poluentes em salas de aula do C. E. Presidente Dutra Faixa de Variação (ppb) Razão (max) Poluente Interior Exterior I/E Formaldeído 6,40 - 26,60 2,70 - 8,80 3,02 Acetaldeído 4,06 - 12,86 2,78 - 5,39 2,39 Acetona + Acroleína 0,97 - 5,94 0,00 - 0,99 6,00 Tabela 3 - Concentrações de poluentes em salas de aula do CIEP 155 Faixa de Variação (ppb) Poluente Interior I/E Formaldeído 6,00 - 11,70 2,50 - 7,50 Acetaldeído 6,41 - 10,57 2,92 - 5,18 Acetona + Acroleína 2,56 - 5,78 0,00 - 1,23

Razão (max) I/E 1,56 2,04 4,70

A literatura científica avalia o formaldeído e o acetaldeído como os principais compostos carbonílicos poluentes de ambientes interiores. Assim, as faixas de variação de concentração desses dois poluentes, nas salas de aula das duas escolas, foram comparadas com valores limite constantes em legislações ou recomendados por algumas instituições. Os valores referenciais encontram-se na Tabela 4. Tabela 4 - Limites determinados por órgãos nacionais e internacionais Poluente NR-15 NIOSH OSHA CONAMA (mg m-3) (mg m-3) (mg m-3) 48h sem-1 Formaldeído 2,3 0,02 0,93 NS Acetaldeído 140 180 360 NS Nota: NS = não sugerido.

Resolução 176

NS NS

603

Comparando-se as concentrações de formaldeído e acetaldeído no interior das salas de aula com os limites indicados pela NR-15, NIOSH e OSHA, pode-se observar que geralmente não houve extrapolação dos limites. Foram registrados valores superiores aos recomendados apenas no C. E. Presidente Dutra, onde o limite recomendado para formaldeído pela NIOSH (0,02 ppm ou 20 ppb) foi ultraado. Assim, esta avaliação preliminar indica que a qualidade do ar interior das salas pode ser considerada boa, de forma geral, em relação a tais parâmetros. Pelos valores apresentados nas razões entre o ar interior e exterior pode-se concluir que em ambas as escolas existem fontes internas de carbonilas (razão > 1) e que a troca de ar com o meio externo é deficiente. Também pode-se concluir que a atmosfera do C.E Presidente Dutra possui razões I/E maiores que o CIEP 155, indicando uma pior qualidade do ar e renovação com o ar externo. CONCLUSÕES Os compostos carbonílicos representam uma das principais classes de poluentes atmosféricos. Estão relacionados diretamente com a poluição de ambientes interiores, sendo um de seus principais agentes. No Brasil, há uma lacuna no estudo da qualidade do ar interior de escolas, principalmente com ambientes climatizados. O formaldeído e o acetaldeído são os COV mais representativos da poluição de interiores, sendo bons indicadores da QAI. As concentrações de formaldeído e acetaldeído no interior das salas de aula das escolas estudadas geralmente não ultraaram os valores determinados pela NR-15 ou os recomendados por NIOSH ou por OSHA, mas as relações I/E indicam que existem fontes internas e que uma melhor renovação do ar é necessária. REFERÊNCIAS ALVES, C.A., ACIOLE, S. D. G. Formaldeído em escolas: uma revisão. Química Nova, v.35, n.10, p.2025-2039, 2012. ANDRADE, M. V. A. S. De, PINHEIRO, H. L. C., PEREIRA, P. A. de P., de ANDRADE, J. B. Compostos carbonílicos atmosféricos: fontes, reatividade, níveis de concentração e efeitos toxicológicos. Química Nova, v.25, n.6b, p.1117-1131, 2002. BRICKUS, L. S. R., NETO, F. R. de A. A. A qualidade do ar de interiores e a química. Química Nova, v.22, n.1, p.65-74, 1999. CARLIER, P., HANNACHI, H., MOUVIER, G. The chemistry of carbonyl compounds in the atmosphere—A review. Atmospheric Environment, v.20, n.11, p.2079-2099, 1986. DAISEY, J. M., ANGELL, W. J., APTE, M. G. Indoor air quality, ventilation and health symptoms in schools: an analysis of existing information. Indoor Air, v.13, n.1, p.53-64, 2003. De ANDRADE, J. B., PINHEIRO, H. L. C., ANDRADE, M. V. A. S. Atmospheric levels of formaldehyde and acetaldehyde and their relationship with the vehicular fleet composition in Salvador, Bahia, Brazil. Journal of the Brazilian Chemical Society, v.9, n.3, p.219-223, 1998. De ANDRADE, J. B., PINHEIRO, H. L. C., de ANDRADE, M. V. A. S. The formaldehyde and acetaldehyde content of atmospheric aerosol. Journal of the Brazilian Chemical Society, v.6, n.3, p.287-290, 1995. GIODA, A., NETO, F. R. de A. Poluição química relacionada ao ar de interiores no Brasil. Química Nova, v.26, n.3, p.359-365, 2003. 604

GROSJEAN, D., FUNG, K. Hydrocarbons and Carbonyls in Los Angeles Air. Journal of Air Pollution Control Association, v.34, n.5, p.537-543, 1984. GROSJEAN, D. Formaldehyde and other carbonyls in Los Angeles ambient air. Environmental Science & Technology, v.16, n.5, p.254-262, 1982. GROSJEAN, D. (1991) Ambient levels of formaldehyde, acetaldehyde and formic acid in southern California: results of a one-year baseline study. Environmental Science & Technology, v.25, n.4, p.710-715, 1991. GUNZ, W. D., HOFFMANN, M. R. Atmospheric chemistry of peroxides: a review. Atmospheric Environment, v.24, n.7, p.1601-1633, 1990. HOROWITZ, A., KERSHNER, C. J., CALVERT, J. G. Primary processes in the photolysis of acetaldehyde at 3000 Ǻ and 25ºC. Journal of Physical Chemistry, v.86, n.16, p.30943105, 1982. MIGUEL, A. H., de ANDRADE, J. B. Catalyst and Noncatalyst Exhaust Aldehydes Emissions from Brazilian Ethanol Fueled Vehicles. Journal of the Brazilian Chemical Society, v.1, n.3, p.124-127, 1990. SCHIRMER, W. N., PIAN, L. B., SZYMANSKI, M. S. E., GAUER, M. A. A poluição do ar em ambientes internos e a síndrome dos edifícios doentes. Ciência e Saúde Coletiva, v.16, n.8, p.3583-3590, 2011.

605

I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente - Niterói – RJ – Brasil 21 a 25 de Outubro de 2013

CINÉTICA DE SECAGEM DO FIGO (Ficus carica L.) LUIZ CARLOS CORRÊA FILHO1; EDNILTON TAVARES DE ANDRADE2; ELISABETH DE MORAES D’ANDREA 3; FELIPE ALMEIDA DE SOUSA4; VITOR GONÇALVES FIGUEIRA5, RHÉGIA BRANDÃO DA SILVA6 1

Mestrando em Engenharia de Biossistemas, (24) 81466773, UFF, [email protected] Doutor, (21) 26295390, UFF, PGEB, [email protected] 3 Mestranda em Engenharia de Biossistemas, UFF, (21) 2629 9532, [email protected] 4 Mestrando em Engenharia de Biossistemas, UFF, (21) 80138922, [email protected] 5 Engenheiro Agrícola e Ambiental, UFF, (21) 8258-7964, [email protected] 6 Mestranda em Engenharia de Biossistemas, UFF, (21) 27092669, [email protected] 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: O figo (Ficus carica L.) é um fruto muito apreciado pelo mercado interno, tanto pelo aroma quanto por ser rico em nutrientes antioxidantes e vitaminas A, B e C. A secagem é um processo utilizado para o aumento da vida de prateleira, redução de custos de embalagem, transportes e armazenamento e para minimizar as perdas na pós-colheita do excesso da produção. Diante do exposto, o objetivo do presente trabalho foi estudar a secagem de figo (Ficus carica L.), avaliar as curvas de secagem e posterior ajuste dos dados experimentais de teor de água obtidos a diferentes modelos matemáticos para as diversas condições de temperatura do ar de secagem. Utilizou-se figos provenientes do comércio do munícipio de Niterói/RJ que foram submetidos à secagem sob diferentes temperaturas do ar (40°C, 55°C e 70°C), que por sua vez tinha o nível de velocidade do ar de secagem de 1,2 m.s-1. Para predizer o processo de secagem de produtos agrícolas, onze modelos matemáticos foram ajustados aos dados experimentais. Nas análises das curvas de secagem observou-se que pequenos incrementos no valor da temperatura do ar de secagem promovem redução significativa no tempo de secagem. O modelo de Midili e Logaritmo foram os que tiveram o melhor ajuste aos dados para a faixa de temperatura estudada. PALAVRAS–CHAVE: figo, secagem, modelagem matemática.

DRYING KINETICS OF FIGS ABSTRACT: The fig (Ficus carica L.) is a fruit much appreciated by the market, both the aroma as being rich in antioxidant nutrients and vitamins A, B and C. The drying is a process used to increase the shelf life, reduction in costs of packaging, transport and storage and to minimize post-harvest losses in excess of production. The objective of this work is study the drying of fig (Ficus carica L.), to evaluate the drying curves and subsequent adjustment of the experimental data of water content obtained at different mathematical models for different temperature conditions. Figs from some Niteroi markets were subjected to drying under different air temperatures (40 ° C, 55 ° C and 70 ° C) and the level of drying air velocity of 1.2 m.s-1. To predict the drying of agricultural produce, eleven mathematical models were fitted to the experimental data. In the analyzes of the drying curves was observed that small increments on the value of the drying air temperature promotes a significant reduction in drying time. The model Midili and logarithm were the ones with the best fit to the data for the temperature range studied. KEYWORDS: fig, drying, mathematical modeling.

606

INTRODUÇÃO A figueira (Ficus carica L.) é classificada na ordem Urticales e pertencente à família das Moráceas e sub-familia Artocarpoideas que produz fruto com suco leitoso e filetes eretos (BARROS & GRAÇA, 1936). Dentre as 2000 espécies presentes no gênero Ficus, a Ficus carica é a única que tem valor econômico, sendo oriundas de regiões tropicais e subtropicais (SIMÃO, 1971). No Brasil, é cultivada desde o inicio da colonização, introduzida por Martim Afonso de Souza, no ano de 1532 (PIRES, 1970; MAIORANO, 1999). O figo é antioxidante, laxante, diurético, digestivo, bom para o fígado, depurativo do sangue. O decocto de figo, em gargarejos é bom para curar irritações da garganta; um figo partido, que tenha sido previamente cozido em leite é bom remédio para combater as inflamações da boca, os abscessos das gengivas, etc, um figo seco, cozido com água ou leite é béquico e expectorante. Aos que sofrem de cálculos renais ou biliares, recomenda-se comer figos frescos (PACCO, 2003). Os estados com maior expressão econômica no cultivo desta fruta são: Rio Grande do Sul, São Paulo e Minas Gerais, sendo que o estado de São Paulo é produtor de figo principalmente para mesa, destinado ao mercado interno e externo. No Brasil, os principais estados produtores são: Rio Grande do Sul, Minas Gerais e São Paulo, sendo juntos responsáveis por cerca de 90% da produção Brasileira (CORREA & BOLIANI, 1999). Grande parte da comercialização de figo é feita na forma “in natura”, o que pode causar grandes perdas na pós-colheita devido ao excesso de produção. Atualmente a secagem é o processo comercial mais utilizado para a preservação da qualidade dos produtos agrícolas. É realizada para a remoção de grande parte de água inicialmente contida no produto logo após a sua maturidade fisiológica, a um nível máximo de teor de água no qual possa ser armazenado por longos períodos, sem que ocorram perdas significativas (MARTINAZZO, 2006). A partir disso, o objetivo do presente trabalho é analisar a cinética de secagem do figo, estimando e analisando as curvas de secagem e ajustando modelos matemáticos aos valores experimentais. MATERIAIS E MÉTODOS O presente trabalho foi realizado no Laboratório de Termociências (LATERMO) localizado na Escola de Engenharia no campus da Praia Vermelha da Universidade Federal Fluminense em Niterói, Estado do Rio de Janeiro. Para a secagem utilizou-se como matéria-prima figos frescos adquiridos no comércio do município de Niterói/RJ que foram cortados longitudinalmente. O teor de água inicial foi determinado gravimetricamente, por perda de massa em estufa a 105ºC variando de ±1oC durante 24 h (INSTITUTO ADOLFO LUTZ, 1985). Avaliou-se diferentes temperaturas do ar de secagem (40, 55 e 70°C) combinadas com a velocidade do ar de secagem de 1,2 m.s-1 em delineamento inteiramente casualisado, com três repetições, visando a possibilidade de diminuição do tempo necessário para a secagem do produto. O secador utilizado é um protótipo com controle de temperatura e vazão constante, composto por bandejas removíveis com fundo telado, dispostas horizontalmente, para permitir a agem do ar por entre o produto a vazão do ar de secagem foi medida, por meio de um anemômetro digital. A temperatura do secador foi obtida e controlada por meio de um termômetro ordinário, com precisão de 0,1ºC. Para cada tratamento de secagem, a umidade relativa e a temperatura do ar foram registradas por um termohigrógrafo, e a umidade relativa do ar secante foi calculada pelas equações psicrométricas, por meio de um programa computacional denominado GRAPSI. 607

Para a obtenção das curvas de secagem, avaliou-se a perda de água ao longo da secagem, calculada por diferença de massa, pesando-se as bandejas em intervalos regulares de tempo, até o produto atingir o teor de água de equilíbrio. Com os valores obtidos experimentalmente de massa inicial e massa final foi possível calcular o teor de água em base seca e em base úmida. Para o cálculo da razão de umidade (RU), foi calculado o teor de água de equilíbrio de figos em diferentes umidades relativas e níveis de temperatura usando o modelo de GAB (Guggenheim-Anderson-De Boer) sendo descrito pela equação (1).

M eq =

M m .c.k.α w (1 − kα w )(. 1 − kα w + ckα w ) ,

(1)

Onde os coeficientes são dados pelas expressões (2) e (3):  ∆H c c = c 0 exp  R T  g

   

(2)

 ∆H k k = k 0 exp  R T  g

;

   

(3)

Em que Meq = teor de água de equilíbrio; Mm = teor de água na monocamada; c, k , c0, k0 = constantes da equação de GAB; αw = atividade de água; Rg = constante universal do gás; T = temperatura do ar.

Para o cálculo do teor de água de equilíbrio foram assumidos os seguintes valores para as constantes, proposto por Marinos-Kouris & Maroulis, 1995: Mm = 11,7% ; c0 = 1,77, -1 -1 Hc = -1,55 N.m.mol .K, k0 = 0,05, Hk = 25,2 N.m.mol .K. Para o cálculo da atividade de água (aw) utilizou-se a umidade relativa do ar secante obtida pelo software GRAPSI versão 6 na equação (4): kï =

¡@ 100

(4)

Aos dados experimentais de secagem das amostras de figos foram ajustados os modelos matemáticos representados pelas Equações de (5) a (15), respectivamente conforme Tabela 1. Tabela 1 - Modelos matemáticos para ajustes das amostras de figo MODELO NEWTON

Equações RU = exp (-k . t)

(5)

n

PAGE

RU=Exp(-k.t )

(6)

PAGE MODIFICADO

RU=Exp(-(k.t)n)

(7) 2

0,5

THOMPSON

RU = exp ((-a -(a + 4 . b . t) ) / 2 . b)

(8)

VERNA

RU = a . exp (- k. t) + (1 - a) exp (- k1 . t)

(9)

WANG E SINGH

2

RU = 1 + at + bt n

(10)

MIDILI

RU=a.Exp(-k.t )+b.t

(11)

LOGARITMO

RU = a . exp (-k . t) + b

(12)

EXPONENCIAL DE 2 TERMOS

RU = a . exp (-k . t) + (1 - a) exp (-k . a . t)

(13)

DOIS TERMOS

RU = a . exp (-k0 . t) + b . exp (-k1 . t)

(14)

APROXIMAÇÃO DA DIFUSÃO

RU = a . exp (-k . t) + (1 - a) . exp (-k . b . t)

(15)

608

Em que, RU - razão de umidade (adimensional); k, k0, k1 = constantes de secagem (s-1); t = tempo de secagem e a, b, n = constantes que dependem da natureza do produto.

Para o cálculo da razão de umidade (RU), durante a secagem nas diferentes condições de ar foi utilizada a equação (16).

RU =

U −U e Ui −Ue

(16)

Em que, RU = razão de umidade do produto (adimensional); U = teor de água do produto, decimal (b.s.); Ue = teor de água de equilíbrio de produto, decimal (b.s.); Ui = teor de água inicial do produto, decimal (b.s.)

A capacidade do modelo em descrever com fidelidade o processo físico é inversamente proporcional ao valor de SE (CHEN & MOREY; 1989; CHEN & JAYAS, 1998). Para o ajuste dos modelos matemáticos aos dados experimentais das curvas de secagem foi utilizada análise de regressão não linear, pelo método Quasi-Newton, por meio do programa STATISTICA 7.0. Os dados experimentais foram comparados com os valores calculados pelos modelos, por meio dos erros médio relativo (P) e estimado (SE), conforme descrito nas equações (17) e (18).

P=

100 ⋅ n

∑( Y − Yˆ

)

Y

(11)

;

SE =

∑ (Y − Y)$ GLR

2

(18)

$ = valor calculado pelo modelo, GLR = Em que, Y = valor observado experimentalmente, Y graus de liberdade do modelo. A taxa de redução de água durante a secagem de figo foi determinada por (CORRÊA et al., 2001), descrito na Equação (19): =@f =

ðk: − ðk> ð¦ > − :

(19)

Em que, TRA = taxa de redução de água; Mao = massa de água total atual (kg); Mai = massa de água total anterior (kg); Ms = matéria seca (kg); to = tempo total de secagem anterior, (h); ti = tempo total de secagem atual, (h).

RESULTADOS E DISCUSSÃO Na Tabela 2, 3 e 4 são apresentadas as constantes dos modelos estimados por meio de regressão, para as temperaturas do ar de secagem de 40, 55 e 70ºC, com seus respectivos erros médio estimado (SE) e relativo (P) e coeficiente de determinação (R²), para os distintos tratamentos.

609

Tabela 2 – Constantes dos modelos estudados e os valores do coeficiente de determinação, erro médio estimado e relativo dos modelos para a temperatura de 40°C do ar de secagem do figo. Modelo Parâmetros P SE R²(%) a = 0,0023052 Aproximação da Difusão b = 0,033785 24,6618 0,0181 99,71 k = 1,402143 a = 0,491295 b = 0,491276 Dois Termos 24,3586 0,0187 99,70 k0 = 0,047698 k1 = 0,047698 a = 0,022288 24,6310 0,0179 Exponencial de 2 Termos 99,71 k = 2,127007 a = 1,027715 b = -0,060258 Logaritmo 5,8619 0,0119 99,88 k = 0,041019 a = 1,000779 b = -0,001476 5,7857 0,0055 99,97 Midili n = 0,870819 k = 0,063605 99,64 Newton k = 0,048768 23,2263 0,0195 k = 0,051844 Page 24,9750 0,0194 99,65 n = 0,980409 k = 0,048866 Page Modificado 24,9747 0,0194 99,65 n = 0,980411 a = -2092,54 Thompson 23,2305 0,0197 99,64 b = 10,10246 a = 0,022983 24,6534 0,0181 Verna k0 = 1,430412 99,71 k1 = 0,047377 a = -0,035663 Wang E Singh 25,2341 0,0427 98,32 b = 0,000333

610

Tabela 3 – Constantes dos modelos estudados e os valores do coeficiente de determinação, erro médio estimado e relativo dos modelos para a temperatura de 55°C do ar de secagem do figo. Modelo Parâmetros P SE R²(%) a = -140,671 Aproximação da Difusão b = 0,996959 10,8458 0,0150 99,79 k = 0,138557 a = 0,506852 b = 0,506852 Dois Termos 20,7858 0,0234 99,50 k0 = 0,095341 k1 = 0,095341 a = 1,569324 11,8932 0,0155 Exponencial de 2 Termos 99,77 k = 0,116302 a = 1,078934 b = -0,091653 6,6051 0,0088 Logaritmo 99,93 k = 0,076669 a = 0,977550 b = -0,001671 5,6945 0,0092 99,92 Midili n = 1,055356 k = 0,073260 Newton k = 0,093845 22,1180 0,0230 99,47 k = 0,075076 Page 99,71 12,8196 0,0173 n = 1,090712 k = 0,093116 Page Modificado 12,8195 0,0173 99,71 n = 1,090714 a = -3285,50 Thompson 22,1315 0,0234 99,47 b = 17,55863 a = 0,101437 Verna k0 = 0,093844 22,1179 0,0237 99,47 k1 = 0,093845 a = -0,070445 Wang E Singh 14,9094 0,0240 99,44 b = 0,001298

611

Tabela 4 – Constantes dos modelos estudados e os valores do coeficiente de determinação, erro médio estimado e relativo dos modelos para a temperatura de 70°C do ar de secagem do figo. Modelo Parâmetros P SE R²(%) a = -166,998 Aproximação da Difusão b = 0,996683 17,3834 0,0257 99,41 k = 0,270007 a = 0,513607 b = 0,513607 Dois Termos 28,6757 0,0400 98,65 k0 = 0,169000 k1 = 0,169000 a = 1,677789 18,5242 0,0260 Exponencial de 2 Termos 99,35 k = 0,219142 a = 1,259374 b = -0,276345 4,1253 0,0094 Logaritmo 99,92 k = 0,103962 a = 0,989748 b = -0,012293 5,3057 0,0099 99,92 Midili n = 0,971795 k = 0,129202 Newton k = 0,163447 30,8487 0,0383 98,52 k = 0,121648 Page 99,29 17,9159 0,0272 n = 1,165049 k = 0,163952 Page Modificado 17,9159 0,0272 99,29 n = 1,165049 a = -2423,91 Thompson 30,8356 0,0394 98,52 b = 19,90629 a = -0,066033 Verna k0 = 0,163447 30,8487 0,0406 98,52 k1 = 0,163447 a = -0,125375 Wang E Singh 5,5532 0,0173 99,72 b = 0,004066 Dentre os onze modelos avaliados para predizer o fenômeno de secagem de figo, descrito na Tabela 03, verificou-se que as equações de Midili e Logaritmo foram as que melhor se ajustaram aos dados observados de razão de umidade. Além das equações apresentarem os menores valores para o erro médio relativo (P) e erro médio estimado (SE), oferecendo um melhor ajuste aos dados observados de razão de umidade, apresentou também elevados valores do coeficiente de determinação (R²), estando para todas as temperaturas, acima de 99% o que, segundo Madamba el al. (1996), significa um bom ajuste dos modelos para representação do fenômeno de secagem. Considera-se que valores de erro médio relativo abaixo de 10% indicam um razoável ajuste para as praticas propostas (MOHAPATRA & RAO, 2005). Nas Figuras 1 a 6 são apresentadas as curvas de secagem elaboradas com os dados experimentais e os valores estimados de teor de água pela equação de Midili e de Logaritmo obtidas sob diferentes condições de temperaturas avaliadas.

612

0,0

10,0

20,0

30,0 40,0 Tempo (h)

50,0

60,0

-1 -1

Observado

Água (kg.kg .h )

Estimado

Taxa de Redução de

Razão de Umidade (adimensional)

1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00

70,0

Figura 1 – Curvas de razão de umidade observado e estimado pela equação de Midili na secagem de figo para temperatura de 40º C e taxa de redução de água.

Estimado

1,00

Observado

0,80

Taxa de Redução de Água

0,60 0,40 0,20

Taxa de Redução de -1 -1 Água (kg.kg .h )

Razão de Umidade (adimensional)

1,20

0,00 0

5

10

15

20

25

30

Tempo (h)

Figura 2 – Curvas de razão de umidade observado e estimado pela equação de Midili na secagem de figo para temperatura de 55º C e taxa de redução de água. Estimado

1,0

Taxa de Redução de -1 -1 Água (kg.kg .h )

Razão de Umidade (adimensional)

1,2

Observado

0,8

Taxa de Redução de Água

0,6 0,4 0,2 0,0 0

5

10

15

Tempo (h)

Figura 3 – Curvas de razão de umidade observado e estimado pela equação de Midili na secagem de figo para temperatura de 70º C e taxa de redução de água.

613

2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0

Estimado Observado Taxa de Redução de Água

0,0

10,0

20,0

30,0 40,0 Tempo (h)

50,0

60,0

Taxa de Redução de -1 -1 Água (kg.kg .h )

Razão de Umidade (adimensional)

1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00

70,0

1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00

2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0

Estimado Observado

0

5

10

15

20

25

30

Taxa de Redução de Água (kg.kg-1.h-1)

Razão de Umidade (adimensional)

Figura 4 – Curvas de razão de umidade observado e estimado pela equação de Logaritmo na secagem de figo para temperatura de 40º C e taxa de redução de água.

35

Tempo (h)

1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0

2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0

Estimado Observado

0

5

10

Taxa de Redução de Água (kg.kg-1.h-1)

Razão de Umidade (adimensional)

Figura 5 – Curvas de razão de umidade observado e estimado pela equação de Logaritmo na secagem de figo para temperatura de 55º C e taxa de redução de água.

15

Tempo (h)

Figura 6 – Curvas de razão de umidade observado e estimado pela equação de Logaritmo na secagem de figo para temperatura de 70º C e taxa de redução de água. 614

Os teores de água inicial das amostras de figo para fazer a secagem nas temperaturas de 40, 55 e 70°C foram, respectivamente, 6,92; 7,25 e 8,43 b.s. Através dos resultados apresentados, observa-se o decréscimo do tempo de secagem com o aumento da temperatura do ar. O tempo médio necessário para completar o processo de secagem a 40°C foi de 62,33 horas. Com um incremento de 15°C na temperatura inicial houve uma redução de 50,3% do tempo de secagem (31h). Para 70°C, o tempo de secagem reduziu em 77,5% em relação a 40°C. Sendo assim verificou-se a temperatura de secagem exerce influência significativa sobre a cinética de secagem do figo. Foi possível observar que a taxa de redução de água permaneceu satisfatória durante todo o experimento, o que demonstra uma taxa de secagem homogênea sem variações excessivas. CONCLUSÕES Os modelos de Midili e Logaritmo, em função dos valores obtidos para os coeficientes de determinação e os erros padrão de ajuste, se mostraram os mais adequados para descrever a cinética da secagem de figo para as temperaturas do ar de secagem estudadas. Nas análises de curvas de secagem observou-se que pequenos incrementos no valor da temperatura do ar de secagem promovem redução significativa no tempo de secagem dos figos. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BARROS, H.; DE GRAÇA, L.Q. Árvores de fruto. Lisboa Clássica, p. 300-445, (Coleção Fonte de riqueza, 4). 1936. CHEN, C.; MOREY, V. 1989. Equilibrium relativity humidity (ERH) relationships for yellow-dente corn. Transactions of ASAE, St. Joseph, v.32, n.3, p.999-1006. CHEN, C.; JAYAS, D.S. 1998. Evaluation of the GAB equation for the isotherms of agricultural products. Transactions of ASAE, St. Joseph, v.41, n.6, p.1755-1760. CORRÊA, P.C.; MACHADO, P.F.; ANDRADE, E.T. Cinética de secagem e qualidade de grãos de milho-pipoca. Ciência e Agrotecnologia. Lavras, v.25, n.1, 2001, p.134-142. CORREA, L.S & BOLIANI, A.C. (Editores). Simpósio Brasileiro sobre a Cultura da Figueira, 1. Anais... Ilha Solteira: FUNEP, 1999. 259p. INSTITUTO ADOLFO LUTZ. Normas analíticas do instituto Adolfo Lutz: métodos químicos e físicos para análise de alimentos. 3ed. São Paulo: Adolfo Lutz, 1985, v.1. 332p. MADAMBA, P.S.; DRISCOLL, R.H.; BUCKLE, K.A. Thin layer drying characteristics of garlic slices. Journal of Food Engineering, v. 29, p. 75 – 97, 1996. MAIORANO, J.A. Importância econômica da figueira no estado de São Paulo. Simpósio Brasileiro sobre a Cultura da Figueira, 1. Anais... Ilha Solteira: FUNEP, p. 17-24, 1999. 259p. MARTINAZZO, A.P., D.S., Secagem, armazenamento e qualidade de folhas de Cymbopogon citratus (D.C) Stapf. 2006. 156f. Tese (Doutorado em Engenharia Agrícola) – Universidade Federal de Viçosa, Viçosa – MG, 2006. MARINO-KOURISS, D., & MAROULIS, Z. B. (1995). Transport properties in the drying of solids. In A. S. Mujumdar (Ed.), Handbook of industrial drying (Vol. 1, 2nd ed., pp. 113– 159). New York: Marcel Dekker MOHAPATRA, D.; RAO, P.S. A thin layer drying model of parboiled wheat. Journal of Food Engineering, London, v.66, n.4, p.513-18, 2005. PACCO, H.C. Secagem de figo (Ficus Carica L.) da variedade “Gigante de Valinhos” em secador de bandejas. 2003. 113f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Alimentos) – Universidade Federal de Campinas – SP. 2003. PIRES, M. O pomo da Riqueza - A história do figo roxo de Valinhos, 1970, 96 p. SIMÃO, S. Manual de fruticultura. São Paulo. Ceres, p.530. 1971. 615

I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

CARACTERIZAÇÃO DE PÓS DO AÇO AISI 316 NITRETADOS A PLASMA PARA OBTENÇAO DE PEÇAS VIA METALURGIA DO PÓ LUCIANO GIANIZELI RODRIGUES1, HONÓRIO DELA TORRE2 ADONIAS RIBEIRO FRANCO JR.3 1

Mestrando em Eng. Metalúrgica e de Materiais, IFES, (27) 9981-2709, [email protected] Mestrando em Eng. Metalúrgica e de Materiais, IFES, (27) 9946-0127, [email protected] 3 Prof. Dr. Em engenharia metalúrgica, IFES, (27) 3314 2789, [email protected] 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: A nitretação a plasma e a metalurgia do pó são processos já consolidados na indústria há várias décadas, não sendo agressivos ao meio ambiente. A grande vantagem da nitretação a plasma, em comparação à nitretação gasosa ou líquida, deve-se ao baixo consumo de energia e a não emissão de resíduos sólidos. O processo de sinterização, por sua vez, apresenta como vantagens: baixo consumo de energia, alto grau de aproveitamento de sucata e baixa perda de material, o que diminui o impacto ambiental em relação aos processos de fundição e usinagem, por exemplo. Este artigo apresenta os resultados da nitretação a plasma de pós de aço inoxidável austenítico AISI 316 que deverão ser destinados à fabricação de componentes mecânicos pela técnica de metalurgia do pó. As amostras na forma de pós de aço AISI 316, com granulometria entre 38 e 54 m, foram nitretadas em reator a plasma pulsado, sob atmosferas contendo 80%N2 e 20%H2, pressões de 3,0 Torr e temperaturas de 420, 450 e 470oC. Os pós nitretados foram caracterizados por microscopia eletrônica de varredura e microscopia ótica, variação de massa e difração de raios X. Os resultados apontam a necessidade de um sistema de vibração para promover a total nitretação das partículas de pó antes de sua consolidação em peças via metalurgia do pó. PALAVRAS–CHAVE: nitretação a plasma, metalurgia do pó, questão ambiental.

CHARACTERIZATION OF PLASMA NITRIDED AISI 316 STEEL POWDERS FOR OBTAINING PARTS BY POWDER METALLURGY ABSTRACT: Plasma nitriding and powder metallurgy processes are already consolidated in the industry and are not harmful to the environment. The great advantage of plasma nitriding, compared to the liquid or gas nitriding, is associated with both a low consumption of power and non-emission of waste solids. Sintering process, in turn, presents the following advantages: low power consumption, high degree of utilization of scrap and low loss of material, which reduce the environmental impact in relation to casting and machining processes, for example. This paper presents the results of plasma nitriding of AISI 316 austenitic stainless steel powders that can be used for production of mechanical components by powder metallurgy. Samples in the form of AISI 316 steel powders with a particle size between 38 and 54 m were nitrided in a pulsed plasma reactor under atmosphere containing 80% N2 and 20% H2, pressure of 3.0 Torr and temperatures of 420, 450 and 470°C. Nitrided powders were characterized by scanning electron microscopy and light microscopy, weight gain (gravimetric analysis), and x ray diffraction. The results shows that the use of a vibration system is necessary for nitriding all the dust particles prior to produce the components by powder metallurgy. KEYWORDS: plasma nitriding, powder mettalurgy, environmental issue.

616

INTRODUÇÃO A nitretação a plasma tem sido amplamente utilizada para modificação das propriedades superficiais dos materiais metálicos. A metalurgia do pó também é um processo industrial que se encontra já consolidado há décadas para confecção de diversos componentes mecânicos. O uso do primeiro processo decorre das melhorias nas propriedades mecânicas, tais como elevação da dureza superficial, resistência à fadiga e ao desgaste, sem perda da resistência à corrosão pelo fato de se formar a austenita expandida ou fase S, que é uma fase do ferro (austenita) com a sua estrutura supersaturada em nitrogênio. São inúmeros os trabalhos científicos que buscam investigar as propriedades físicas e químicas da austenita. A metalurgia do pó, por sua vez, é uma técnica vantajosa por permitir a fabricação de produtos acabados sem a necessidade de etapas de usinagem com características muito próximas a dos produtos fundidos ou laminados, mesmo que em alguns casos o material possua elevado ponto de fusão. Existem alguns trabalhos que abordam simultaneamente os dois processos, mas até o momento não se tem divulgação de estudos que procuraram sintetizar nitretos de ferro, titânio, alumínio ou de qualquer outro elemento metálico via plasma com o intuito de utilizálos como peças ou componentes após compactação por metalurgia do pó. Alguns exemplos de alguns trabalhos desenvolvidos em que se alia a utilização do plasma à metalurgia do pó: Molinari e colaboradores (2001) utilizaram o plasma para nitretar e nitrocementar ligas de aços sinterizados pela metalurgia do pó. Nesse estudo, eles mostram a influência do plasma na microestrutura, microdureza e resistência ao desgaste em ligas à base de cromo e molibidênio. Pavanati e colaboradores (2008) sinterizaram na presença do plasma um compactado verde de pó de ferro atomizado em atmosfera contendo 80%Ar e 20%N2. As amostras ficaram sobre o anodo e dois catodos diferentes (com e sem cromo) foram utilizados com o objetivo de também se difundir o cromo no pó de ferro. Após o ciclo de sinterização, as amostras foram tratadas termoquimicamente sob plasma contendo 25%H2 e 75%N2, 400Pa de pressão durante 120min, em diferentes temperaturas. Na literatura, é comum encontrar estudos de nitretação envolvendo pós metálicos. Vários trabalhos mostram a fabricação de pós de nitretos através do tratamento do ferro puro em atmosferas gasosas de amônia e hidrogênio, formando FeNx, e sucedendo-se a um recozimento para obtenção de Fe16N2. Bezkicka e colaboradores (1998) conseguiram 60% em peso de Fe16N2 em seus experimentos. Eles também estudaram as propriedades magnéticas do nitreto e não apreciaram mudanças nos valores médios dos momentos magnéticos da mistura de nitretos. Mais ousadamente, Paseka e co-autores (1998) sintetizaram FeNx-Y também numa atmosfera de amônia e hidrogênio a 700ºC e resfriada rapidamente. Numa segunda etapa, estes nitretos foram colocados num moinho de bolas com atmosfera interna protegida com nitrogênio, a no máximo 45ºC, com o objetivo de formar Fe16N2. Embora outros autores tenham conseguido bons resultados, neste trabalho o produto final foi constituído de fases amorfas de outros nitretos. Outros trabalhos mostram que é possível a obtenção de pós ultrafinos de FeN- de elevada pureza e de baixo custo em duas etapas: na primeira são misturados os gases FeCl2, amônia e nitrogênio, a 900°C, e na segunda etapa, após resfriamento entre 350 e 450ºC, obtêm-se partículas ultrafinas de Fe4N–´ de no máximo 1 m. Os autores afirmam também que é possível obter melhores propriedades alterando alguns parâmetros do processo (Cao et al., 2001). Esses nitretos, na forma de pós, possuem aplicações recentes com grandes interesses na indústria eletrônica, engenharia química, de defesa e alta tecnologia. Contudo, na literatura 617

não se tem nada a respeito da obtenção de pós de austenita expandida seguida de sinterização dos mesmos. Como a sinterização de pós nitretados se trata de uma nova pesquisa tecnológica, sua viabilização industrial ainda precisa ser incrementada e este trabalho apenas abre caminho para tais possibilidades. O processamento desses componentes pode significar importantes melhorias de desempenho em diversas áreas como, por exemplo, automobilística, naval, aeroespacial, entre outras. Seguindo esta linha de pensamento, o presente trabalho tem por objetivo a nitretação a plasma de pós metálicos do aço AISI 316, pretendo-se obter pós de aço inoxidável constituídos exclusivamente por fase S, evitando-se a formação de nitretos, tais como, CrN e Fe4N-γ’. Através das análises de variação de massa, proporção de fases via microscopia óptica, técnicas de difração de raios-x e microscopia eletrônica de varredura, foi possível caracterizar os pós e definir as melhores condições de nitretação. Propõe-se obter pós de austenita expandida nitretadas a plasma, com vistas a fabricação de peças pela técnica de metalurgia do pó, algo inédito até então. MATERIAL E MÉTODOS Neste trabalho foram utilizados pós de aço inoxidável austenítico AISI 316 (16Cr13,93Ni-2,57Mo) com faixa granulométrica compreendida entre 38 e 54µm. Os tratamentos termoquímicos foram realizados em equipamento de nitretação a plasma pulsado da marca SDS modelo Thor NP 5000. Os experimentos foram realizados sob atmosfera gasosa contendo nitrogênio (N2) e hidrogênio (H2) cuja proporção em volume é de 80%N2 e 20%H2, fluxo de 320 sccm e 80 sccm, respectivamente, a uma pressão de 3,0±0,3 Torr. A temperatura e o tempo de nitretação definidos são mostrados na Tabela , sendo que a incerteza da temperatura é de ±10°C. A tensão entre os eletrodos foi de 530V. Tabela 1 - Condições de tempo e temperatura a serem utilizadas neste trabalho Temperatura (°C) Tempo (h) 420 1; 3; 6 e 9 450 1; 3 e 6 470 1; 3; 6 e 9 Os métodos utilizados para caracterizar os pós incluem difração de raios-X (DRX) na geometria simétrica Bragg-Brentano com radiação de Ka de Cu, microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia ótica (MO) e análise gravimétrica. No caso da microscopia ótica, as partículas de pós foram embutidas em baquelite da seguinte forma: misturou-se uma parte do pó do aço com outras três partes de baquelite em pó fina. Após o processo de mistura, fez-se uma "cama" dessa mistura na câmara de embutimento. Sobre essa cama, foi acrescentado baquelite grosseira para dar o volume necessário para o manuseio da amostra em preparações/análises. Em seguida, as amostras embutidas foram lixadas em lixas com 1200# e finalmente polidas com alumina 0,3 µm. O ataque foi feito com água régia (80% HCl e 20% HNO3) por imersão durante 2 segundos. Para os gráficos de raios-X foi utilizado o programa Origin 6.0 da Microcal, e os demais gráficos foram elaborados no Excel 2007 da Microsoft. RESULTADOS E DISCUSSÃO A Figura mostra a morfologia das partículas do pó do aço AISI 316 no estado como 618

recebido . Em (a) podemos observar que sua forma é irregular, e isso depende das propriedades físicas e químicas do metal líquido, das características do atomizador e das condições de processamento. Destas variáveis podemos citar a densidade e viscosidade do metal líquido no atomizador, o diâmetro do orifício do bico de pulverização, a pressão de bombeamento, velocidade de resfriamento, entre outros (Ribeiro et al., 2001). Do ponto de vista da metalurgia do pó, esta forma dificulta o empacotamento no momento da compactação, diminuindo a densidade do material e, por conseguinte, as propriedades mecânicas do mesmo. Do ponto de vista da nitretação a plasma, o bombardeamento dos íons no "sputtering" não se dá de forma homogênea, assim sendo, é esperada uma camada nitretada menos uniforme. Em (b), a figura mostra a superfície de uma partícula do pó. Observa-se nela a formação dendrítica dos grãos do processo de solidificação rápida, além de alguma porosidade. Uma maior área de contorno de grão devido aos diminutos grãos, facilita o processo difusivo dos átomos de nitrogênio, diminuindo a energia de ativação (Meletis). (a)

(b)

Figura 1 - Morfologia do pó no estado como recebido. (a) 1000x, (b) 10000x. A Figura (a-f) mostra os aspectos morfológicos da superfície nitretada em diversos estágios de evolução. Embora um aspecto possa ser mais freqüente do que outro para determinado parâmetro de nitretação, devido a disposição individual dos pós sobre o porta amostra e a forma irregular das partículas, todos aspectos apresentados estão presentes para todos as condições de processamento. Em (a) e (b) os grão se apresentam mais definidos provavelmente devido ao bombardeamento de íons que atua como uma espécie de ataque abrasivo. Em (c), observa-se a formação inicial de pequenas partículas sobre a superfície atribuída a formação de nitretos que atingem um estágio intermediário em (d). Nas figuras (e) e (f), as partículas crescem de tal maneira que a superfície se apresenta extremamente rugosa.

619

(a)

(d)

(b)

(c)

(e)

(f)

Figura 2 - aspecto superficial morfológico das partículas após nitretação em variados tempos e temperaturas de tratamento com aumento de 10000x. (a) 3h-470°C, (b) 6h-450°C e (c) 9h470°C. A Figura 4 mostra os resultados de difração de raios-x das partículas de pó após nitretação a 420°C por tempos de 1, 3, 6 e 9 horas. Observa-se nestes difratogramas o surgimento dos picos S1(111) e S2(200), além da austenita, mas nota-se também reflexões correspondentes ao nitreto Fe4N. Além disso, a intensidade relativa dos picos S1 e S2 com relação ao substrato indicam que o N difundiu-se mais profundamente nos grãos com seus planos orientados em (200) paralelos a superfície de nitretação e, na amostra como um todo, há muito mais partículas não nitretadas do que partículas com nitrogênio.

Figura 3 - Difratogramas dos pós de aço inoxidável AISI 316 nitretados a plasma a 420°C, por tempos de 1h, 3h, 6h e 9h, juntamente com a matriz Nos difratogramas da Figura são apresentadas as deconvoluções de cada uma das linhas de difração da amostra nitretada na temperatura de 450°C. Nestes resultados observa-se o surgimento dos picos S1 e S2, mas os picos da matriz austenítica continuam mais acintosos. Assim sendo, podemos perceber que poucas partículas conseguiram sofrer nitretação na amostragem. 620

Figura 4 - Difratogramas dos pós de aço inoxidável AISI 316 nitretados a plasma a 450°C, por tempos de 1h, 3h e 6h juntamente com a matriz. Na Figura 13 são apresentados os resultados de análises por difração de raios X nas amostras nitretadas a 470°C. Nessas análises são evidenciadas reflexões correspondentes a Fase S (S1 e S2), mas nas amostras nitretadas durante 9 horas, percebemos também o surgimento discreto dos picos S3(220) e S4(311). Além do mais, pela intensidade relativa dos picos da austenita expandida, percebe-se que a expansão no parâmetro de rede é maior nos planos (200) do que nos planos (111), (220) e (311). Esses resultados mostram uma maior eficiência deste parâmetro (470°C a 9 horas) para a formação da fase S, austenita expandida.

Figura 13 - Difratogramas dos pós de aço inoxidável AISI 316 nitretados a plasma a 470°C, por tempos de 1h, 3h, 6h e 9h, juntamente com a matriz. A Figura (a-b) representa a proporção de fases da amostra nitretada a 420°C durante 1 e 3 horas. Na imagem vemos a seção transversal das partículas e observamos que a região clara e contínua na figura refere-se à camada nitretada, enquanto a área com contornos de grão diminutos e arredondados refere-se ao substrato austenítico.

621

(a) A : 113,9 µm

(b) A : 274,6 µm

2

A : 165,3 µm

A : 1377,1 µm

2

A : 1028,5 µm

2

2

2

Figura 6 - micrografias representativas da proporção de fases para a amostra nitretada a 420°C. Com base numa amostragem de pelo menos 15 amostras como as descritas na figura anterior para cada condição de trabalho, foi possível montar o gráfico da Figura . Como pode ser observado, a proporção da fase austenita expandida obtida em 420°C é cada vez maior para tempos de tratamento cada vez maiores. As amostras nitretadas a 450°C apresentaram uma relação entre fases aproximadamente constante em cerca de 0,4 (40% da área da amostra). 1,2

1

1

1

Fração de área

0,8

0,58363

0,6

0,4

0,3886 0,3915

0,4378 0,4193

420°C 450°C 470°C

0,3958 0,3622

0,2657 0,2

0,1638

0 1

3

6

9

Tempo, h

Figura 7 - gráfico da proporção de fases para as amostras nitretadas a 420, 450 e 470°C. As amostras nitretadas a 470°C durante 1 ou 3 horas possuem cerca de 40% da partícula preenchida pela camada nitretada. Porém, a partir de 6 horas já não é possível diferenciar a camada nitretada do substrato, como pode-se ver na Figura . Isso indica que o nitrogênio a 470°C a partir de 6 horas encontra-se difundido por toda a matriz austenítica.

622

Figura 8 - partículas nitretadas a 470°C durante 6 horas de tratamento. Aumento de 200x. A Figura mostra a variação de massa das partículas de aço AISI 316 com o tempo de nitretação nas temperaturas de 420, 450 e 470°C. Verifica-se tendência crescente da massa das partícula com o tempo de tratamento, para as três temperaturas estudadas. Podemos também fazer uma ótima aproximação com uma reta linear pois o coeficiente de determinação para as três temperaturas de tratamento está acima de 0,90 ,ou seja, o modelo estatístico linear consegue explicar os valores observados em mais de 90%. Esse resultado já era esperado uma vez que o processo difusivo é termicamente ativado e fortemente dependente do tempo e da temperatura. 10,00%

30,00% 470°C

9,00%

450°C 420°C

8,00%

25,00% 7,68%

Linear (470°C) R² = 0,963 Linear (450°C) R² = 0,997 6,76%

Linear (420°C) R² = 0,921

7,00%

4,73%

5,00%

15,00%

4,45%

4,25% 4,23%

variação atômica, %

variação da massa, %

20,00% 6,00%

4,00% 10,00%

2,95% 3,00%

2,62% 2,33% 1,96%

2,00%

1,54%

5,00%

0,94% 1,00% 0,00%

0,00% 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

tempo de tratamento, h

Figura 9 - de massa das partículas de aço AISI 316 em função do tempo de nitretação. CONCLUSÕES Os resultados mostram que é possível obter austenita expandida em pós do aço AISI 316. Contudo, pela coexistência da fase S com a substrato austenítco, usando as condições de estudo, não foi possível obter 100% de austenita expandida. Esse resultado pode ser atribuído a dois fatores principais: a forma irregular das partículas do pó e a falta de um sistema de vibração durante o tratamento de nitretação. A forma irregular das partículas, provavelmente, impede o bombardeamento dos íons de maneira uniforme e a ocorrência de uma distribuição homogênea dos átomos de nitrogênio. A falta do sistema de vibração dificulta a nitretação das partículas que se localizam na parte inferior da cama de pó. 623

Embora as análises de MEV apontem a formação de precipitados, sua formação não foi significativa o suficiente para que tais fases fossem identificadas nas análises de DRX. Como o processo difusivo é altamente dependente do tempo e da temperatura, os melhores resultados obtidos foram a 470°C depois de 9 horas de nitretação. REFERÊNCIAS CAO, M.; RONGGUO, W.; FANG, X.; CUI, Z.; CHANG, T.; YANG, H. Preparing gamalinha-Fe4N ultrafine powder by twince-nitriding method. Powder Technology, p. 96-98, Feb. 2001. MOLINARI A.; TESI, B.; BACCI, T.; MARCU, T. Plasma nitriding and nitrocarburising of sintered Fe-Cr-Mo and Fe-Cr-Mo alloys. Surface and Coatings Technology, 140, p. 251-55, Feb. 2001. PAVANATI H. C.; STRAFFELINI, G.; MALISKA, A. M.; KLEIN, A. N. Dry sliding of plasma-sintered iron - The influence of nitriding on wear resistance. Wear, 265, p. 301-10, Feb. 2008. BEZDICKA P.; KLÁRIKOVÁ, A.; PASEKA, I.; ZÁVETA, K. Magnetic properties of alfgalinha-FeNx and alfaduaslinhas-Fe16N2 nitrides. Journal of alloys and compounds, 274, p. 10-17, Feb. 1998. PASEKA I.; BEZDICKA P.; KLÁRIKOVÁ, A.; ZÁVETA, K. Structure and magnetic properties of ball-milled iron nitride powders. Journal of alloys and Compounds, p. 248-53 Mar. 1998. MELETIS E. I., YAN S. Low pressure ion nitriding of AISI 304 austenitic stainless steel with an intensified flow discharge. J. Va. Sci. Technol., A 11(1), p25-33, 1993. RIBEIRO M. J., VENTURA J. M., LABRINCHA J. A. A Atomização como Processo de Obtenção de Pós para a Indústria Cerâmica. Cerâmica Industrial, 6(5), p 34-40, Setembro/Outubro 2001.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

SÍNTESE DE BIODIESEL A PARTIR DE DIVERSAS OLEAGINOSSAS COM ETANOL VIA CATÁLISE BÁSICA CINTHIA DA SILVA CARREIRO DA LUZ1, LUCIANE PIMENTEL COSTA MONTEIRO2 1 2

Mestranda em Engenharia Química, UFF, [email protected] Doutora, UFF

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Atualmente, a matriz energética mundial tem estado ainda com o foco voltado aos combustíveis fósseis, cujas emissões de carbono tem agravado os problemas de poluição atmosférica. Uma alternativa menos poluente são os biocombustíveis, que se diferem por sua origem biológica não fossilizada. Pelo fato de o Brasil ser o maior produtor de soja do mundo, é esta a oleaginosa mais utilizada para a produção de biodiesel, não se constituindo, porém, como melhor opção com relação ao rendimento anual de óleo por hectare. Outras oleaginosas, tais como canola, coco e girassol podem apresentar o dobro ou o triplo do rendimento do óleo extraído da soja. O presente trabalho propõe a comparação da síntese de biodiesel por transesterificação, com etanol, via catálise básica, a partir destes quatro óleos citados, sob diferentes condições de temperatura e agitação. A síntese com o óleo de girassol apresentou maior rendimento em volume de éster e resultou numa separação de fases mais rápida. PALAVRAS–CHAVE: Biodiesel, etanol, básica.

BIODIESE'S SYNTHESIS FROM DIFFERENTS OILSEED WITH ETHANOL BY BASIC CATALYSIS ABSTRACT: The world's energy matrix currently has been based on fossil fuels, which carbon emissions has exacerbated the problems of air pollution. The bio-fuels are an alternative less polluting, that differ from their biological not fossilized origin. As the biggest soybean producer of the world, Brazil mainly uses this oleaginous to biodiesel, however it is not the better option related to annual yield of oil per hectare. Other oilseeds such as canola, coconut and sunflower may have double or triple the yield of oil extracted from soybeans. This paper proposes the comparison of biodiesel's synthesis by transesterification with ethanol via basic catalysis, from these four cited oils under different conditions of temperature and agitation. The synthesis with sunflower oil showed higher yield of ester by volume, and resulted in a faster phase separation. KEYWORDS: Biodiesel, ethanol, basic.

625

INTRODUÇÃO A matriz energética mundial ainda é muito dependente dos combustíveis fósseis que é, um bem não renovável. A queima de tais combustíveis agrava o problema da poluição atmosférica, devido ao aumento das emissões de CO2 e outros gases de efeito estufa (GEE). A queima de um combustível, seja fóssil ou não, emite CO2. Um combustível renovável, oriundo da biomassa, é considerado “carbono neutro”, uma vez que o CO2 emitido foi previamente consumido pela planta, pois durante o seu crescimento, as suas folhas realizam a fotossíntese, processo que retira o CO2 do ambiente e libera O2. Os combustíveis de origem fóssil, ao contrário, não são considerados “carbono neutro”, pois a queima destes faz aumentar consideravelmente os níveis de CO2 da atmosfera. Os grandes centro urbanos são os lugares mais afetados pelos GEE’s, devido à grande quantidade de automóveis movidos à combustão. Porém, já é comum no Brasil automóveis bi-combustíveis, popularmente conhecidos como flex, cujo motor tipo Otto funciona tanto com álcool quanto com gasolina. Porém, para motores do tipo Diesel, o álcool não pode ser utilizado. Porém, ao contrário das adaptações necessárias para que o etanol e gasolina sejam utilizados num mesmo motor, nas máquinas a diesel não são necessárias grandes alterações para que o motor funcione com o seu substituto renovável – o biodiesel. O Brasil é o país com maior potencial para a produção de energia renovável por possuir grandes vantagens agrônomas, uma vez que o clima é tropical, com altas taxas de luminosidade e temperaturas médias anuais, disponibilidade hídrica e variedade de opções de cultivo de oleaginosas. Diversas oleaginosas podem ser utilizadas para a produção de biodiesel, tais como soja, girassol, canola, milho, girassol, manona, além de gorduras animais e residuais. Por ser um dos maiores produtores de soja do mundo, esta é a oleaginosa mais utilizada para a produção do biodiesel brasileiro. Porém, a soja não é a que apresenta o melhor rendimento anual de óleo em tonelada por hectare a. (Tabela 1) Tabela 1 – Rendimento de extração de óleo RENDIMENTO DE ÓLEO (t/ha ano) Algodão 0,1 – 0,2 Amendoim 0,6 – 0,8 Canola 0,5 – 0,9 Coco 0,3 – 1,4 Dendê 3–6 Girassol 0,5 – 1,5 Mamona 0,5 – 1,0 Microalga 50 – 150 Pinhão Manso 1–6 Soja 0,2 – 0,6 Fonte: PEQUENO (2010) e SEBRAE (editado) Para transformar o óleo em biodiesel, pode-se utilizar a transesterificação, que consiste basicamente na retirada da molécula de glicerol do óleo. Para que isso ocorra, é necessário reagir o óleo com um álcool de cadeia curta, como metanol ou etanol, na presença de um catalisador. Após a reação, tem-se a formação de duas fases: glicerol, mais denso, e biodiesel, menos denso (Figura 1). Tais fases podem ser separadas por decantação ou centrifugação. 626

Figura 1 – Reação de Transesterificação

Pela estequiometria da reação são necessários 3 mols de álcool para cada mol de triglicerídeo. Como a reação é reversível, um excesso de álcool provocará o deslocamento do equilíbrio no sentido dos produtos, aumentando o rendimento dos ésteres. Algumas variáveis influenciam a reação de transesterificação, a saber: pureza dos reagentes, razão molar álcool/óleo, temperatura de reação, catalisador e agitação. Do ponto de vista técnico, a rota metílica é mais simples, tendo o tempo de reação menor, separação das fases éster e glicerina mais espontânea, altas taxas de conversão e necessidade de um pequeno excesso de álcool. Porém, o metanol é altamente tóxico, é oriundo de fontes não-renováveis, além de o Brasil não ter autossuficiência na sua produção. Em contrapartida, o etanol possui baixa toxicidade e é produzido de fontes renováveis. Além disso, o Brasil é um dos maiores produtores de etanol do mundo. (COSTA, 2009) Com relação ao tipo de catálise, a reação pode ocorrer numa via catalítica homogênea (ácida ou básica) ou heterogênea. Na catálise básica homogênea, geralmente são utilizados os hidróxidos de metais alcalinos, carbonatos e alcóxidos de metais alcalinos (metóxido de sódio, etóxido de sódio, propóxido de sódio e butóxido de sódio). (CASTRO, 2009 apud MA e HANNA, 1999). Industrialmente, é a via mais indicada, pois é mais rápida do que a catálise ácida homogênea, além de os catalisadores alcalinos serem mais facilmente manipuláveis e menos corrosivos do que os catalisadores ácidos. (COSTA, 2009) A transesterificação homogênea básica é uma reação relativamente simples, que ocorre à pressão atmosférica, com temperaturas amenas, e menor razão molar álcool/óleo do que a catálise ácida homogênea. Esses fatores tornam esta via a mais adotada mundialmente na produção industrial do biodiesel. (MELO JR, 2008) Os alcóxidos de metal alcalino são os catalisadores mais ativos, com rendimentos elevados (>98%) em curtos períodos de reação (30 minutos), mesmo em baixas concentrações (0,5 mol%). No entanto, requerem a ausência de água o que os torna inadequados para processos industriais típicos. A presença de água dá origem à hidrólise de uma parte do éster produzido, com a consequente formação de sabão. Esta reação de saponificação reduz os rendimentos de éster e dificulta o processo de separação das fases. (SCHUCHARDT et al., 1998) Hidróxidos de metais alcalinos (KOH e NaOH) são mais baratos do que os alcóxidos, mas também são menos ativos. Porém, o aumento da concentração do catalisador para 1 ou 2 mol pode elevar as taxas de conversão. (SCHUCHARDT et al., 1998) Outra característica dos reagentes, para este caso, está relacionado ao índice de acidez, resultante da presença dos ácidos graxos livres no óleo. Tais ácidos irão consumir o catalisador básico, comprometendo o desenvolvimento da reação. (MA e HANNA, 1999) 627

A catálise ácida homogênea é mais utilizada nas reações de esterificação. O catalisador mais utilizado neste caso é o ácido sulfúrico (H2SO4). Essa via catalítica é utilizada principalmente na produção de biodiesel a partir de resíduos com altos teores de ácidos graxos livres. Segundo MELO JR (2008), a catálise ácida possui uma velocidade de reação satisfatória para reações de esterificação. No entanto, para as reações de transesterificação, a catálise ácida possui o inconveniente de requer uma alta razão molar álcool:óleo, exigir altas temperaturas e demandar longos períodos de síntese (SILVA, 2005). Pode-se conjugar duas etapas para proporcionar conversões maiores para os casos de os óleos terem índices altos de ácidos graxos livres. Primeiramente, faz-se uma esterificação inicial dos ácidos graxos livres, seguida da tradicional transesterificação básica. Como isso, elimina-se a etapa de purificação do óleo. (SANTACESARIA et al, apud MELO JR, 2008) A catálise heterogênea é uma alternativa aos problemas encontrados na catálise homogênea, tais como: maior número de etapas; purificação dos produtos; possibilidade de corrosão do reator (catálise ácida); saponificação (catálise básica); atividade baixa frente a alcoóis de maior massa molar. (MELO JR, 2008) Possui como vantagens: facilidade de purificação dos ésteres monoalquílicos, permite a reutilização dos catalisadores, minimiza a geração de efluentes e facilita consideravelmente a recuperação e a purificação da glicerina. (MELO JR, 2008) Os catalisadores mais utilizados são: zeólitas, óxidos e sais inorgânicos, resinas trocadoras de íons, ácidos e bases orgânicos e materiais lamelares. (MELO JR, 2008) MATERIAL E MÉTODOS Escolheu-se utilizar a etanólise, via catálise básica (NaOH), com excesso de 100% de etanol, para quatro óleos, a saber: canola, coco, girassol e soja. Os óleos de canola, girassol e soja eram da marca Qualitá e o óleo de coco da marca Vila Ervas. O óleo de coco apresentava um aspecto solidificado a temperaturas inferiores a 25 ºC. Primeiramente, preparou-se o etóxido de sódio, dissolvendo-se 0,9 g de NaOH em 36 mL de álcool etílico absoluto P.A. num erlenmeyer com tampa. Deve-se tomar cuidado com essa etapa, para que a umidade do ambiente não contamine o alcóxido, a fim de evitar a reação de saponificação. Após o preparo do alcóxido, foram aquecidos 100 mL de óleo, até 50ºC, numa placa de agitação magnética modelo EEQ-9010 (Capacidade 5L, Rotação 3600 RPM; Temperatura: 30ºC). O controle de agitação foi mantido em 4 (numa escala de 0 a 10). A temperatura foi verificada com o auxílio de um termômetro. Ao atingir 50ºC, o aquecimento foi desligado e o etóxido de sódio foi adicionado ao óleo, ficando apenas a agitação magnética. Um vidro de relógio foi acomodado na boca do becher, para minimizar a evaporação do etanol. A reação ocorreu por 30 minutos. Transcorrido esse tempo, a mistura reacional foi levada a um funil de decantação. Adicionouse 15 mL de glicerina para facilitar a separação das duas fases. Após a formação das duas fases, a mais densa foi recolhida e descartada. A mais leve, contendo o éster, o álcool que estava em excesso, o catalisador e o óleo que não reagiu, foi lavada com uma solução diluída de HCl. Após a separação de fases, percebe-se que a fase aquosa (mais densa) adquire um aspecto esbranquiçado, devido, provavelmente, à formação de sabão do óleo que não reagiu. Essa fase aquosa é retirada, tem o seu pH medido e o éster é novamente lavado. Esse processo se repete até que a água de lavagem tenha o pH 7. Após a neutralização, mediu-se o volume do éster resultante.

628

RESULTADOS E DISCUSSÃO A síntese com o óleo de soja apresentou uma característica diferente das demais: assim que o alcóxido foi adicionado a mistura reacional adquiriu uma coloração esverdeada bastante escura que, com o decorrer da reação, foi clareando até se tornar castanha (Figura 2). A síntese com o óleo de coco não apresentou diferença significativa de cor, nem a de girassol. A síntese com a canola apresentou uma coloração levemente castanha. A síntese com o girassol apresentou um comportamento diferente em duas situações distintas. No primeiro caso, o aquecimento e a reação ocorriam na mesma placa; apesar de desligado o aquecimento, a placa permanecia aquecida por um tempo. Nesta situação, a temperatura no início da reação era 50ºC, mas no final da reação, chegou a aproximadamente, 60 ºC. Num outro caso, o óleo foi aquecido em uma placa e colocado para reagir em outra que estava fria, sendo a temperatura ao final da reação próxima à ambiental. Nesta situação, percebeu-se que a separação de fases ocorrera poucos minutos depois. O rendimento (em volume) neste caso, foi menor, porém próximo ao valor encontrado para a canola.

Figura 2 – Transesterificação do óleo de soja, em quatro momentos. As reações foram feitas a 50 ºC, durante 30 minutos, com agitação moderada, cujos resultados encontram-se na Tabela 2. Vale ressaltar que o aquecimento foi desligado quando o óleo atingiu a temperatura descrita e a reação prosseguiu com o aquecimento desligado.

629

Tabela 2 – Resultados (30 minutos, 50ºC) REAGENTES (mL)

ÉSTER (mL)

Canola

Vóleo 100

Válcool 36

Véster 50

Coco

100

36

71

Girassol

100

36

82,5

Soja

100

36

78

Com relação à neutralização e lavagem dos ésteres, foi interessante que houvesse a reação de saponificação pois, assim, o éster ficaria livre do óleo que não reagiu, uma vez que o sabão formado sairia junto com a fase aquosa. Comparando os quatro óleos estudados (canola, coco, girassol e soja), o óleo de girassol figura como uma ótima opção para a produção de biodiesel. Além de se ter um alto rendimento anual em tonelada por hectare de óleo, ele apresenta também um bom rendimento em produção de éster, podendo atingir valores maiores do que o dobro do rendimento com a soja, que é a oleaginosa mais utilizada para a produção do biodiesel brasileiro. Em seguida vêm, canola coco e soja, nesta ordem. (Tabela 3).

Canola Coco Girassol Soja

Tabela 3 – Comparação de rendimentos de ésteres RENDIMENTO DE RENDIMENTO DE RENDIMENTO DE ÓLEO (t/ha ano) ÉSTER (volume) ÉSTER (t/ha ano) 0,5 – 0,9 50,0% 0,25 – 0,45 0,3 – 1,4 71,0% 0,21 – 0,99 0,5 – 1,5 82,5% 0,41 – 1,24 0,2 – 0,6 78,0% 0,16 – 0,47

CONCLUSÕES No Brasil, a soja é a oleaginosa mais utilizada para a produção de biodiesel. Porém, não é esta a oleaginosa que apresenta maior rendimento de éster. Com relação ao preço do óleo refinado, têm-se observado atualmente que o de soja é o mais barato. O óleo de girassol é aproximadamente o dobro e o de canola um pouco mais do que o dobro; o óleo de coco, entretanto, é extremamente caro e seu preço pode ser até 30 vezes maior do que o óleo de soja. Sendo assim, considerando todos estes fatores de rendimento de óleo, rendimento de éster e preço, o girassol pode ser um bom substituto para a soja na produção do biodiesel no Brasil. REFERÊNCIAS MA, F.; HANNA, M. A. Biodiesel production: a review. Bioresource Technology, 70, 1 – 15 (1999). COSTA, P. P. K. G. Catalisadores químicos utilizados na síntese de biodiesel. Brasília, DF: Embrapa Agroenergia, 2011. Disponível em: http://www.infoteca.cnptia.embrapa.br/bitstream/doc/918436/1/doc07.pdf . o em: 08/06/2013. 630

CASTRO, B. C. Otimização das Condições da Reação de Transesterificação e Caracterização dos Rejeitos dos Óleos de Fritura e de Peixe para Obtenção de Biodiesel. Dissertação (Mestrado em Ciências). – Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola de Química, Programa de Pós-Graduação em Tecnologia de Processos Químicos e Bioquímicos, Rio de Janeiro, 2009. Disponível em: http://www.eq.ufrj.br/sipeq//rejeitos-dosoleos-de-fritura.pdf . o em: 10/06/2013. MELO JR, C. A. R. Esterificação catalítica e não-catalítica para síntese de biodiesel em reator micro-ondas. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Processo). Universidade Tiradentes. Aracaju. 2008. Disponível em: http://www.unit.br/mestrado/engenharia/arquivos/teses/diss_carlos_augusto.pdf . o em: 08/06/2013 SCHUCHARDT, U.; SERCHELI, R.; VARGAS, R. M. Transesterification of vegetable oils: a review. J. Braz. Chem. Soc.[online]. 1998, vol.9, n.3 [cited 2013-06-24], pp. 199-210. Disponível em: http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S010350531998000300002&lng=en&nrm=iso&tlng=en. o em: 24/06/2013. SILVA, C. L. M. Obtenção de ésteres etílicos a partir da transesterificação da andiroba com etanol. Dissertação (Mestrado em Química). Unicamp. São Paulo. 2005. Disponível em: http://biq.iqm.unicamp.br/arquivos/teses/vtls000376024.pdf. o em 09/06/2013

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente - Niterói – RJ – Brasil 21 a 25 de Outubro de 2013

ANÁLISE DA CONTRAÇÃO VOLUMÉTRICA DO FIGO (Ficus carica L.) LUIZ CARLOS CORRÊA FILHO1; EDNILTON TAVARES DE ANDRADE2; ELISABETH DE MORAES D’ANDREA 3; FELIPE ALMEIDA DE SOUSA4; VITOR GONÇALVES FIGUEIRA5 1

Mestrando em Engenharia de Biossistemas, (24) 81466773, UFF, [email protected] Doutor, (21) 26295390, UFF, PGEB, [email protected] 3 Mestranda em Engenharia de Biossistemas, UFF, (21) 2629 9532, [email protected] 4 Mestrando em Engenharia de Biossistemas, UFF, (21) 80138922, [email protected] 5 Engenheiro Agrícola e Ambiental, UFF, (21) 8258-7964, [email protected] 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: O figo (Ficus carica L.) é um fruto muito apreciado pelo mercado interno, tanto pelo aroma quanto por ser rico em nutrientes antioxidantes e vitaminas A, B e C. A secagem é um processo utilizado, onde se retira certa quantidade de água do produto, com a finalidade de aumentar da vida de prateleira e devido à contração volumétrica, reduzir os custos de embalagem, transportes e armazenamento. Diante do exposto o objetivo do presente trabalho foi avaliar a contração volumétrica do figo durante a secagem e ajustar os dados experimentais obtidos a diferentes modelos matemáticos que representem todo o processo para diversas condições de temperatura do ar de secagem. Foram utilizados figos provenientes do comércio do munícipio de Niterói/RJ e submetidos à secagem sob condições controladas de temperaturas do ar (40°C, 55°C e 70°C). Aos dados experimentais foram ajustados nove modelos matemáticos para a representação do processo de contração volumétrica de produtos agrícolas. Nas analises das curvas de contração observa-se que a redução do teor de água influencia na contração do volume. O modelo polinomial teve o melhor ajuste aos dados observados para a faixa de temperatura estudada, representando melhor a contração volumétrica do figo. PALAVRAS–CHAVE: figo, contração volumétrica, modelagem matemática.

ANALYSIS OF SHRINKAGE OF FIG (Ficus carica L.) ABSTRACT: The fig (Ficus carica L.) is a fruit much appreciated by the market due its aroma, antioxidant nutrients and vitamins A, B and C. The drying process is used to remove some water from the product, in order to increase the shelf life and owing to the shrinkage, reducing the cost of packaging, transport and storage. The objective of this study is evaluate the shrinkage during drying fig and adjust the experimental data obtained at different mathematical models representing the whole process for various temperature conditions. Figs were used from some Niterói Markets and subjected to drying under controlled air temperatures (40 ° C, 55 ° C and 70 ° C). Nine mathematical models were adjusted to experimental data to represent the process of shrinkage of agricultural products. Analyising the curves of contraction was observed that the reduction of the water content influences on the volume contraction. The polynomial model had the best fit to the observed data for the temperature range studied, representing the best shrinkage of fig. KEYWORDS: fig, shrinkage, mathematical modeling.

632

INTRODUÇÃO A figueira (Ficus carica L.) vem da região arábica mediterrânea, Mesopotâmia, Armênia e Pérsia. É uma frutífera, considerada sagrada pelos povos antigos, que vem atravessando os séculos tanto como alimento de diferentes povos, quanto nos livros sagrados, em que o figo é símbolo das dádivas da natureza ao homem. O figo é energético e tem um grande valor dietético. O figo desidratado foi utilizado como suplemento alimentar nos tempos difíceis da I e II Guerra Mundial (SOUSA, 2008; PACCO, 2003). Segundo Doymaz (2005), o figo tem uma grande importância na nutrição por ser uma importante fonte de carboidratos, conterem aminoácidos essenciais, vitamina A, B1, B2 e C e minerais. Devido ao seu alto teor em açúcar, o figo desidratado foi durante muitas décadas utilizado para a fabricação de álcool. O resíduo do figo destilado era utilizado para a alimentação animal. O cultivar roxo de Valinhos ou clonal similar é o único comercial no Brasil, também conhecido pelos produtores como gigante, pelo maior tamanho das frutas (SOUSA, 2008), O Brasil é considerado o 13º maior produtor mundial e o maior produtor das Américas. No Estado de São Paulo, a região do Circuito das Frutas detém a maior produção, com destaque para os municípios de Valinhos, Vinhedo, Louveira e Campinas (TODAFRUTA, 2007). O Brasil se constitui um grande produtor de figos, no entanto o figo seco consumido é importado principalmente da Turquia e Estados Unidos (SADHU, 1990). A secagem é um dos processos comerciais mais utilizados para manter a qualidade de produtos agrícolas após a colheita. Com a redução do teor de água, pela secagem, até níveis inibe-se o crescimento de microrganismos e minimizam-se mudanças físicas e químicas durante o armazenamento além de provocar a redução do seu volume externo (GONELI et al., 2011). A contração volumétrica é um fenômeno que origina uma redução no tamanho do tecido celular durante o processo de secagem, podendo ser muito intensiva dependendo do método de secagem aplicado (KROKIDA; MAROULIS, 1997). A partir disso, objetivou-se nesse trabalho avaliar a contração volumétrica do figo durante a secagem em diferentes temperaturas e ajustar modelos matemáticos aos valores experimentais que representem todo o processo. MATERIAIS E MÉTODOS O presente trabalho foi desenvolvido no Laboratório de Termociências (LATERMO) localizado na Escola de Engenharia no campus da Praia Vermelha da Universidade Federal Fluminense em Niterói, Estado do Rio de Janeiro. Utilizou-se como matéria prima figos in natura obtidos do comércio do município de Niterói/RJ que foram cortados longitudinalmente para determinação das curvas de contração volumétrica. O teor de água inicial foi determinado gravimetricamente, por perda de massa em estufa a 105ºC variando de ±1oC durante 24 h (INSTITUTO ADOLFO LUTZ, 1985). Avaliaram-se três diferentes níveis de temperatura (40, 55 e 70°C) e um nível de velocidade do ar de secagem de 1,2 m.s-1 em delineamento inteiramente casualisado, com três repetições, a vazão do ar de secagem foi medida, por meio de um anemômetro digital. O secador utilizado é um protótipo com controle de temperatura e vazão constante, composto por bandejas removíveis com fundo telado, dispostas horizontalmente, para permitir a agem do ar por entre o produto. A temperatura do secador foi obtida e controlada por meio de um termômetro ordinário, com precisão de 0,1ºC. Durante o processo de secagem, as 633

bandejas contendo o produto foram pesadas, periodicamente, visando acompanhar a perda de peso do produto durante a secagem e fazer as suas medições. Para a determinação do volume, o figo foi considerado um cone elíptico, sendo medidas suas dimensões por meio de paquímetro digital com resolução de 0,01 m. Utilizou-se para determinar o volume à equação (1) (MOHSENIN,1986): ?=

ñkS 6

(1)

Em que: V = volume em cada teor de água, m3; a = comprimento em m3; b = espessura em m3 e c = profundidade em m³ O índice de contração volumétrica do figo (Ψ), durante a secagem foi determinado pela relação entre o volume para cada teor de água e o volume inicial, de acordo com a equação: Ψ =

V V:

(2)

Em que : Ψ = índice de contração volumétrica, decimal; V = volume em cada teor de água, m3; V0 = volume inicial, m3. Aos dados experimentais de contração volumétrica (Ψ) foram ajustados aos modelos matemáticos descritos na Tabela 1 onde as equações (3) a (6) são adaptações em função da temperatura enquanto as (7) até (11) são em função do teor de água. Tabela 1 – Modelos matemáticos utilizados para ajustes Modelo

Equação

Exponencial Adaptado

Ψ =(a(exp(bU(Tc))))

(3)

Linear Adaptado

Ψ =(a+(bU))Tc

(4)

RAHMAN Adaptado

Ψ =(1+(a(U-U0)))Tb

(5)

BALA & WOODS Adaptado

Ψ =(1-(a(1- exp(-b(U0-U)))))Tc

(6)

Correa et al (2004)

Ψ =1/ (a+b exp(U))

(7)

Polinomial

Ψ =(a+bU+CU²)

(8)

Bala & Woods (1984) Modificado

Ψ = 1 – a{ 1 – exp (b (U0 – U))}

(9)

Exponencial

Ψ = A exp (b.U)

(10)

Linear

Ψ = a +bU

(11)

Em que, Ψ = Índice de contração volumétrica (decimal); U = Teor de Água (% b.s.); U0 = Teor de Água Inicial (% b.s.); T = Temperatura do ar de secagem (ºC); a, b, c = Constantes que dependem do produto. 634

Considerou-se o valor do erro médio relativo inferior a 10% como um dos critérios para seleção dos modelos e para erros médios estimado o menor valor de acordo com Correa (2011). O erro médio relativo e o desvio-padrão da estimativa, para cada um dos modelos, foram calculados conforme as seguintes expressões:

100 P= ⋅ n

∑(

)

ˆ Y Y−Y

(9)

;

SE =

∑(Y − Y)$ GLR

2

(10)

$ = valor calculado pelo modelo; Em que: Y = valor observado experimentalmente; Y GLR = graus de liberdade do modelo. Para o ajuste dos modelos aos dados experimentais foi utilizado o programa STATISTICA 7.0, e a análise de regressão não linear foi realizada pelo método QuasiNewton. RESULTADOS E DISCUSSÃO Na Tabela 2 são apresentadas as constates dos modelos adaptados em função da temperatura assim como os seus respectivos erro médio estimado (SE), erro médio relativo (P) e o coeficiente de determinação. Tabela 2. Constantes dos modelos adaptados em função da temperatura e os valores do coeficiente de determinação, erro médio estimado e relativo dos modelos para elaboração das curvas de contração volumétrica. Modelo Parâmetros P SE R2 a = 1,125678 21,69906 0,087018 90,868 Bala & Woods Adaptado b = 0,190239 c = 0,015156 a = 0,189082 Exponencial Adaptado b = 0,589078 18,94575 0,071436 93,845 c = -0,234411 a = 0,090889 Linear Adaptado b = 0,129650 14,48449 0,066534 94,54 c = -0,023925 a = 0,122079 Rahman Adaptado 23,01013 0,103714 86,732 b = -0,015521 Na Tabela 3 são apresentas as constantes dos modelos em função dos teores de umidade para cada temperatura e os seus respectivos erro médio estimado (SE), erro médio relativo (P) e o coeficiente de determinação.

635

Tabela 3. Constantes dos modelos em função do teor de água e os valores do coeficiente de determinação, erro médio estimado e relativo dos modelos para elaboração das curvas de contração volumétrica. Temperatura Modelo Parâmetros P SE R2 40

Bala & Woods (1984)

a = 1,371413 b = 0,158039

9,356347

0,04518582

97,62

40

Corrêa et al. (2004)

a = 2,356912 b = -0,001439

52,74469 0,204937183

51,10

40

Exponencial

a = 0,148871 b = 0,286384

9,929596 0,044772963

97,67

40

Linear

14,10332 0,062890868

95,40

40

Polinomial

8,643208 0,043496376

98,01

7,916017 0,035081659

98,46

51,16088 0,231779547

32,95

18,7118

0,062557975

95,12

10,41049 0,040313599

97,97

7,802688 0,033979457

98,66

3,574178 0,030840316

98,71

30,70715 0,208068584

41,15

4,319978

98,28

55 55

Bala & Woods (1984) Corrêa et al. (2004)

55

Exponencial

55

Linear

55

Polinomial

70 70

Bala & Woods (1984) Corrêa et al. (2004)

70

Exponencial

70

Linear

70

Polinomial

a = -0,017686 b = 0,139546 a = 0,137051 b = 0,0027976 c = 0,014820 a = 2,750563 b = 0,054254 a = 3,885797 b = -0,002109 a = 0,176303 b = 0,255254 a = 0,086655 b = 0,123187 a = 0,112137 b = 0,088592 c = 0,005413 a = 1,771874 b = 0,066709 a = 2,118297 b = -0,000267 a = 0,2812076 b = 0,1571743 a = 0,199977 b = 0,092693 a = 0,250416 b = 0,054093 c = 0,004588

0,0355714

6,794741 0,041198175

97,69

3,34834

99,01

0,026994198

Dentre os nove modelos avaliados, verificou-se que apenas a equação polinomial se ajustou satisfatoriamente aos dados obtidos de contração volumétrica. Além de a equação apresentar um erro médio relativo abaixo de 10% que segundo Mohapatra & Rao (2005), indicam um razoável ajuste para as práticas propostas, obteve-se baixos erros médios estimado e um coeficiente de determinação acima de 98% que segundo Madamba et al. (1996), significa um bom ajuste dos modelos para representação da contração volumétrica. 636

Contração Volumétrica (adimensional)

Nas figuras 1 a 3 são apresentados os valores experimentais de contração volumétrica para as temperaturas de 40ºC, 55ºC e 70º C, ajustados pelo modelo Polinomial, em função do tempo. 1,1 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0

Observado

0,0

10,0

20,0

Estimado

30,0 (h) Tempo

40,0

50,0

60,0

Contração Volumétrica (adimensional)

Figura 1 – Valores observados e estimados da contração volumétrica para figo pelo modelo polinomial em função do tempo para 40°C. 1,1 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0

Observado

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0 Tempo (h)

25,0

Estimado

30,0

35,0

40,0

Contração Volumétrica (adimensional)

Figura 2 – Valores observados e estimados da contração volumétrica para figo pelo modelo polinomial em função do tempo para 55°C. 1,1 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0

Observado

0

2

4

6

8 Tempo (h)

10

Estimado

12

14

16

Figura 3 – Valores observados e estimados da contração volumétrica para figo pelo modelo polinomial em função do tempo para 70°C. 637

Analisando as curvas de contração volumétrica descritas nas Figuras de 1 a 3, observase que os figos apresentaram uma redução de volume inicial de 84,04%, 87,71% e 75,22% para as temperaturas de 40, 55 e 70°C, respectivamente, com o teor de água variando de 8,425 até 0,170 (b.s.). Afonso Jr. (2001) verificou uma diminuição de 39% do volume dos frutos de café cereja com a redução do teor de água de 2,227 até 0,11 (b.s.). Comparando os resultados de 40°C em relação a 55°C, observa-se uma contração mais intensa nas horas iniciais de 55°C e que para atingir a mesma taxa de contração volumétrica é necessário menos horas. CONCLUSÕES Com base nos resultados obtidos, pode-se concluir que a redução do teor de água pela secagem influencia na contração volumétrica do figo, provocando uma redução de volume em 84,04%, 87,71 e 75,22% para as temperaturas de 40, 55 e 70°C. O modelo polinomial foi o que melhor se ajustou aos dados experimentais de contração volumétrica do figo. . REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AFONSO JÚNIOR, P.C. Influência do método de preparo e condições de secagem sobre a qualidade do café durante o período de armazenamento. Viçosa, UFV, 2001. 351p. (Tese – Doutorado em Engenharia Agrícola). DOYMAZ, I. Sun drying of figs : an experimental study. Journal of Food Engineering, 71, p.403-407, 2005. GONELI, A.L.D.; CORRÊA, P.C.; MAGALHÃES, F.E.A.; BAPTESTINI, F.M. Contração volumétrica e forma dos frutos de mamona durante a secagem. Acta Scientiarum Agronomy. Maringá, v.33, n. 1, p.1-8, 2011. KROKIDA, M.K.; MAROULIS, Z.B. Effect of drying method on shrinkage and porosity. Drying Technology, v.15, n.10, p.2441 – 2458, 1997. MADAMBA, P.S.; DRISCOLL, R.H.; BUCKLE, K.A. Thin layer drying characteristics of garlic slices. Journal of Food Engineering, v. 29, p. 75 – 97, 1996. MOHAPATRA, D.; RAO, P.S. A thin layer drying model of parboiled wheat. Journal of Food Engineering, London, v.66, n.4, p.513-18, 2005. MOHSENIN, N. N. Physical properties of plant and animal materials. New York: Gordon and Breach Publishers, 1986 PACCO, H.C. Secagem de figo (Ficus Carica L.) da variedade “Gigante de Valinhos” em secador de bandejas. 2003. 113f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Alimentos) – Universidade Federal de Campinas – SP. 2003. SADHU, M.K.. 1990. Fig. In T.K. Kose e S.K. Mitra (Eds.), Fruits: Tropical and Subtropical (pp.650-663). Calcutta: Naya Prokash. SOUSA, S. Obtenção de figos secos por desidratação osmótica e secagem convectiva. 2008. 183f. Tese (Doutorado em Engenharia de Alimentos) – Universidade Federal de Campinas – SP. 2008. TODAFRUTA. Disponível em o em 20 agosto 2013.

638

I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

RECONHECIMENTO DE PADROES DE IMPACTO AMBIENTAL URBANO UTILIZANDO FERRAMENTAS DE MINERACAO DE DADOS MEIRELLES, JOÃO1 , CATALDI, MÁRCIO 2 , NETTO, VINÍCIUS3 1

Engenheiro Ambiental, UFF - Escola de Engenharia, 11 95173-0837, [email protected] Doutor, UFF - Escola de Engenharia, 21 8352-0940, [email protected] 3 Phd, UFF - Escola de Arquitetura e Urbanismo, 21 9727-1512, [email protected] 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: No início do século XXI, as cidades crescem e se perpetuam como a principal forma antrópica de ocupação do espaço. É necessário entender quais serão os impactos sociais e ambientais de um mundo predominantemente urbano. Se, por um lado, aglomerações populacionais parecem produzir economias de escala, utilizando infraestruturas de maneira eficiente, por outro, a urbe parece modificar os padrões de produção e consumo de seus habitantes. Para avaliar em que intensidade essas relações se dão, não se deve perder de vista o caráter complexo, interligado e, muitas vezes, não linear das cidades. É preciso ir além dos rankings baseados em indicadores per capita e tentar enxergar as características sinérgicas e as propriedades emergentes dos centros urbanos. O trabalho aqui apresentado se dedica à compreensão das relações cidade- sociedade-meio ambiente. Com a utilização de metodologias de mineração de dados sobre uma base de dados contendo indicadores de impacto ambiental urbano, buscou-se reconhecer padrões que elucidem as tensões exercidas pelo desenvolvimento urbano e econômico sobre o comportamento dos indivíduos e o desempenho ambiental das cidades. Foi possivel notar as economias de escala no funcionamento urbano, elevando, de maneira nao linear, os indicadores de tratamento de residuos, agua e esgoto. Ao mesmo tempo, variacoes nos padroes de consumo dos individuos tambem parecem crescer de maneira nao linear. PALAVRAS–CHAVE: Impactos Ambientais Urbanos, Reconhecimento de Padrões, Mineração de Dados

PATTERN RECOGNITION OF URBAN ENVIRONEMNTAL IMPACTS USING DATA MINING TOOLS ABSTRACT: From the beginning of the 21st century cities are growing and perpetuating as the main form of anthropic occupation of space. It becomes necessary to understand which will be the social and environmental impacts of a predominantly urban world. If, on one hand, urban agglomerations seem to produce economies of scale utilizing infrastructure in a more efficient manner, on the other, these same agglomerations seem to modify the patterns of production and consumption of its inhabitants. To evaluate how intensely these relations occur, one must not lose sight of the complex and intertwined (and often not linear) nature of cities. Studies that go beyond rankings and indexes based on per capita indicators become of the utmost importance, in order to understand the synergic characteristics and emerging properties of urban centers. The work here presented dedicates itself to the study and understanding of the relation between city, society and environment. Data mining was the methodology chosen and used to "work" a data base containing 47 indicators of urban environmental impact. This paper aimed to find patterns that would clarify the tensions exerted by urban and economic development on the behavior of individuals and the environmental performance of cities. It was possible to perceive scale economies in urban performance, rising, in a non-linear dynamic indicators of waste, water and sewage treatment. On the other hand, patterns of individual behavior and consumption also seems to respect non-linear dynamics. KEYWORDS: Urban Environmental Impacts, Pattern Recognition, Data- Mining

639

INTRODUÇÃO O trabalho aqui apresentado se dedica à compreensão das relações cidade-sociedade-meio ambiente. A partir da utilização de metodologias de mineração de dados sobre uma base de dados contendo diversos indicadores de impacto ambiental urbano, buscou-se reconhecer padrões que elucidem as tensões exercidas pelo desenvolvimento urbano e econômico sobre o comportamento dos indivíduos e o desempenho ambiental das cidades. No subtítulo de uma recente publicação na revista Nature, Geoffrey West e Luis Bettencourt, físicos pesquisadores do Santa Fe Institute – CA, proclamam: “It´s time for a science of how city growth affects society and environment” (É chegado o momento para uma ciência que estude como o crescimento urbano afeta a sociedade e o ambiente) (Bettencourt & West, 2010). Os dois autores, vindo das ciências exatas, têm contribuído, com estudos baseados em estatística e princípios físicos, para a construção de uma “compreensão integrada, quantitativa e preditiva das dinâmicas, crescimentos e organizações urbanas” (Bettencourt & West, 2010). Os autores não caminham sozinhos nessa trilha: Batty, da University College London, em seu livro “Cities and Complexity” (Batty, 2005), nos fala sobre a necessidade de desenvolver uma robusta teoria geral das cidades, uma nova ciência das cidades. Para ele, essa teoria seria construída a fim de incluir variáveis complexas e não lineares nos históricos pensamentos determinísticos sobre padrões urbanos. Quando comparadas com assentamentos rurais que exploram, principalmente, os recursos ecológicos locais, cidades tem se desenvolvido através da adoção e perpetuação de suas posições nas redes de trocas (Pumain, 2003). Por isso, a Agência de Ecologia Urbana de Barcelona (2012) considera, de um ponto de vista ecológico, a cidade como um sistema aberto e heterotrófico, uma vez que esta depende de um consumo constante de matéria e energia procedente de fora de suas barreiras físicas. Todo o processo de transformação urbana pode ser metaforizado e percebido como um processo metabólico complexo: têm-se as entradas ou inputs (provenientes da natureza), com as perdas associadas (impactos indiretos), os processos internos de transformação (uso) e as saídas ou outputs (impactos diretos) como resíduos sólidos, efluentes e emissões atmosféricas. Forma-se, nessa interface (cidade-ambiente), uma verdadeira rede de trocas consideravelmente complexa. Os impactos ambientais de uma cidade derivam dessa rede e se estendem desde as demandas de matéria prima e energia até as disposições finais de resíduos, ando pelas emissões de gases e a geração de efluentes. Segundo Alberti (2005), na medida em que as cidades crescem em quantidade de pessoas e atividades, se apropriam de crescentes quantidades de recursos naturais e exportam quantidades crescentes de emissões e resíduos, gerando maiores impactos ambientais. Ainda Alberti (2005) cita as mudanças que ocorrem em uma cidade que levam a esse aumento da pressão sobre os sistemas naturais: a mudança gradual dos combustíveis tradicionais para os combustíveis modernos, a intensificação do uso de energia e o consumo que acompanha o desenvolvimento econômico. Bettencourt&West (2010) explicam, porém, que assentamentos compactos proporcionam maiores oportunidades de se obter economias de escala e de utilização eficiente de recursos naturais. Chega-se, então, a um ime: se por um lado a urbanização parece tender a aumentar alguns impactos ambientais gerados por seus habitantes, por outro, a mesma urbanização parece otimizar alguns processos urbanos, levando à menores impactos ambientais associados. Bettencourt & West (2010) derivam suas afirmações da analise de grandes bases de dados contendo informações de muitas décadas e centenas de cidades. Nesses estudos, os autores citam o tamanho da população como seu maior determinante, sobrepondo-se sobre a história, a geografia e sua estrutura. Ainda segundo os autores, três processos variam sistematicamente com a ordem de grandeza da população: 1)Assentamentos mais densos operam economias de 640

escala no espaço através de um uso mais intenso das infraestruturas urbanas 2) A marcha de toda atividade socioeconomica é acelerado com o aumento da população, levando a produtividades elevadas 3) Atividades sociais e econômicas se diversificam e se tornam mais independentes, resultando em novas formas de especialização econômica e expressões culturais. Essas características levariam, segundo os autores a dois aspectos gerais que apareceriam sistematicamente através do tempo e em diferentes sistemas urbanos: i) economias de escala na infraestrutura material urbana e ii) produtividade socioeconômica com retornos potencializados. Dessa maneira, os autores chegam à conclusão que cidades maiores funcionariam melhor ambientalmente que a média nacional quando se leva em consideração algumas variáveis materiais (i.e. comprimento de redes de transporte público, emissões de CO2, área impermeabilizada). Por outro lado, à medida que uma cidade se desenvolve demograficamente, mudanças podem ser notadass nos padrões de consumo de sua população, (atrelada ao desenvolvimento econômico). Os autores falam que “quanto maior uma cidade, mais seu cidadão padrão possui, produz e consome (sejam bens, recursos ou ideias)”. Através dessas análises, se chega, novamente, ao paradoxo da sustentabilidade urbana: cidade maiores otimizariam o uso de materiais (levando a menores impactos ambientais) e, ao mesmo tempo, acelerariam os fluxos imateriais (levando ao aumento de outros impactos). Esse paradoxo pode ser entendido como uma dinâmica complexa, intrinseca à existencia das cidades. Segundo Allen (1996), o sistema urbano é auto-regulável através das múltiplas interações que permitem sucessivos ajustes e progressivas adaptações às perturbações externas ou às inovações internas. Suas redes de trocas e vendas são muito dinâmicas, evoluindo no tempo. De fato, Batty (2005) explica que as cidades estão eternamente fora de equilíbrio. Além disso, sistemas urbanos são abertos e sobrepostos, como uma articulação de redes interconectadas. Neles, diversos padrões operam ao mesmo tempo, como a adaptação, a seleção, a cooperação e a imitação. Esses comportamentos coletivos contribuem para assegurar as regulações sociais do sistema. O trabalho parte desse patamar teórico para analisar como diversas variáveis ambientais se relacionam entre si e com variáveis demográficas e econômicas. Busca-se alguma maneira de sobrepor o paradoxo encontrado por B&W e compreender melhor as forçantes de impacto ambiental urbano. MATERIAL E MÉTODOS O presente trabalho se dedica a investigar as relações entre os impactos ambientais de uma cidade e algumas variáveis econômicas e demográficas. A ideia central é reconhecer como os diversos impactos ambientais que uma cidade gera se relacionam e os padrões que são formados a partir dessas relações. Para isso, optou-se por utilizar a metodologia Mineração de Dados (DM - Data Minning), que é parte de um processo maior de pesquisa, denominado Descoberta de Conhecimento em Banco de Dados (KDD – Knowledge Discovery in Database). Para Cortez et all (2002), mineração de dados é “um processo altamente cooperativo entre homens e máquinas, que visa a exploração de grandes bancos de dados, com o objetivo de extrair conhecimento através do reconhecimento de padrões e relacionamento entre variáveis, conhecimento esses que possam ser obtidos por técnicas comprovadamente confiáveis e validadas pela sua expressividade estatística”, Para a aplicação do processo de KDD no presente trabalho, optou-se por trabalhar sobre uma base de dados extraída da série de estudos “Green City Index”, produzida pela agência “The Economist” e publicada pela Siemens Coorp. Trata-se de um banco de dados contendo 47 indicadores sobre 123 cidades distribuídas pelos seguintes continentes: América Latina, Asia, América do Norte, Africa e Europa. A figura 2 apresenta a ocorrência de indicadores e 641

cidades por continente.

Figura – 1: Incidência de indicadores e cidades por continente estudado. Fonte: produção própria Os indicadores não apresentavam distribuição homogênea nos diferentes continentes. Ou seja, entre os continentes, havia baixa co-incidência de indicadores. Por conta disso, optou-se por realizar a rotina de análises para cada continente, uma vez que, para formar uma base de dados completa entre todos os continentes seria necessário excluir muitos indicadores. Essa escolha se justifica, também, pelo objetivo do trabalho de reconhecer convergências e divergências entre os padrões de impacto de cada continente. Para isso, foi necessário realizar as análises de maneira desagregada. A escolha de se trabalhar sobre dados secundários possibilitou realizar um estudo sobre uma amostra grande de cidade e de variáveis. Por conta dessa opção, as 3 primeiras etapas do processo de KDD (limpeza, integração e seleção) foram simplificadas, uma vez que essas etapas já haviam sido realizadas na elaboração do banco de dados das publicações. Assim, ainda que se tenha realizado rotinas de verificação, não se encontrou outliers nem dados faltantes, não sendo necessário realizar tarefas de preenchimento de falhas. Dessa forma, extraíu-se os dados das publicações para uma base de dados em Excel. Durante a fase de transformação dos dados, foi necessário normalizar as unidades dos indicadores uma vez que os mesmos, originalmente, respeitavam as unidades de seus locais de origem (gallons nos EUA, euros na Europa etc). Para as transformações monetárias, adotou-se as taxas de cambio médias anuais para os respectivos anos de produção dos indicadores no sítio eletrônico OANDA.com. A próxima fase do processo de KDD é a de mineração. Nesse momento, optou-se por utilizar ferramentas de análise exploratória de dados. No presente trabalho, utilizou-se três ferramentas de análise exploratória de dados: i) Matriz de Correlação, uma representação gráfica bi-dimensional dos valores de correlação linear de Pearson entre os elementos estudados, dispondo-os em linhas e colunas. O valor de correlação entre dois elementos é apresentado na interseção entre a linha e a coluna dos mesmos. Essa matriz é útil para visualizar, de forma imediata, as potenciais correlações entre as variáveis.

642

Figura – 2: Exemplo de Matriz de Correlação – Africa. Fonte: produção própria ii) Dendograma, uma representação gráfica, em forma de árvore, das dissimilaridades entre variáveis estudadas. O eixo horizontal apresenta as variáveis em ordem conveniente de agrupamento. O eixo vertical apresenta os valores de dissimilaridade entre as variáveis. Assim, variáveis que se ligam no início do eixo vertical apresentam baixa dissimilaridade, ao o que variáveis que se ligam apenas no alto desse eixo apresentam alta dissimilaridade. Esse gráfico leva em consideração os padrões de comportamento da série de dados, uma vez que o gráfico formado representa as similaridades das variâncias dos indicadores, calculadas a partir do desvio padrão. Assim, duas variáveis com grande similaridade de variância podem possuir médias completamente diferentes, mas variabilidades com relação ao desvio padrão e a sua média semelhantes. Ao longo dos estudos, foram gerados dendogramas para as variáveis e para as cidades estudadas. Euclidean Dendrogram of LA 2.500

2.000

Dissimilarity

1.500

1.000

0.500

Porto Alegre

Quito

Puebla

Lima

Bogotá

Medellín

Montevideo

Object

Curitiba

São Paulo

Rio de Janeiro

México city

Guadalaraja

Santiago

Buenos Aires

Monterrey

Brasília

Belo Horizonte

0.000

Created: 03/14/13 19:31:53

Figura – 3: Exemplo de Dendograma – América Latina. Fonte: produção própria 643

iii) Análise de componentes principais (PCA), uma técnica estatística que transforma o conjunto de variáveis original em outro conjunto de variáveis, com mesma dimensão. Esse novo conjunto agrega as variáveis originais, através de combinações lineares, em componentes principais (geralmente 2 ou 3). A função dessas componentes principais é sintetizar o máximo de informação possível contida nos dados, facilitando sua interpretação.

Figura – 4: Exemplo de Análise de Componentes Principais - Asia. Fonte: produção própria As análises se basearam na comparação entre os gráficos gerados a partir dos dados de cada continente. RESULTADOS E DISCUSSÃO De uma maneira geral, levando em consideração todos os continentes estudados, alguns padrões podem ser percebidos: Nos continentes menos desenvolvidos economicamente, nota-se altas correlações do PIB com variáveis de consumo (água e energia), de geração de lixo e de emissão de CO2. Além da forte correlação com o PIB, essas variáveis também apresentam fortes correlações entre si. Observa-se, porém, que esse padrão não se repete na América do Norte e na Europa. Uma hipótese que poderia explicar esse padrão é a de que, em cidades menos desenvolvidas economicamente, grande parte do PIB é direcionada ao consumo de bens “básicos” (água, energia...) ao o que em cidades mais desenvolvidas economicamente, com essas variáveis já “garantidas”, a população a a consumir outros tipos de bens, mudando seu padrão de consumo. A relação inversamente proporcional do PIB com o número de trabalhadores indo trabalha em transportes públicos ou de bicicleta na Europa reitera essa hipótese. Apesar disso, a hipótese não pode ser confirmada pela falta de indicadores sobre padrões de consumo. Uma outra relação encontrada nos estudos que poderia reiterar essa hipótese é o descolamento do consumo energético no PIB: observou-se que, à medida que o PIB aumenta, a variável “Consumo Energético por Unidade do PIB” diminui em todos os continentes que apresentavam essas variáveis. Pode-se compreender esse comportamento como, em cidades 644

mais pobres, maiores porcentagens do PIB são direcionadas à eletricidade, um bem “básico” ao o que em cidades mais ricas, o PIB é direcionado a outros tipos de bens. Além dessa aparente mudança no padrão de consumo, o PIB desempenha papéis cruciais para a sustentabilidade urbana: observa-se uma tendência de correlação com variáveis de o e tratamento de fim de tubo (esgoto, resíduos) e variáveis de transporte público (e privado) e de funcionamento urbano (espaços verdes, perdas no sistema de abastecimento). Uma hipótese que pode ser levantada é a de que, à medida que se desenvolve economicamente, uma cidade lida melhor com seus impactos dentre de uma escala macro (a cidade como entidade), ao o que seus habitantes, individualmente, adquirem hábitos menos sustentáveis, mudando seu padrão de consumo. Vale lembrar que essa hipótese carece de comprovação estatística, pela falta de uma variável que traduza bem o padrão de consumo de uma população. Outra variável com padrões globais muito interessantes é a densidade. De uma maneira geral, a densidade parece estar fortemente relacionada ao PIB per capita, com exceção à Asia. Essa relações pode ser explicada pela “Vantagem Urbana” (ONU-Habitat, 2009) que seria a capacidade de aglomerações densas gerarem maior o potencial à serviços, educação e ao mercado de trabalho. A densidade parece se relacionar fortemente às variáveis de transporte. Ainda que as correlações sejam consideráveis para variáveis de transporte público e privado, os maiores valores são encontrados nas relações com o primeiro tipo. Esse padrão, junto com as fortes correlações encontradas entre as variáveis de transporte, parece indicar uma mudança de relação com espaço em cidade mais desenvolvidas (densas e populosas): á medida que as cidades se desenvolvem, as populações tenderiam a se locomover mais. Como as correlações encontradas são muito maiores com a densidade do que com a área das cidades, pode-se imaginar que essa mudança na relação com o espaço esteja associada a infraestruturas e/ou morfologias que facilitem o o aos transportes (público e privado), mais do que às distâncias dilatadas. As fortes correlações encontradas entre a densidade e o transporte público, parecem indicar as leis de escala de Bettencourt & West (2010). É provável que espaços mais densos otimizem a utilização de serviços de transporte público, tornando-os viáveis e, por isso, presentes. Ao longo de todos os continentes, é possível notar correlações fortes entre variáveis de impacto ambiental e variáveis de conservação ambiental (i.e.geração de resíduos e porcentagem de resíduos tratados). Uma hipótese que poderia explicar esse padrão seria uma relação causal entre o impacto gerado por uma sociedade e sua preocupação ambiental. Sociedades mais impactantes seriam também, as mais preocupadas com seus impactos. A observação global dos dendogramas de variáveis aponta os indicadores de “Área istrativa”, “População Total”, “PIB” e “Densidade” como as variáveis mais dissimilares, de uma maneira geral. Isso pode indicar um grau de independência desses indicadores. Essa hipótese levantaria a possibilidade de causalidade para as correlações encontradas para essas variáveis: uma vez que são as altamente dissimilares, é provável que essas sejam variáveis independentes. Outra observação interessante que se pode extrair dos dendogramas de variáveis de das análises de componentes principais é que nem sempre o agrupamento é feito com variáveis de boa correlação. Isso indica que elas podem não crescer ou diminuir no mesmo ritmo, mas podem variar da mesma forma. A análise dos dendogramas de cidades demostra algum nível de correlação espacial da incidência dos indicadores estudados, principalmente para os continentes Asia e América Latina. O cluster das cidades Sul-Africanas também emerge claramente no continente africano. 645

De uma maneira geral, as relações encontradas por Bettencourt e West (2010) não emergiram de maneira direta. Ainda que algumas leis de escala fiquem explícitas (transporte público, PIB) outras relações parecem subverter as regras encontradas pelos pesquisadores (população vivendo em assentamentos informais, o à água potável). Divergindo da teoria de Bettencourt & West (2010), as variáveis “PIB per capita” e “Densidade populacional” pareceram indicar melhor o comportamento das outras variáveis do que a população total. É válido reiterar que as regras de escalas encontradas por Bettencourt e West (2010) são regrar gerais e, obviamente, podem ocorrer outliers e variáveis específicas que fujam aos padrões, sendo necessário investigar melhor essas relações. Além disso, a abordagem metodológica realizada no presente estudo se difere da praticada por esses autores, o que pode nos levar a um novo prisma de entendimento sobre a dinâmica das cidades, relacionada a um contexto ambiental e à percepção do espaço. As variáveis de emissão de CO2 apresentaram, de uma maneira geral, fortes correlações inversas com as variáveis de transporte público, como era de se esperar. Uma outra interessante relação encontrada foi entre as variáveis de consumo (água, energia e geração de resíduos) e as variáveis de emissão de CO2, indicando uma mudança no padrão de consumo. Nota-se, também, correlações inversas com a densidade populacional para todos os continentes, que pode indicar uma maior eficiência de assentamentos mais compactos. Ao fim do estudo, é necessário levantar algumas recomendações: A escassez de indicadores coincidentes impossibilitou o desenvolvimento pleno do estudo, por isso, levanta-se a necessidade de obter uma base de dados mais completa e coerente. Ressalta-se a importância da presença de indicadores do padrão de consumo nessa base de dados, uma vez que esse indicador possibilitaria confirmar algumas hipóteses levantadas ao longo do estudo. As metodologias estatísticas utilizadas levam em conta relações lineares, apesar de possibilitarem reconhecer regras de escala e algumas propriedades emergentes. Entendendo o caráter complexo das cidades, faz-se necessário realizar pesquisas nessa linha, porém empregando metodologias estatísticas não-lineares. CONCLUSÕES Concluí-se que o processo de urbanização engendra uma processo complexo de geração de impactos ambientais. Em algumas instâncias, a cidade parece otimizar suas dinâmicas, levando a menores impactos ambientais e, em outras, a urbanização parece levar a maiores impactos ambientais. Reitera-se, então, a importancia de aplicar mais metodologias matemáticas e de análise de dados na busca pelo reconhecimento desses comportamentos. As análises urbanas devem, também, levar em consideração o caráter complexo das cidades.. REFERÊNCIAS AGÊNCIA DE ECOLOGIA URBANA DE BARCELONA. "Urbanismo Ecológico". Material do curso de Urbanismo Ecológico da Universidade Autònoma de Madrid. Não Publicado. 2012 ALBERTI, M. "The efectcs of urban patterns on ecosystem funcion". International regional science review. Abril, 2005 BETTENCOURT, L. et all. “Growth, innovation, scaling, and the pace of life in cities”. PNAS, Vol. 104, No. 17. April, 2007 BETTENCOURT, L. M. A. & WEST G. B. . “An Unified Theory of Urban Living”, in Scientific American, Vol. 467, No. 3, October 2010 646

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648

I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

ESTUDO DA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DE REATOR DE CAVITAÇÃO HIDRODINÂMICA PARA O AQUECIMENTO CONTROLADO DE LÍQUIDOS MARCELO SANTOS¹, REINALDO GIUDICI² 1 2

Mestrando,Universidade de São Paulo, Depto. Eng. Química, (11)30912280, [email protected] Doutor, Universidade de São Paulo, Depto. Eng. Química, (11) 30912280, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Dentre inúmeros métodos disponíveis para o aquecimento de fluidos, reatores baseados no fenômeno da cavitação hidrodinâmica figuram como sendo de especial interesse à indústria dada sua capacidade em produzir um aquecimento homogêneo no líquido, dispensando superfícies de aquecimento e com bons rendimentos energéticos. Esse tipo de equipamento baseia-se na conversão de energia elétrica em energia mecânica de rotação para incitar a nucleação e implosão de bolhas de vapor no meio. Em determinadas condições, o trabalho líquido da implosão destas bolhas pode ser positivo, propagando ondas de choque de elevadas densidade energéticas que resultam em um aumento significativo da temperatura. Neste trabalho procurou-se quantificar a eficiência do aquecimento produzido em um reator de cavitação, do tipo rotor-estator, utilizando calorimetria e um balanço energético global do sistema. Foram estabelecidas correlações entre as principais variáveis operacionais, como rotação e vazão, e o aquecimento observado, permitindo a criação de um modelo matemático do processo. A partir deste modelo, as condições operacionais ótimas foram determinadas, para as quais o reator demonstrou ser eficaz na conversão de energia elétrica em térmica, apresentando rendimentos da ordem de 90%. Esses dados confirma o potencial de utilização do equipamento para o aquecimento de líquidos, especialmente em processos onde se deve procurar eliminar a existência de gradientes de temperatura e superfícies de aquecimento. PALAVRAS–CHAVE: Cavitação hidrodinâmica, Tratamento de Efluentes, Eficiência Energética

ENERGY EFFICIENCY STUDY OF HYDRODYNAMIC CAVITATION REACTOR FOR CONTROLLED HEATING ABSTRACT: Among several methods available for heating liquids, reactors based on the phenomenon of hydrodynamic cavitation are listed as being of special interest to the industry given its ability to produce a homogenous heating of the liquid, dispensing heating surfaces and with good energy yields. This type of equipment is based on the conversion of electrical energy into rotational energy to incite nucleation and implosion of vapor bubbles in the liquid processed. Under certain conditions, the net work of the implosion of these bubbles can be positive, leading to the propagation of energetic shock waves that results in a significant increase in the temperature. In this work we aimed to quantify the effectiveness of heat production in a cavitation reactor, rotor-stator type, using calorimetry and overall energy balance of the system. Correlations were established between the main operating variables, such as rotational speed and flow, and the observed warming, allowing the creation of a mathematical model for the process. Based on this model, the optimal operating conditions were determined, for which the reactor was effective in converting electrical energy into heat, with yields on the order of 90%. These data confirms the potential use of the equipment for heating of liquids, especially in cases where the elimination of temperature gradients and heating surfaces are important. KEYWORDS: Hydrodynamic Cavitation, Heating Method, Energy Efficiency

649

INTRODUÇÃO A literatura apresenta inúmeras definições para o fenômeno da cavitação, mas, de forma bastante prática, o fenômeno consiste na nucleação de bolhas em um líquido quando a pressão deste é reduzida a valores abaixo da pressão de vapor. vapor. Aqui cabe uma distinção importante da cavitação e da ebulição, desenvolvida a partir de um diagrama de fases da água, ilustrado na FIGURA 1.

Figura 14 - Diagrama de fases da água Neste diagrama constam dois caminhos termodinâmicos termodinâmicos distintos A → B, e A → C, cavitação e ebulição, respectivamente. É fácil observar que o caminho (A → C) é isobárico, onde a água a ao estado vapor somente por elevação da temperatura. Diferentemente, no caminho (A → B), a formação mação da fase vapor ocorre devido a uma redução da pressão para níveis abaixo da linha de saturação. Essa distinção representa a noção primordial acerca do fenômeno. Diversas técnicas e equipamentos foram desenvolvidos nos últimos anos com o intuito de produzir produzir este efeito de redução da pressão do líquido abaixo da curva de saturação, variando desde o uso de dispositivos restritivos que reduzam a pressão do escoamento (p. ex. injetores tipo Venturi), até ao uso de sofisticados indutores de ultrassom. Uma vezz formadas as bolhas, estas e o líquido envolvente constituem assim um sistema bifásico, onde a pressão interna contrapõe-se contrapõe se à pressão externa e à atuação da tensão superficial na interface. A modelagem desse sistema ainda representa um desafio a pesquisadores, pesquisad sendo o atual modelo mais aceito para a previsão do comportamento da bolha aquele conhecido por modelo de Rayleigh-Plesset Plesset (Plesset e Prosperetti, 1977). Tipicamente, a dinâmica das cavidades apresenta um comportamento oscilatório de caráter adiabático adiabático durante a compressão e isotérmico durante a expansão, de modo que o trabalho líquido gerado pelas bolhas pode ser expresso pela quantificação do trabalho referente a cada uma dessas fases (Flynn, 1964). Com base no estudo termodinâmico do fenômeno (Vichare (Vichare et al., 2000) é possível demonstrar que, durante a cavitação, a energia é concentrada em espaços muito diminutos, mas em milhões de localidades no interior do líquido, sendo esta posteriormente liberada na forma de ondas de choque de elevadas densidades densidad energéticas Neste trabalho, os efeitos macroscópicos dessa dissipação energética foram observados e quantificados em um reator de cavitação hidrodinâmica, permitindo constatar a eficácia do fenômeno da cavitação na dissipação da energia mecânica com liberação liberação de energia térmica, resultando em um aquecimento do líquido, no presente caso, água. Alguns estudos estimam temperaturas locais da ordem de 5.000 K no momento do colapso da cavidade (McNamara, ( 1999), ilustrando a intensidade do fenômeno. 650

MATERIAL E MÉTODOS Neste trabalho foi estudada a conversão da energia mecânica útil, obtida a partir de um motor elétrico, em energia térmica. Essa conversão ocorre devido às características do reator de cavitação estudado, as quais propiciam a nucleação e subsequente subsequente implosão de bolhas em seu interior, mediante um processo puramente mecânico.·. Conforme mencionado, essas bolhas, ao implodirem, liberam significativas quantidades de energia ao meio, permitindo o aquecimento do líquido. Esse aquecimento foi quantificado quantific e posteriormente comparado com a potência mecânica útil disponível ao reator, permitindo o cálculo do seu rendimento. Uma vez que o aquecimento observado varia em função das condições operacionais do equipamento, a saber, rotação e vazão, foram realizadas realiza regressões múltiplas dos dados coletados com o intuito de correlacionar o efeito dessas variáveis no rendimento energético. A partir deste tratamento matemático, foi também possível definir as condições operacionais ótimas, para as quais se observa uma maior liberação de energia ao meio à custa de menos potência fornecida ao reator. Conhecidos na indústria pelo termo High Speed Homogeneizers (HSH), ou homogeneizadores de alta velocidade, esses equipamentos assemelham-se assemelham se em suas operações pela presença de um conjunto rotor-estator, rotor estator, através do qual o líquido é submetido a intensas rotações, vórtices, forças cisalhantes, turbulência e abruptas reduções de pressão, desencadeando a nucleação e implosão de bolhas (Gogate et al., 2001). Neste trabalho, utilizou-se se um reator de cavitação do tipo HSH (sob processo de patente), que opera acoplado a um motor elétrico trifásico, 220 V, de 18.5 kW de potência, comandado por um inversor de frequência para o controle da rotação imposta ao rotor. Ambos, rotor e estator, na forma de discos com ranhuras em baixo relevo, possuem rebaixos idênticos uniformemente espaçados e distribuídos ao longo dos perímetros. Essa configuração, juntamente com a rotação, cria um efeito de ruptura do meio líquido contínuo e redução da pressão pressão do líquido, desencadeando a nucleação de bolhas. O equipamento opera em uma faixa de vazão de 0,3 a 0,9 m³/h e a rotação imposta entre 3000 e 3500 RPM. Uma observação pertinente do seu funcionamento é a noção de que quanto maior for a rotação aplicada, maior maior será a potência requerida. Da mesma forma, para vazões maiores, a potência é automaticamente aumentada de modo a ar a carga ante. A quantificação desses efeitos constitui parte desse estudo. Para a realização dos testes utilizou-se utilizou um circuito to fechado contendo o reator (HSH), medidores em linha (vazão, temperatura e pressão) e tanques distintos para alimentação e retorno da água processada no reator, conforme apresentado na FIGURA 2.

Figura 2 - Esquema da planta de testes (V – válvulas , T – termopares, P – manômetros, LT – Displays para leitura da temperatura, HSH – reator de cavitação hidrodinâmica do tipo rotorrotor estator comandado pelo inversor de frequência) 651

Desta forma foi possível monitorar a temperatura de entrada e saída da água no reator, termopares T1 e T2 respectivamente, em função das condições operacionais, no caso, rotação e vazão. Optou-se pela não pressurização da água na tubulação, sendo os efeitos da variação da pressão do escoamento objeto de um estudo posterior. Através do inversor de frequência, conectado a um computador (PC) com software específico do fabricante, foram coletados os valores de amperagem e voltagem entregues ao motor para os cálculos de potência. Em cada teste, manteve-se fixa a rotação e a temperatura de entrada (T1), estabelecida em cerca de 20 °C, variando somente a vazão no reator (controlada pela válvula Ve da FIGURA 2). Após um tempo, necessário para estabilização da vazão e da temperatura, os valores de temperatura de saída (T2), amperagem e voltagem para aquela vazão foram coletados e organizados, conforme a Tabela 1. Foram conduzidos testes com as seguintes rotações 3000, 3100, 3200, 3300, 3400 e 3500 RPM, para cada qual foram coletadas cerca de 60 leituras de vazão, temperaturas, amperagem e voltagem. Tabela 1 - Exemplo da organização dos dados coletados (teste a 3000 RPM ) Vazão (m³/h) T1 (°C) T2 (°C) ∆ T (°C) I (Amperes) U (Volts ) 0,466 0,55 0,536 0,69 0,692 0,773 0,776 0,875 0,88

20,3 19,9 19,9 19,9 19,9 20,1 20,1 20,2 20,2

41,3 38 38,3 36 35,7 34,5 34,5 33,7 33,6

21 18,1 18,4 16,1 15,8 14,4 14,4 13,5 13,4

49,9 51,2 51,6 55,7 55,4 57,1 56,9 59,2 59,3

182 181 181 181 181 183 181 182 183

Com o intuito de quantificar o rendimento do reator e construir um modelo matemático da operação, os dados coletados foram tratados usando regressões múltiplas, permitindo correlacionar as variáveis de processo, rotação e vazão, e os valores observados de variação da temperatura e da potência mecânica útil entregue pelo motor. Para o cálculo da potência a Equação 1 foi utilizada. ò6 = ó√3 cosö ∙ ¡ ∙ ø

(1)

Onde ó é o rendimento do motor (ó = 0,915, o fator de potência é dado por ( cosö = 0,87 , U é a tensão no motor e I é a corrente. Com os dados da Tabela 1, é fácil notar que o acréscimo de temperatura (∆ T = T2 – T1) é menor para vazões maiores. Contudo, essa elevação da temperatura é maior quanto maior for a rotação aplicada ao rotor. Desta forma, os valores observados de ∆T foram plotados em função dos respectivos valores de rotação (Rot) e vazão (v), de onde se obteve um polinômio interpolador de primeiro grau em relação à rotação e, de segundo grau, em relação à vazão. O polinômio responde acuradamente em comparação aos dados observados (R² = 0,9921, FIGURA 3). Sua forma obtida é descrita pela seguinte função (Equação 2.). ∆= @m , Q = −60,08 + 0,03186 ∙ @m + 32,62 ∙ Q − 0,02493 ∙ @m ∙ Q + 19,79 ∙ Q ;

(2)

652

Onde @m é a rotação do motor em RPM, Q é a vazão em m³/h , e ∆T a diferença de temperatura (°C).

Figura 3. Polinômio interpolador dos dados de variação da temperatura em função da rotação e vazão O mesmo tratamento de dados foi feito para a potência útil (calculada aplicando a Equação 3) com os dados coletados de amperagem e voltagem). Desta vez obteve-se um plano interpolador, ou seja, a potência útil comporta-se linearmente em relação a variações na rotação e na vazão. O resultado da interpolação é. ò6 @m , Q = −24,63 + 0,01125 ∙ @m + 9,52 ∙ Q

(3)

Onde @m é a rotação do motor em RPM, Q é a vazão em m³/h , e Pu é a potência útil em kW Essa regressão também apresenta excelente ajuste com os dados observados, conforme mostrado na FIGURA 4, com R² = 0,9942.

Figura 4. Plano interpolador da potência útil em função da rotação e da vazão itindo a densidade da água como sendo de 997 kg/m³ e o calor específico de 4,184 J / kg.K, a potência de aquecimento é obtida a partir da equação calorimétrica ( Equação 4.), como segue. 653

Ö = ∙ X( ∙ ∆= ¨ ù ª

(4)

Onde Q é a energia para aquecimento, em J, é a massa a ser aquecida, em Kg, X( é o calor específico a pressão constante, em J / kg.K, e ∆T a diferença de temperatura, em °C. Diferenciando-se a Equação 4. em relação ao tempo obtem-se uma nova equação que define a taxa de energia, ou potência (Equação 5). ∆ú = û ∙ X( ∙ ∆= = ρ ∙ Q ∙ X( ∙ ∆= ¨ ü ª

(5)

Onde ∆ú é a potência de aquecimento, em Watts, û é a vazão mássica e ρ é a densidade da água em Kg/m³. A Equação (6) é obtida substituindo o polinômio definido pela Equação 2. ∆ú = 1,1587 ∙ Q ∙ ∆= @m , Q ¨ ü ª

(6)

O rendimento do reator de cavitação é então calculado como sendo a razão entre a potência de aquecimento e a potência mecânica útil, esta última dada pela Equação (3), isto é. @* @m , Q = 1,1587 ∙ Q ∙ ∆= @m , Q ⁄ ò6 @m , Q

(7)

Onde @* representa o rendimento do equipamento para conversão de energia mecânica em térmica. Substituindo na equação (7) os polinômios obtidos para ∆= e ò6 , respectivamente Equações (2) e (3), obtém-se a função rendimento ( Equação 8). @* @m , Q =

:.:<þ8∙57∙9¼<.þ∙9 / :.:;­­∙57∙9 / ¼;;.<:þ∙9 þ.þ8€þ∙9 :.:88;∙57¼.;∙9;€.þ<

(8)

A curva na FIGURA 5. apresenta essa função rendimento em função da rotação e da vazão.

Figura 5. Curva rendimento em função da rotação e da vazão 654

RESULTADOS E DISCUSSÃO Analisando a curva de rendimento é possível constatar a existência de uma região de máximo que evolui em função da rotação. Desta forma, existem vazões ótimas que podem ser determinadas diferenciando a função Rendimento em relação à vazão, o que está expresso na Equação (9).

9



:.:<þ8∙57∙9¼<.þ∙9 / :.:;­­∙57∙9 / ¼;;.<:þ∙9 þ.þ8€þ∙9 :.:88;∙57¼.;∙9;€.þ<

=0

(9)

A partir da solução da Equação (9) tem-se uma curva que representa essas vazões ótimas (v*) em função de diferentes rotações. A Equação (9) foi resolvida numericamente e os resultados obtidos estão mostrados na FIGURA 6.

Figura 6. Vazão ótima em função da rotação Essa função é bem representada pelo seguinte polinômio de terceiro grau. Q ∗ = 1,046 ∙ 108: ∙ @m < − 1,096 ∙ 10þ ∙ @m ; + 0,003862 ∙ @m − 3,97

(10)

Em que Q ∗ é a vazão ótima.

Adotando a rotação máxima permitida no equipamento, de 3500 RPM, calculou-se, a partir das equações (2), (3), (6), (8) e (10), os seguintes resultados, mostrados na Tabela 2. Tabela 2. Valores para 3500 RPM em vazão ótima Rot (RPM)

v* (m³/h)

∆T (°C)

∆E (kW)

Pu (kW)

Rend (%)

3500

0,605

25,62

17,96

20,51

87,6

O valor de ∆T previsto na Tabela 2. é satisfatoriamente próximo àquele observado durante os experimentos para essa vazão, da ordem de 25,5°C , demonstrando, assim, a validade do modelo proposto. Para o caso específico da Tabela 2 e, considerando o volume útil do reator de 0,77 litros, a densidade energética do reator (D) é então dada pela Equação 11. p = 23,3 MW/m³.

(11) 655

Levando em consideração a eficiência do motor elétrico utilizado (da ordem de 79,6%), então a eficiência do reator é, considerando energia elétrica sendo convertida em energia mecânica para geração de cavitação e, por fim o aquecimento do líquido, de cerca de 70%. Esse valor é consideravelmente maior em comparação com outros equipamentos do tipo HSH, para os quais a literatura apresenta rendimentos da ordem de 25% (Gogate et al., 2001). A partir dos resultados apresentados, observa-se que, para cada nível de rotação empregado, existe uma vazão ótima neste reator capaz de aumentar o rendimento ao máximo. A razão da existência desses pontos ótimos deve-se ao fato de que quanto maior a vazão, maior é a velocidade do escoamento no interior do reator e mais intenso será o fenômeno da cavitação. Essa relação entre velocidade do escoamento e intensificação do fenômeno é mensurada a partir do uso de um adimensional conhecido por Número de Cavitação, (equação (12)) (Brennen,1995). Segundo a sua definição, a nucleação e implosão de bolhas será mais intensa quanto menor for o seu valor, sendo este proporcional ao inverso do quadrado da velocidade do escoamento (V). Xk =

((

» / /

(12)

Onde Ca é o adimensional Número de Cavitação, p é a pressão do meio, R9 é a pressão de vapor, P é a densidade e ? é a velocidade do escoamento. Apesar deste efeito de intensificação da cavitação, elevadas vazões significam um menor tempo de residência e um maior volume de carga no interior do equipamento, consequentemente, maior deve ser a potência entregue a ele para garantir a rotação estabelecida. Esse aumento da potência requerida, juntamente com a redução no tempo de residência, contrapõe-se à intensificação da cavitação, representando uma queda do rendimento, conforme estabelece a superfície mostrada na Figura 5. Esse fato deve também ocorrer em demais reatores do tipo HSH que trabalham acoplados a motores elétricos, sendo que a metodologia aqui descrita pode ser facilmente aplicada para a determinação das condições operacionais ótimas desses equipamentos. No que se refere ao efeito da rotação, observa-se que a sua elevação permite ao equipamento trabalhar em uma vazão ótima maior, o que pode ser explicado também pelo adimensional número de cavitação uma vez que para maiores rotações tem-se uma maior velocidade angular do fluido no interior do reator e, consequentemente, uma maior intensificação do fenômeno. Interessante constar que um aumento da rotação também implica em um aumento da potência requerida, conforme Equação 3. Contudo, na faixa de operação do equipamento, sempre existirá uma vazão ótima que pode ser estabelecida de modo que o ganho com a intensificação da cavitação supere o impacto negativo de aumento da potência requerida, resultando em um incremento sempre positivo no rendimento energético em função da rotação (FIGURA 6.) A partir desses conceitos observa-se que a vazão influencia o rendimento energético do equipamento uma vez que o seu valor altera três variáveis importantes ao processo: tempo de residência, potência útil e Número de Cavitação. A Tabela 3 a seguir sumariza as operações otimizadas para diferentes rotações, permitindo observar o efeito da vazão nessas variáveis mencionadas anteriormente.

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Tabela 3. Resumo das variáveis em vazões ótimas Rot (RPM) v* (m³/h) ∆ T (°C) ∆ E (kW) 3000 0,576 17,77 11,86 3100 0,586 19,31 13,10 3200 0,593 20,87 14,33 3300 0,598 22,44 15,55 3400 0,602 24,01 16,76 3500 0,605 25,62 17,96

Pu (kW) 14,60 15,82 17,01 18,18 19,35 20,51

Rend (%) 81,24 82,86 84,27 85,51 86,60 87,60

t º (s) 4,81 4,73 4,67 4,63 4,60 4,57

Ca 995,28 962,99 940,02 923,51 911,07 900,61

A última coluna da Tabela 3, (Ca), consiste no Número de Cavitação mensurado na entrada do equipamento, onde a velocidade do escoamento foi calculada para a área da tubulação, de 2,54 cm de diâmetro, à pressão ambiente e tomando-se a pressão de vapor da água de 2317,67 Pa, referente à temperatura de 20°C. Obviamente o Número de Cavitação deverá alterar-se sensivelmente no interior do equipamento em razão de diferentes campos de velocidade e pressão aos quais o escoamento é submetido. Outra fonte de alteração do adimensional é a pressão de vapor. Uma vez que a temperatura da água se eleva à medida que esta avança dentro do reator, a pressão de vapor também se eleva o que implica em uma redução do Número de Cavitação e uma consequente intensificação do fenômeno. Os valores indicados na tabela servem para ilustrar a relação deste adimensional com as vazões ótimas. Sobre a variável tempo de residência (t º ), percebemos que os valores de vazão ótima implicam em tempos de residência da ordem de 4,6 a 4,8 segundos. Esse tempo ótimo pode ser entendido como sendo aquele que permite maximizar o aquecimento do fluido carregando o motor elétrico o menos possível. Finalmente, podemos estabelecer a seguinte relação entre as principais variáveis operacionais do reator para uma dada rotação. ↑ Q ∶ ↓ Δ T ∶ ↑ Δ E ∶ ↑ Pu ∶ ↓ t º ∶ ↓ Ca 13

Sendo Ca o adimensional Número de Cavitação e t º o tempo de residência.

Ou seja, elevações na vazão implicam em menores diferenças de temperatura, maiores potências de aquecimento, maiores potências úteis, menores tempos de residência e menores Número de Cavitação. Este trabalho demonstrou que essa relação entre as variáveis resulta em pontos ótimos de operação, onde o rendimento do reator, definido pela razão Δ E/Pu, é maximizado. CONCLUSÕES Com os dados obtidos nesse estudo é possível verificar a eficácia em converter energia mecânica em térmica, mediante a liberação da energia aprisionada em bolhas formadas pelo processo da cavitação. Essa técnica de aquecimento encontra especial interesse na indústria uma vez que o líquido pode ser aquecido de forma homogênea, contínua e controlada através de um, ou mais reatores, facilmente instalados nas tubulações. Conforme apresentado, o aquecimento gerado depende da vazão imposta que, uma vez fixada, deverá repercutir em uma elevação exata da temperatura do líquido na saída do equipamento. Esse fato é importante uma vez que montagens em série e em paralelo desses reatores podem ser construídas de modo a otimizar o aquecimento de líquidos, principalmente em linhas de bombeamento. Outra contribuição importante deste trabalho é a descoberta de vazões ótimas no reator, vazões essas que produzem um maior aquecimento com um menor consumo energético. Foi demonstrada que a existência dessas vazões ótimas pode ser explicada com auxílio dos 657

conceitos de tempo de residência, potência útil do motor e do adimensional Número de Cavitação. Foi possível, também, constatar que existe uma relação de segunda ordem entre a elevação da temperatura e a vazão, enquanto que entre essa elevação e a rotação, a relação existente é de primeira ordem. Interessante notar que a intensidade da cavitação também guarda uma relação de segunda ordem com a vazão, conforme a definição do adimensional número de cavitação. Por último, vale ressaltar o potencial existente para o desenvolvimento e aperfeiçoamento desse tipo de reator, capaz de aquecer líquidos homogeneamente, dispensando superfícies de aquecimento (as quais podem danificar o produto), facilmente instalados em linhas de bombeamento e que podem ser controlados precisamente a partir da vazão processada. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS C.E. Brennen,Cavitation and Bubble Dynamics (Oxford Univ. Press, 1995). Flynn, H. G. 1964 Physics of acoustic cavitation in liquids. In Physical acoustics (ed.W. P. Mason), vol. IB, p. 157. New York: Academic. Gogate, Parag R; Irfan Z. Shirgaonkar; M. Sivakumar, P. Senthilkumar; Nilesh P. Vichare, ; Aniruddha B. Pandit. Cavitation Reactors: Efficiency Assessment Using a Model Reaction, November 2001 Vol. 47, No. 11 AIChE Journal Gogate, P. R., and A. B. Pandit. Engineering Design Methods for Cavitation Reactors I: Sonochemical Reactors, AIChE J., 46, 372 2000a. Gogate, P. R., and A. B. Pandit. Engineering Design Methods for Cavitation Reactors II: Hydrodynamic Cavitation Reactors, AIChE J., 46, 1641 2000b. Moholkar, V. S., and A. B. Pandit. Bubble Behavior in Hydrodynamic Cavitation: Effect of Turbulence, AIChE J., 436., 1641 Z1997. Plesset, S M.;Prosperetti, A. Bubble Dynamics and Cavitation, Ann.R ev. FluidMech 1.977.9 :145-8 1977) Senthilkumar, P., and A. B. Pandit. Modelling Hydrodynamic Cavitation, Chem. Eng. Tech., 22, 1017 Z1999. Suslick, K. S., M. M. Mdleleni, and J. T. Reis. Chemistry Induced by Hydrodynamic Cavitation, J. Am. Chem. Soc., 119, 9303 1997. Vichare, Nilesh P. ; Senthilkumar, P. ; Moholkar, Vijay S. ; Gogate, Parag R. ; Pandit, Aniruddha B. (2000) Energy analysis in acoustic cavitation Industrial & Engineering Chemistry Research, 39 (5). 1480–1486. ISSN 0888-5885 McNamara, W. B. III, Didenko, Y. T. & Suslick, K. S. Sonoluminescence temperatures during multibubble cavitation. Nature 401, 772–775 (1999).

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

INOVAÇÕES TECNOLÓGICAS NO SETOR DE TELECOMUNICAÇÕES E SUAS INFLUÊNCIAS NOS RESULTADOS DAS EMPRESAS LUIZ FERNANDO TABOADA Especialista; Universidade Federal Fluminense - UFF; Tels: 21 2621-8481 e 21 9982-0291; E-mails: [email protected] e [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Este trabalho se propõe a um estudo teórico e prático, tendo como pano de fundo a influência das novas tecnologias no mercado das telecomunicações. Serão considerados no contexto do mesmo, dois outros mundos paralelos e que hoje caminham na mesma linha de convergência, a radiodifusão e a Internet. Os objetivos principais são a apresentação da importância, cada vez mais relevante do conceito de valor, a sinalização da necessidade de mudança nos modelos de negócio existentes na atualidade devido à convergência tecnológica, ao crescimento da concorrência e das características de prestação dos serviços. Serão demonstradas como as inovações no setor têm afetado preliminarmente os resultados econômicos e financeiros das empresas do setor neste novo cenário tecnológico e regulatório, além de estabelecer comparações com as principais empresas de telecomunicações no mundo. As informações utilizadas no presente trabalho se referem aos três maiores grupos empresariais no Brasil, ou seja, Telefonica/VIVO, Embratel/Claro/NET e OI. PALAVRAS–CHAVE: Inovações, Telecomunicações, Convergência.

TECHNOLOGICAL INNOVATIONS IN THE TELECOMMUNICATIONS SECTOR AND ITS INFLUENCES ON RESULTS OF COMPANIES ABSTRACT: This article proposes a theoretical and practical study, having as background the influence of new technologies in the telecommunications market. Will be considered in the same context, two other parallel worlds which now walk the same line of convergence, broadcasting and the Internet. The main objectives are the importance presentation, each time more relevant of value concept, the signalization the need for change in business models existing today due to technological convergence, the growing competition and the characteristics of providing services. It will be demonstrated how innovations in the industry have affected preliminary the results economic and financial sector companies in this new technological and regulator scenario, besides establishing comparisons with the leading telecommunications companies in the world. The information used in this paper refers to the three largest business groups in Brazil, Telefonica/VIVO, Embratel/Claro/NET and OI. KEYWORDS: Innovations, Telecommunications, Convergence.

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INTRODUÇÃO Hoje em dia, as instituições necessitam se adaptar a uma nova dinâmica tecnológica para que possam sobreviver economicamente em um mercado com opções mais competitivas, onde as inovações ocorrem rapidamente, representando um constante sentido de urgência aos provedores de serviços, em especial, aqueles ligados ao setor de telecomunicações. Atualmente, com mais de um século de avanços tecnológicos na área, é possível traçar um panorama com mais clareza e detalhes sobre o impacto gerado nas organizações e na sociedade. A compreensão de como a tecnologia e todo seu potencial criativo e evolutivo transforma pessoas, processos e organizações é um requisito obrigatório no sentido da harmonização de trajetórias tão complexas. As telecomunicações se caracterizaram em todo o mundo, até o final dos anos 70, pela exploração de um único serviço, a telefonia fixa, operando em regime de monopólio, público ou privado. Com o advento dos anos 80, as ondas liberalizantes da economia acabaram por influenciar decisivamente o segmento das telecomunicações. O surgimento de novos produtos e serviços, em especial a telefonia móvel celular e a possibilidade de seleção da operadora interurbana e/ou internacional para completar ligações telefônicas contribuiu significativamente para o processo de abertura do mercado. Já a década de 90 se caracterizou pela abertura irreversível do mercado, através de processos de privatizações das empresas de telecomunicações estatais que foram cedidas à iniciativa privada após a realização de leilões. Novas autorizações também foram fornecidas pelas agências reguladoras a entidades que se credenciaram a prestar os serviços em regime de plena competição segundo as leis e regulamentos vigentes. Em paralelo a todo este movimento, a evolução tecnológica manteve o seu ritmo de desenvolvimento, cada vez mais a os largos e acelerados. O advento da Internet, na mesma década de 90, deu margem ao surgimento de novos prestadores de serviços que começaram a explorar um mundo novo de possibilidades com uma diferença fundamental que foi a total independência em relação aos órgãos reguladores governamentais. O novo século se inicia com a proposta de digitalização completa das redes (voz, dados, televisão), possibilitando então a oferta dos serviços através de uma única plataforma, definição clássica de convergência tecnológica. Este processo implicou em dois desdobramentos naturais decorrentes, a convergência regulatória e a convergência empresarial. Atualmente a convergência tecnológica é, sem sombra de dúvida, uma realidade, pois o usuário tem a necessidade de movimentar-se fisicamente dentro do meio em que vive e de interagir com o aplicativo ou serviço que lhe é prestado. As novas gerações de sistemas de comunicação utilizam, cada vez menos, fios em suas conexões e preveem a integração de diversos sistemas heterogêneos já existentes, ados por uma plataforma capaz de, transparentemente, entregar a usuários uma ampla gama de serviços com a finalidade de permitir sua comunicabilidade e o à informação. Segundo WILD (2006), a convergência tecnológica tem uma definição mais ampla, uma vez que não se restringe a uma questão de natureza técnica, mas também de desenvolvimento, pois possui diferentes significados de acordo com objetivos, interesses e papéis das diversas partes envolvidas, como o governo, os decisores políticos, os reguladores, a sociedade civil, o setor privado e os clientes. Todas estas transformações que vêm se sucedendo no setor de telecomunicações foram potencializadas pelas inovações tecnológicas (redes, serviços, terminais) e têm produzido uma desestabilização nos modelos de negócio tradicionais, pois afetam diretamente e de forma significativa as principais fontes de receitas das empresas. 660

A visão das instituições para enfrentar este processo tecnológico evolutivo está baseada na criação do conceito de agregação de valor a seus produtos e serviços oferecidos ao mercado, para que o mesmo não busque alternativas de atendimento, como a Internet ou a concorrência já que o sistema de monopólio estatal nesta área não é mais recomendado. Outro ponto importante a explorar é o aprofundamento das transformações empresariais, agora muito mais necessárias e constantes para que as organizações possam estar aderentes a este novo paradigma tecnológico. MATERIAL E MÉTODOS As Transformações Tecnológicas e Regulatórias O segmento de telecomunicações está ancorado, nos dias de hoje, por uma tecnologia digital e orienta-se economicamente através da prestação de serviços. Seu funcionamento institucional é baseado, na maioria dos países, no regime de concorrência, caracterizando-se atualmente pela sua inserção em um sistema de “incertezas”, devido à instabilidade de sua modelagem de negócios, projetando o futuro como um desafio permanente. Todo este processo evolutivo pode ser percebido através do diagrama representado na figura 1, onde os principais marcos tecnológicos são pontuados ao longo de quase cento e cinquenta anos de desenvolvimento tecnológico. Convergência e Consolidações 10

Nasce o primeiro padrão 00 Rompimento da Bolha de REGIME DE ESTABILIDADE moderno de comunicação Crescimento Tecnológico (eletromecânico) celular, o AMPS. Quebra do 90 A Internet se torna comercial e Monopólio da AT&T Econômico (monoproduto) 80 explode a Hipercommunications. Institucional (monopólio) O surgimento da TVD e a A indústria de mainframes se consolida. multiplicação do celular. Surgem os primeiros projetos de redes 70 Nasce a Arpanet. Inventada a de computadores. Surge o serviço 0800 comunicação celular 60

Aparecem o 1º Computador, o Transistor e o PCM (Pulse Code Modulation) A indústria se consolida com a tecnologia de transmissão sem fio, nasce o rádio 30

40

50

A indústria de semicondutores se consolida, surge o 1º CI e o primeiro computador comercial

Modernização dos sistemas de transmissão. Aparecem o FM e a TV

REGIME DE INCERTEZAS Tecnológico (digital) Econômico (orientado a serviço) Institucional (concorrência)

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Século Retrasado

Nasce a Indústria de Telecom. com o Telégrafo e a Telefonia

Figura 1 – Marcos Tecnológicos. Fonte: http://www.telecomuff.com Segundo BEZZINA e TERRAB (2005), a doutrina regulamentar tradicional tem sido posta em cheque, considerando a velocidade das mudanças tecnológicas e o fenômeno da convergência. Com o advento das redes de pacotes comutados, do surgimento do Internet Protocol (IP) e da expansão do serviço móvel, os órgãos reguladores têm encontrando grandes desafios para responder a inovações, ajustando os marcos regulatórios e de legislação. À primeira vista, esta tendência tecnológica emergente é susceptível de afetar as principais questões regulatórias (interconexão, licenciamento, regulação de preços, gestão do espectro, numeração, questões de segurança e as obrigações de serviço universal). Em última análise, os próprios limites e fundamentos do paradigma regulamentar global deverão ser contestados por esta dinâmica tecnológica.

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A necessidade de um novo paradigma é ainda mais significativa em países desenvolvidos, devido às oportunidades de saltar tecnologias e de se criar atalhos para mudanças regulatórias. No Brasil, a proposta de reorganização da Agência Nacional de Telecomunicações foi aprovada em abril de 2013, baseada na modernização de sua estrutura, adequando-a a convergência tecnológica, a divisão de competência por processos e não mais por serviços. A estrutura da agência permanecia basicamente inalterada desde a data da sua criação, em 1997. A quantidade de serviços de telecomunicações em funcionamento no Brasil nestas mesmas épocas é apresentada pela tabela 1. Tabela 1 – Dados de Serviços de Telecomunicações no Brasil ANATEL Criação - 1997 2012 Crescimento % Serviço Fixo 17 milhões Serviço Fixo 44 milhões 159% Serviço Móvel 4,5 milhões Serviço Móvel 261 milhões 5700% Banda Larga ____ Banda Larga 85 milhões ___ TV por 2,5 milhões TV por 16,2 milhões 548% Fonte: http://www.anatel.gov.br/Portal/documentos/sala_imprensa/4-5-2012 A evolução tecnológica orientada pelo princípio da convergência já projeta para os próximos anos uma forte redução da quantidade de linhas telefônicas fixas em funcionamento, devido à migração do serviço fixo tradicional para o serviço móvel e a consequente devolução das linhas convencionais. A figura 2, apresentada a seguir, caracteriza de forma contundente este cenário. x 106 250 225 200

193

192

189

183

178

175 167

175

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163 153

150

150

144

139

125 100 2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

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2011

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Figura 2 – Linhas telefônicas fixas em operação nos EUA (x 106). Fonte: http://www.itu.int/en/ITU-/Statistics/Pages/stat/default.aspx Foram mais de cinquenta e quatro milhões de linhas desativadas em doze anos. A perda é bem maior do que o total de linhas em funcionamento no Brasil em 2012. Os analistas estimam atualmente que 25% das residências americanas só têm telefones móveis. Nos últimos anos, a telefonia fixa perdeu 40% das linhas e a receita caiu mais de 30% neste estado. A primeira empresa de telecomunicações americana, AT&T (empresa de telecomunicações norte-americana), tem sofrido fortemente com o declínio da telefonia fixa.

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Nos Estados Unidos o último telefone fixo já tem data para ser desligado: será em 2025, segundo matéria divulgada em 2010 no “The Economist Britânico" (semanário inglês). Para os próximos anos o cenário projetado no Brasil é de uma redução das linhas fixas em funcionamento, uma vez que o nível de ociosidade das mesmas já é potencialmente muito alto, da ordem de 50%. Por outro lado, o crescimento exponencial do serviço móvel celular, que projeta uma densidade de um celular por habitante até meados de 2014 no mundo, mudou radicalmente a forma de relacionamento entre pessoas, entre pessoas e serviços e entre empresas. Necessidades que até então não eram levadas em consideração pela população am em pouco tempo a ser vitais, ou seja, não há mais como conviver sem estes recursos tecnológicos. Tais facilidades se apoderam das vidas das pessoas e dos negócios de forma muito rápida e irreversível. A banda larga (fixa e/ou móvel) que viabiliza o o a redes de computadores, em especial a Internet e os serviços proporcionados pela mesma, inicialmente s, vem aumentando o seu potencial de amplitude, tornando cada vez mais diversificados e competitivos os serviços envolvendo áreas de voz, de dados e de vídeo. Estes serviços chamados Over-The-Top, expressão utilizada para referir-se a um serviço usufruído "sobre uma rede" que não é "oferecida" por aquele operador de rede. São chamados desta forma por trafegarem "no topo" dos serviços que já possuímos, e não requerem nenhuma intervenção da tecnologia ou de negócios com o operador de rede. Dessa forma, o Skype pode ser considerado um serviço "Over-The-Top" para chamadas locais e chamadas internacionais. Considere que estas conexões são realizadas través de linhas de outras operadoras. Portanto, podemos chamá-los de "Over-The-Top Telefonia". Além disso, está crescendo exponencialmente o uso de serviços tais como Over-TheTop TV, Over-The-Top Vídeo y Over-The-Top Internet Vídeo, entre outros. Terra e Netflix se apresentam como os principais protagonistas no Brasil. Outra novidade que deverá acontecer nos próximos dois anos no Brasil é o serviço de televisão móvel e/ou portátil, a ser oferecido em novas bandas de frequência, o que permitirá as operadoras móveis competir com as radiodifusoras tradicionais de televisão. Diante desta nova realidade, torna-se imperioso o desenvolvimento de um planejamento estratégico voltado para a criação de sinergias entre as prestadoras de serviço de telecomunicações pertencentes ao mesmo grupo acionista ou o estabelecimento de parcerias entre instituições de grupos acionários diferentes objetivando a eliminação de legados obsoletos e a aquisição de novos ativos ou licenças. Este conjunto de ações não se apresenta somente como uma opção recomendável, e sim uma exigência obrigatória para se contrapor a um cenário de receitas decrescentes, tributos elevados e ociosidade dos ativos. A quebra de paradigmas necessita ser exercida de maneira permanente e com grande competência. O “não fazer” já não é mais uma opção. Uma mudança permanente se apresenta como uma proposta obrigatória. Não há mais lugar para indecisões. As Transformações Empresariais É provável que as empresas de telecomunicações não tenham se preparado adequadamente para todas as transformações anteriormente mencionadas, uma vez que trabalhavam com muito poucas opções de serviços, em regime de monopólio público ou privado, com fontes de receitas crescentes e estáveis e sem a ameaça do mundo Internet que até meados da década de 90 não existia. Contudo, é de amplo conhecimento que o processo de mudanças tecnológicas e institucionais tem implicações importantes na estrutura das organizações, já que cria e destrói

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empresas e mercados, impondo a necessidade de reformular constantemente os ramos da ciência econômica que estudam o funcionamento da atividade produtiva. As tecnologias da informação e comunicação (TICs), já previstas há mais de 40 anos, vêm se destacando como instrumentos de transformação econômica e social. A chamada “economia do conhecimento” permite a integração das cadeias globais de fornecimento, a aproximação entre clientes e provedores e o o às informações multimédia onde quer que elas se encontrem armazenadas, dando uma nova dimensão ao processo de transformação. A combinação de fatores dinâmicos tais como inovação, desenvolvimento de novas aplicações e a crescente concorrência tem contribuído para a redução dos custos, permitindo o crescimento e a expansão das TICs não somente nos países desenvolvidos, mas também nos países em desenvolvimento. No final do século XX, as empresas foram objeto de um novo processo de transformação que se caracterizou pela incorporação de novos modelos de organização de informação e conhecimento. A globalização e a liberalização dos mercados reduziram os espaços econômicos privilegiados. Diante das novas trajetórias da organização interna das empresas e novas formas de articulação com o mercado, a teoria econômica iniciou o processo reformulações. A maior fragilidade das teorias de organização das empresas é a sua incapacidade de atribuir a devida importância ao papel da mudança tecnológica na configuração da empresa e dos mercados. Segundo TIGRE (2005). As teorias evolucionistas distinguem-se das teorias neoclássicas e das teorias da organização industrial por descartarem hipóteses básicas do pensamento econômico convencional. Três princípios podem ser destacados como chaves para entender as teorias evolucionistas. O primeiro é que a dinâmica econômica é baseada em inovações em produtos, processos e nas formas de organização da produção. As inovações não são necessariamente graduais, podendo assumir caráter radical causando, neste caso, instabilidade ao sistema econômico. O segundo princípio descarta a ideia de racionalidade invariante (ou substantiva) dos agentes econômicos. Tomando por base as ideias de Simon, os evolucionistas (Dosi, 1991; Coriat e Weinstein, 1995) criticam as teorias de racionalidade substantiva que pré-define o comportamento de firmas segundo o princípio da maximização. O terceiro princípio se refere à propriedade de auto-organização da firma, como resultado das flutuações do mercado. É rejeitado qualquer tipo de equilíbrio de mercado, conforme proposto pela teoria convencional, na medida em que não é possível alcançá-lo em ambiente coletivo de flutuações de agentes individuais com rotinas e capacitações distintas. A competitividade de uma empresa em uma atividade particular é definida pelos evolucionistas como um conjunto de habilidades tecnológicas diferenciadas, de ativos complementares e de rotinas. Principais Ações empreendidas pelos Grupos de Telecomunicações − Aquisição de Novos Ativos, Licenças de Serviços e Fusão de Empresas As empresas têm trabalhado ativamente em novas oportunidades de negócio abertas pela convergência e com um dinamismo que caracteriza um setor concentrado e composto por

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entidades que faturam bilhões de dólares por ano, posição que garante investimentos seja através de inovações ou de ativos para assegurar o crescimento em novos mercados. A maioria dos principais grupos de telecomunicações já adquiriram licenças para operar serviços móveis da geração, 4G, cuja operação foi iniciada no Brasil em abril de 2013. Os principais grupos e telecomunicações no Brasil são mostrados na tabela 2 a seguir. Tabela 2 – Principais Grupos de Telecomunicações no Brasil Telefonia Fixa Serviço Móvel Banda Larga Fixa TV Telefonica/Vivo VIVO VIVO VIVO VIVO OI OI OI OI OI Claro/Embratel/Net NET/Embratel Claro NET/Embratel NET/Embratel Fonte: http://www.teleco.com.br/operadoras/grupos.asp A aquisição de novos ativos tem sido comum durante a última década e não foi maior devido às crises financeiras mundiais, que acabaram por limitar as ações dos principais grupos. As principais fusões e aquisições por parte destes grupos são apresentadas na tabela 3. Tabela 3 – Fusões e Aquisições dos Principais Grupos de Telecomunicações no Brasil Aprovação Aquisição Anúncio Anatel Embratel assume controle da Net janeiro/12 Telesp S.A. incorpora a VIVO março/11 março /11 Portugal Telecom entra na OI julho/10 outubro/10 Telefonica compra parte de Portugal Telecom na VIVO julho/10 setembro/10 OI compra a Brasil Telecom abril/08 dezembro /08 OI compra a Amazonia Celular (Móvel) dezembro/07 março/08 VIVO compra a Telemig Celular (Móvel) agosto/07 outubro/07 Net compra a Vivax (TV por ) outubro /06 maio/07 Telefonica compra TVA (TV por ) outubro/06 outubro /07 Telmex adquiriu participação na Net junho/04 março/06 Telmex compra Embratel março/04 junho/04 Fonte: http://www.teleco.com.br/operadoras/grupos.asp −

Agregar Valor aos Produtos e Serviços oferecidos

O valor econômico adicionado ou simplesmente valor agregado é um conceito que permite medir o valor criado por um agente econômico. Agregar valor, então, é um atributo que buscamos na percepção do cliente e o capital intelectual é o responsável deste atributo intangível sobre o “preço”. O valor percebido ocorre no momento de aquisição do bem, através da disponibilidade segundo interesse do cliente, em forma de atendimento, nas facilidades ofertadas, no nível de relacionamento com o serviço, nos serviços de pós-venda. No âmbito das telecomunicações, o Serviço de Valor Agregado – SVA é definido no artigo 61 da Lei Geral de Telecomunicações, como a atividade que se soma a um serviço de telecomunicações, que lhe dá e e que não deve ser confundido com o mesmo. Os SVAs não são considerados como serviços de telecomunicações, classificando seu provedor como usuário do serviço de telecomunicações que lhe dá e. 665

São exemplos de serviços de valor adicionado. − Serviço de conexão à Internet através da rede metálica – refere-se ao serviço de que permite o o à Internet aos usuários e provedores de informação. − Serviços prestados através da rede móvel – SMS, correio eletrônico, tons, jogos, música, comunicação de dados, MMS, serviços de mensagens, vídeo. Uma forma muito comum de agregar valor aos produtos e serviços oferecidos ao mercado e que tem sido amplamente utilizado pelos operadores são os pacotes de serviços convergentes que combinam voz, dados e TV por através das redes sejam estas tecnologicamente convergentes ou não. Esta estratégia sinaliza ao cliente que a empresa é capaz de atendê-lo em toda a sua demanda, através de um portfólio completo e qualificado. Com a convergência, o o a diversas redes de comunicação tende a ser trivial, o que leva a troca do valor percebido para o conteúdo. Existe uma tendência de redução das receitas de o e disponibilidade e o aumento das receitas nos serviços que oferecem conteúdo. O serviço móvel é um dos exemplos do compromisso das empresas com a melhoria de seus resultados. A figura 3 mostra a redução da receita média por usuário de voz, assim como o crescimento, ainda insuficiente, da receita média por usuário de SVA. R$ 30 25 Total

20

Voz

15

Dados

10 5 0 2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

Figura 3 – Receita média do serviço móvel no Brasil (em reais). Fonte: http://www.telebrasil.org.br/panorama-do-setor/desempenho-do-setor RESULTADOS E DISCUSSÃO Grupo Telefonica/VIVO O grupo Telefonica é um grupo com sede na Espanha e operações na Europa e América Latina, com destacada participação no mercado de telecomunicações brasileiro, situando-se em primeiro lugar em relação à receita líquida e ás unidades geradoras de receita. O grupo Telefonica no Brasil se consolidou em 2011 com a fusão das Telecomunicações de São Paulo SA (Telesp) com a Vivo. A Telefonica adquiriu o controle da Vivo em 2010, quando comprou as ações da Portugal Telecom. Seu investimento no Brasil está crescendo e sua proposta é destinar R$ 19.3 bilhões em recursos entre 2012 e 2014, pois o Brasil representa cerca de 25% da receita total do grupo. A tabela 4 apresentada a seguir, mostra a evolução quantitativa e percentual, das unidades geradoras de receita no período de 2010 a 2012, estabelecendo um comparativo com a variação percentual das mesmas e também da receita líquida nos respectivos períodos.

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Tabela 4 – Evolução dos os e das receitas da Telefonica/VIVO (período 2010 – 2012) Evolução Serviços Tel. Fixa S. Móvel BL TV Ass. os Receita x 106 Fixa 3 31.471 os (x 10 ) 11.296 60.293 2010 __ __ __ __ __ __ Crescimento (%) 699 86.865 33.171 os (x 103) 10.891 71.554 3.631 2011 18,7% 9,5% 43,8% 15,2% 5,4% Crescimento (%) -2,8% 3 600 os (x 10 ) 10.646 76.137 3.733 2012 6,4% 2,8% -14,2% 4,9% 2,3% Crescimento (%) -3,1% Fonte: http://www.teleco.com.br/operadoras/grupos.asp Mesmo com toda a representatividade brasileira no contexto do grupo e também os investimentos previstos, as receitas totais apresentam um crescimento muito pequeno ou até mesmo negativo no último ano, levando-se em conta a questão inflacionária. Permanece o desafio com relação às necessidades de ampliação geográfica da prestação de serviços pelo grupo, uma vez que a presença do grupo fora do estado de São Paulo é limitada, sendo dependente do serviço móvel que já apresenta sinais de redução gradual de crescimento. Grupo Embratel/Claro/NET América Móvil é a companhia holding do grupo holding pertencente ao empresário mexicano Carlos Slim que controla no Brasil as empresas Claro, Embratel e Net. América Móvil é a operadora líder do serviço móvel na América Latina. Claro, Embratel e Net informaram, em 5 de outubro de 2011, "os planos para a integração de suas redes e serviços" com o objetivo de colocar em prática um conjunto de medidas de médio e longo prazo. América Móvil, hoje controladora da Embratel, disse em uma declaração a imprensa, em 17 de fevereiro de 2012, que os investimentos programados até 2015 serão de U$ 35 bilhões, sendo U$ 9 bilhões em 2012. Estes investimentos têm como objetivo ampliar a infraestrutura de serviços de comunicação de dados, integrar as redes fixas e móveis e substituir cabos de cobre por fibra ótica. Em março de 2013, o grupo pediu a aprovação prévia da ANATEL para a unificação em uma só empresa. A tabela 5 apresentada a seguir, mostra a evolução quantitativa e percentual, das unidades geradoras de receita no período de 2010 a 2012, estabelecendo um comparativo com a variação percentual das mesmas e também da receita líquida nos respectivos períodos. Tabela 5 – Evolução dos os e das receitas da Embratel/Claro/Net (período 2010 – 2012) Serviços Tel. Fixa S. Móvel BL TV os Receita x 106 Evolução Fixa Ass. 51.638 3.524 5.406 67.568 27.201 os (x 103) 7.000 2010 __ __ __ __ __ __ Crescimento (%) 3 8.395 60.380 4.193 6.997 79.965 29.353 os (x 10 ) 2011 16,9% 19,0% 29,4% 18,3% 7,9% Crescimento (%) 19,9% 3 65.238 5.627 8.498 89.601 30.717 os (x 10 ) 9.698 2012 15,5% 8,0% 34,2% 21,5% 11,4% 4,6% Crescimento (%) Fonte: http://www.teleco.com.br/operadoras/grupos.asp

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Os resultados anteriores indicam que embora as unidades geradoras de receita tenham crescido razoavelmente, a receita líquida não tem acompanhado o mesmo nível de crescimento. O ponto de maior vulnerabilidade é hoje o serviço móvel que teve um crescimento negativo da receita em 2012 em relação a 2011. Grupo OI Trata-se de um grupo originalmente brasileiro onde o próprio governo brasileiro tem uma elevada participação acionária através do BNDES (Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social), que participa também como organismo financiador do grupo. Em finais de 2008, por iniciativa do governo brasileiro, o grupo adquiriu outro grupo importante no cenário nacional, o da Brasil Telecom, possuidor de uma representação significativa de mercado nas áreas sul e centro-oeste do Brasil. A dívida contraída no processo, aproximadamente R$ 30 bilhões de reais acabou por impedir a viabilização dos recursos necessários para os investimentos neste ambiente tão competitivo. A alternativa mais prática de curto prazo foi aceitar, no ano de 2011, a oferta da Portugal Telecom, que adquiriu uma participação acionária de 25% do capital do grupo. A promessa de investimentos divulgada nos meios de comunicação para o ano de 2013 inclui recursos de aproximadamente R$ 10 bilhões, 50% superior aos valores de 2012. A tabela 6 apresentada a seguir, mostra a evolução quantitativa e percentual, das unidades geradoras de receita no período de 2010 a 2012, estabelecendo um comparativo com a variação percentual das mesmas e também da receita líquida nos respectivos períodos. Tabela 6 – Evolução dos os e das receitas da OI (período 2010 – 2012) Evolução Serviços Tel. Fixa S. Móvel BL TV Ass. os Receita x 106 Fixa 3 5.406 67.568 27.201 os (x 10 ) 20.025 51.638 3.524 2010 __ __ __ __ __ __ Crescimento (%) 351 69.692 27.907 os (x 103) 18.900 45.506 4.935 2011 15,8% 13,3% 27,6% 9,0% -5,3% Crescimento (%) -5,6% 3 757 74.339 28.142 os (x 10 ) 18.627 49.259 5.696 2012 8,2% 15,4% 115,7% 6,7% 0,8% Crescimento (%) -1,4% Fonte: http://www.teleco.com.br/operadoras/grupos.asp Os resultados apresentados não são bons, incluindo crescimentos negativos da receita. Sua dívida líquida hoje é de R$ 25 bilhões. Como seguir em frente, mantendo-se competitiva, investindo e trabalhando no sentido da amortização de sua dívida será um empreendimento de elevado nível de complexidade. Em junho de 2013, o grupo anunciou a nomeação de Bava Zeinal para a presidência do grupo, que estava no comando da Portugal Telecom desde 2008. NOVOS DESAFIOS Uma comparação recente, realizada no contexto das grandes companhias no mundo, entre a receita líquida obtida no primeiro trimestre de 2013 e o primeiro trimestre de 2012 caracteriza bem a apreensão experimentada por estas organizações (vide tabela 7)..

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Tabela 7 – Receita Líquida – Comparação 1oT de 2013 e 1oT de 2012 Empresa Receita Líquida - Comparação 1T13 e 1T12 Origem Telefonica (-8,8%) Grupo y (-16,4%) Espanha Espanha Telecom Italia (-8,1%) Grupo y (-10,3%) Itália Itália Deutsche Telecom (-4,5%) Grupo y (-1,6%) Alemanha Alemanha Telecom (-6,5%) Grupo y (-6,2%) França França British Telecom (-1,8%) Grupo y (-1,7%) Reino Unido Reino Unido AT&T (-1,5%) Estados Unidos Verizon (-1,2%) Estados Unidos Fonte: http://www.teleco.com.br/blog/blog.asp?mes=5&ano=2013 CONCLUSÕES Os grupos de telecomunicações têm buscado a diversificação de seu portfólio de serviços estabelecendo uma série de ações visando a criação de novos modelos de negócio para fazer frente aos efeitos que a convergência tecnológica propicia. Contudo, os resultados econômico-financeiros obtidos, até o momento, não têm sido satisfatórios, contudo as empresas reconhecem que a necessidade de investir fortemente para estarem alinhadas às novas tecnologias. A prestação de serviços similares através da Internet não pode ser controlada no mundo, já que a rede não é um ambiente regulado. A migração na prestação de serviços será resultante do valor percebido pelo cliente, obedecendo a um critério subjetivo de custo x qualidade. As grandes empresas precisam entender que trabalham hoje em um regime de incertezas onde não existem mais as garantias que tinham e que o futuro terá de ser construído a cada dia. Com a flexibilidade que a tecnologia oferece, aliada a convergência que integra redes, serviços e terminais, as empresas necessitam reorganizar-se de forma permanente, reinventarse. É um fenômeno sem retorno, em comparação ao mundo monopolista estatal do ado. REFERÊNCIAS ANATEL. Disponível em: . o em 15 jun. 2013. BEZZINA, Jérôme; TERRAB, Mostafa. Technological Convergence and Regulation Impacts of New Technologies on Regulatory Regimes. In: Bezzina, J. e Terrab, M. (orgs). Technological convergence and regulation, communications & strategies. Tunis, 2005. p. 1530. CORIAT, Benjamim; WEINSTEIN Olivier. Les nouvelles theories de l’entreprise. Les Livres de Poche, Librairie Générale Française, 1995. DOSI, Giovani. Perspective on Evolutionary Theory. Science and Public Policy, Dec., v.18, 1991. p. 353-361. ITU. Disponível em . o em 15 jun. 2013. TELEBRASIL. Disponível em . o em 15 jun. 2013. TELECO. Disponível em . o em 15 jun. 2013. 669

TELECO. Disponível em . o em 15 jun. 2013. TIGRE, Paulo Bastos. Paradigmas Tecnológicos e Teorias Econômicas da Firma. 2005. Disponível em: . o em 15 jun. 2013. UFF. Disponível em . o em 15 jun. 2013. WILD, Kate. The importance of convergence in the ICT Policy Environment. APC Issue Papers, 2006. p. 1-2.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

A NOVA AGÊNCIA NACIONAL DE TELECOMUNICAÇÕES LUIZ FERNANDO TABOADA Especialista; Universidade Federal Fluminense – UFF; Tels: 21 2621-8481 e 21 9982-0291; E-mails: [email protected] e [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Este artigo se propõe a apresentar o processo de reformulação da estrutura da Agência Nacional de Telecomunicações (ANATEL), justificando as políticas que levaram o estado a promover este empreendimento. O projeto representou um marco no segmento das agências reguladoras, uma vez que é inédito e considera todas as transformações impostas pela evolução da área tecnológica. As agências são instituições chave para regular o modelo de exploração de serviços que considera a livre concorrência como filosofia de atendimento do mercado e precisam estar em perfeita sintonia com as exigências impostas. A relevância do tema está ligada diretamente a presença constante e generalizada da instituição na mídia. A estrutura da ANATEL praticamente não tinha sido alterada ao longo dos últimos quinze anos e já não atendia, de forma eficiente, as demandas exigidas pelos clientes e pelas prestadoras de serviço. Será avaliado no contexto do trabalho o cenário existente no momento da privatização, bem como o cenário atual. Além disso, serão pontuados na nova estrutura os objetivos que se espera alcançar com a implementação do novo modelo. PALAVRAS–CHAVE: Estrutura, Tecnologia, Anatel.

THE NEW NATIONAL TELECOMMUNICATIONS AGENCY ABSTRACT: This article proposes to present the process of reshaping the structure of the National Telecommunications Agency (ANATEL), justifying the policies that led the state to promote this venture. The project represented a milestone in the segment of the regulatory agencies, since it is unpublished and considers all the transformations imposed by the evolution of the technological area. Agencies are key institutions to regulate the operation of model that considers the free competition as treatment philosophy of the market and need to be in tune with the requirements. The relevance is linked directly to the constant and widespread presence of the institution in the media. The structure of ANATEL had hardly been altered over the past fifteen years and did not attend, efficiently, the demands required by the customers and the service providers. It will be evaluated in the context of this article the scenario existing at the time of privatization, as well as the current scenario. Additionally, it will be punctuated in the new structure the goals expect to be achieved with the implementation of the new model. KEYWORDS: Structure, Technology, Anatel.

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INTRODUÇÃO As agências reguladoras surgiram no mundo, em função do novo contexto socioeconômico que privilegiou a redução do tamanho do estado, tendo como atribuição a operacionalização da regulação estatal. De um modo geral, não seguiram um modelo comum e nem têm sempre competências comparáveis. Representam a intervenção estatal na economia por outros meios que não a participação direta na atividade econômica, equivalendo à coordenação, ao condicionamento e ao disciplinamento da atividade econômica privada pelo Estado. A criação destes novos organismos foi justificada pela necessidade de controle, de normatização e de fiscalização, bem como de mediação na busca de equilíbrio entre estado, usuários e prestadores das atividades que ensejam a regulação estatal. O segmento regulatório surgiu naturalmente a partir das transformações econômicas implementadas no Brasil na década de 1990. As agências reguladoras foram as responsáveis por aplicar, em suas respectivas áreas de atuação, as diretrizes estabelecidas pelo governo. No caso das telecomunicações os elementos considerados no novo modelo foram o processo de privatização, a abertura do mercado através da criação de mecanismos para a viabilização da concorrência e a universalização dos serviços. O traço mais importante do novo modelo é a necessária neutralidade e independência do ente regulador ante os díspares interesses regulados, especialmente os do Poder Público. O prérequisito essencial para o exercício de um poder moderador neutro é a tão controvertida questão da independência das agências reguladoras. Nesse sentido pensa ARAGÃO (2003, p. 9). Entendemos que a independência das agências reguladoras deve ser tratada sem preconceitos ou mitificações de antigas concepções jurídicas que, no mundo atual, são insuficientes ou mesmo ingênuas. Com efeito, limitar as formas de atuação e organização estatal àquelas do século XVIII, ao invés de, como afirmado pelos autores mais tradicionais, proteger a sociedade, retira-lhe a possibilidade de regulamentação e atuação efetiva de seus interesses. A ANATEL (Agência Nacional de Telecomunicações) foi criada através da Lei nº 9.472 de 16 de julho de 1997 com a missão de promover o desenvolvimento das telecomunicações do país de modo a dotá-lo de uma infra-estrutura moderna e eficiente, capaz de oferecer à sociedade, serviços adequados, diversificados e a preços justos, em todo o território nacional. Foi a segunda agência reguladora a ser criada no país. Foi caracterizada como autarquia especial, vinculada ao Ministério das Comunicações, possuindo independência istrativa e financeira, ausência de subordinação hierárquica, bem como mandato fixo e estabilidade de seus dirigentes. Suas principais atribuições são: elaborar o Plano Geral de Outorgas; elaborar o Plano Geral de Metas de Universalização dos Serviços; expedir normas e outorgas, sobre a prestação e o desenvolvimento de serviços de telecomunicações; celebrar e gerenciar contratos de concessão e fiscalizar a prestação do serviço no regime público, aplicando sanções e realizando intervenções; compor istrativamente conflitos de interesses entre prestadoras de serviços de telecomunicações; rever as tarifas e preços; istrar o espectro de RF e o uso de órbitas, expedindo as respectivas normas; reprimir infrações dos direitos dos usuários; expedir ou reconhecer a certificação de produtos. A ANATEL foi considerada instalada quando da aprovação do seu Regulamento pelo Presidente da República e com posse de seu Conselho Diretor ocorrida em 05 de novembro de 1997. 672

A estrutura inicial da ANATEL é apresentada na figura 1, apresentada a seguir (apenas a Auditoria e a Superintendência de Universalização foram criadas em julho de 2001). CONSELHO CONSULTIVO

OUVIDORIA

CONSELHO DIRETOR

COMITÊS PRESIDÊNCIA

SUPERINTENDENTE EXECUTIVO

ASSESSORIA INTERNACIONAL

GABINETE DO PRESIDENTE

ASSESSORIA DE RELAÇÕES COM OS USUÁRIOS

PROCURADORIA

ASSESSORIA TÉCNICA

CORREGEDORIA

ASSESSORIA PARLAMENTAR E DE COMUNICAÇÃO SOCIAL

SUPERINTENDÊNCIA DE SERVIÇOS PÚBLICOS

SUPERINTENDÊNCIA DE SERVIÇOS PRIVADOS

AUDITORIA

SUPERINTENDÊNCIA DE SERVIÇOS DE COMUNICAÇÃO DE MASSA

SUPERINTENDÊNCIA DE RADIOFREQ. E FISCALIZAÇÃO

SUPERINTENDÊNCIA DE UNIVERSALIZAÇÃO

SUPERINTENDÊNCIA DE IST. GERAL

Figura 1 – Estrutura da ANATEL por ocasião de sua criação em 1997. Fonte:http://www.anatel.gov.br/Portal/verificaDocumentos/documento.asp?numeroPublicaca o=297390&pub=original&filtro=1&documentoPath=297390.pdf No momento da criação da ANATEL, a quantidade de serviços de telecomunicações existentes no Brasil era de: − 17 (dezessete) milhões de os telefônicos fixos em funcionamento; − 4,5 (quatro e meio) milhões de os móveis em funcionamento; − 2,5 (dois e meio) milhões de os de TV por em funcionamento. As telecomunicações brasileiras operavam em regime de monopólio público onde a TELEBRAS (empresa holding do sistema) tinha a missão de planejar/coordenar telecomunicações em âmbito nacional e estabelecer o processo para a obtenção de recursos para a implantação dos sistemas de telecomunicações. Ligadas a TELEBRAS estavam: − 27 (vinte e sete) empresas estaduais ou locais; − Uma operadora de longa distância nacional e internacional. Fora do sistema TELEBRAS estavam a CRT (estado do Rio Grande do Sul), SERCOMTEL (prefeitura de Londrina), CETERP (prefeitura de Ribeirão Preto) e CTBC (privada). Ao final de 2012, decorridos aproximadamente 15 (quinze) anos de privatização das telecomunicações, os prestadores de serviços de telecomunicações brasileiros, em um total de quatro mil e cinquenta, estavam assim distribuídos: − 6 (seis) concessionárias do Serviço Telefônico Fixo Comutado; − 170 (cento e setenta) autorizadas do Serviço Telefônico Fixo Comutado; − 3672 (três mil seiscentos e setenta e duas) autorizadas do Serviço de Comunicação Multimídia; − 171 (cento e setenta e uma) detentoras de outorgas para o serviço de televisão por (18 – dezoito – de MMDS, 75 – setenta e cinco – de televisão a cabo, 11 – onze – de DTH, 22 – vinte e dois – de TVA – UHF e 45 quarenta e cinco – de SeAC); 673

− 31 (trinta e uma) autorizadas do Serviço Móvel Pessoal. Vale acrescentar que todos os provedores proporcionaram conjuntamente o maior plano de investimentos da história da expansão, modernização e melhoria da qualidade dos serviços de telecomunicações da economia brasileira: R$ 247 (duzentos e quarenta e sete) bilhões desde 1998 até 2012. O valor de mercado das empresas de telecomunicações comercializadas na Bolsa e Valores do Estado de São Paulo era de aproximadamente R$ 148 (cento e quarenta e oito) bilhões no final de 2012. Todo este crescimento exponencial do mercado e da prestação de serviços envolvendo diretamente clientes e provedores de serviço requer uma legislação consistente que acompanhe com eficiência toda a evolução tecnológica da área. Outro ponto de extrema relevância diz respeito à convergência tecnológica que, ao longo dos últimos anos, vem demandando da área de regulatória um conjunto de novas propostas visando a adequação e/ou compatibilização de formas de outorga, ou seja, a substituição gradual dos modelos de licenciamento tradicionais, vinculados a serviços, redes ou tecnologias específicas, por regimes simplificados e tecnologicamente neutros. MATERIAL E MÉTODOS As Demandas pela Modernização da Agência Os indicativos com relação à necessidade de reestruturação da ANATEL se apresentaram como uma exigência lógica e natural diante de um cenário atual muito mais complexo do que o existente por ocasião dos primeiros anos de privatização no Brasil. A modernização e a adequação são situações mandatórias de uma nova realidade. O processo de evolução é inevitável, cabendo apenas aos países ajustar o tempo em que as mudanças deverão ser conduzidas. Ninguém duvida que a migração entre modelos de outorga seja uma tarefa óbvia, pois atrelada à mesma existe um conjunto de leis, planos e regulamentos que sinalizam para o mercado o respeito e a seriedade dos marcos regulatórios. Os serviços em funcionamento no país acumularam um crescimento de aproximadamente 1593% (mil quinhentos e noventa e três por cento) desde o ano de 1997 até o final do ano de 2012, distribuídos em 44 (quarenta e quatro) milhões na telefonia fixa, 261 (duzentos e sessenta e um) milhões no serviço móvel pessoal, 85 (oitenta e cinco) milhões na banda larga e 16,2 (dezesseis e dois) milhões na TV por . As figuras 2 e 3, a seguir, mostram, respectivamente, a evolução dos os de telefonia fixa e serviço móvel pessoal no Brasil desde a data de início de funcionamento da agência até o final do ano de 2012. É importante salientar que no decorrer do ano de 2003 o quantitativo de os móveis ultraou o de os telefônicos fixos e já era ao final de 2012 seis vezes maior, com uma densidade próxima de 1,4 (140 celulares por cada 100 habitantes). Já as figuras 4 e 5, a seguir, retratam, respectivamente, o comportamento da evolução dos os de banda larga através das redes fixa e móvel e dos os de televisão por , incluindo todas as modalidades existentes.

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Figura 2 – os de Telefonia Fixa no Brasil (1997 – 2012) em milhões. Fonte:http://www.anatel.gov.br/Portal/verificaDocumentos/documento.asp?numeroPublicaca o=297390&pub=original&filtro=1&documentoPath=297390.pdf x 106 300

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Figura 3 – os de Serviço Móvel Pessoal no Brasil (1997 – 2012) em milhões. Fonte:http://www.anatel.gov.br/Portal/verificaDocumentos/documento.asp?numeroPublicaca o=297390&pub=original&filtro=1&documentoPath=297390.pdf x 106 100

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Figura 4 – os Banda Larga no Brasil (1997– 2012) em milhões. Fonte:http://www.anatel.gov.br/Portal/verificaDocumentos/documento.asp?numeroPublicaca o=297390&pub=original&filtro=1&documentoPath=297390.pdf 675

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Figura 5 – os de TV por no Brasil (1997 – 2012) em milhões. Fonte:http://www.anatel.gov.br/Portal/verificaDocumentos/documento.asp?numeroPublicaca o=297390&pub=original&filtro=1&documentoPath=297390.pdf A ANATEL possuía desde a sua criação, em 1997, uma estrutura organizacional cujas competências eram baseadas em uma divisão por serviços e que hoje já não atendiam mais de forma adequada tanto a clientes quanto aos provedores de serviços. A quantidade de processos em tramitação na agência ao final do ano ado era de cerca de 24.000 (vinte e quatro mil). O processo de participação social contou também coma realização de audiência pública sobre o Regimento Interno. A consulta pública seria encerrada em julho de 2012, mas devido à relevância do tema foi prorrogada até setembro, tendo recebido mais de mil contribuições. Os Fundamentos da Mudança As principais premissas adotadas para a reformulação da agência foram: − Modernização da estrutura da agência, adequando-a a convergência tecnológica; − Divisão das competências da agência por “processos” e não mais por serviços; − Alocação das principais competências da agência em superintendências diferentes, para que houvesse uma desconcentração do poder decisório; − Criação de mecanismos para aperfeiçoar a interação entre as superintendências. Com o surgimento da convergência tecnológica e a sua aplicação prática, cada vez maior, a partir dos anos 2000, o impacto direto na sociedade, como um todo, vem crescendo e gerando muitos desdobramentos, sendo alguns de alguma maneira imprevisíveis. A convergência, porém, não é apenas uma unificação de tecnologias sobre os mesmos meios de comunicação. A convergência abrange também a ampliação de funcionalidades, cuja implantação não era viável em sistemas isolados. A convergência tecnológica é um conceito integrador de telecomunicações, de computação, incluindo Internet e de processamento de imagens para operação sobre uma mesma plataforma, que anteriormente era tratado por sistemas distintos, fornecendo ao usuário informações e aplicações. De acordo com WALDEN (2005), o licenciamento é um aspecto chave da regulação no segmento de telecomunicações, uma vez que o mesmo é empregado como instrumento para organizar e disciplinar mercados, bem como auxiliar na condução de políticas públicas para o setor.

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Nos últimos anos, muitos países optaram pelo aperfeiçoamento de seus regimes de licenciamento no intuito de adequá-los ao fenômeno da convergência tecnológica. No entanto, a migração entre modelos de outorga não se trata de tarefa trivial, sobretudo em nações emergentes, que são permanentemente demandadas a sinalizar aos agentes externos da estabilidade de seus marcos regulatórios. Por esse motivo, os processos de reforma dos sistemas de licenciamento são usualmente implementados de forma suave, de modo a preservar o adequado equilíbrio entre certeza regulatória e estímulo ao desenvolvimento de novos serviços. O Brasil encontra-se diante desse desafio. Ao mesmo tempo em que determinados agentes de mercado requerem do Poder Público dinamismo para implantar mudanças imediatas no modelo de outorgas, o legado institucional impede o Estado de adotar medidas que alterem abruptamente o sistema regulatório. NARAYAN et alii (2004) apontam como os principais fatores tecnológicos que estimulam a convergência: a) o expressivo desenvolvimento das tecnologias sem fio, que têm permitido o aumento da banda útil de radiofrequências para aplicações de comunicações; b) desenvolvimento de tecnologias e aplicativos multimídia avançados que estão sendo incorporados às redes e equipamentos de comunicações; c) desenvolvimento de plataformas tecnológicas abertas, que ampliam o universo de produtos e serviços colocados à disposição do usuário; d) substituição das redes comutadas a circuito por redes a pacotes, consolidada principalmente sob a forma do crescimento do uso da tecnologia IP; d) desenvolvimento de equipamentos terminais de múltiplo uso, e e) possibilidade de uso de uma mesma rede para provimento de uma grande variedade de serviços. Embora não haja definição universal do que seja convergência, é unânime a concepção de que se trata de fenômeno que não pode ser analisado somente a partir da sua vertente tecnológica, pois traz consigo implicações de natureza regulatória e de mercado, que se encontram entrelaçadas. Todas estas considerações podem ser visualizadas através da figura 6 apresentada a seguir.

requer

Convergência Tecnológica

incentiva

Redes, serviços, terminais

Convergência Regulatória Regulamentação

Convergência Corporativa controla

Corporações

Figura 6 – Diagrama sobre Convergência. Fonte: http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Diagrama_sobre_Convergencia.png Sob essa nova perspectiva, para prestar quaisquer serviços sob as mais distintas plataformas, os operadores são submetidos a procedimentos sumários, no intuito de reduzir barreiras à entrada no mercado e, consequentemente, contribuir para a construção de um ambiente de maior competição. Embora à primeira vista a evolução em direção a sistemas de 677

licenciamento convergentes possa parecer uma decisão governamental de cunho meramente istrativo, ela implica em significativas transformações de ordem regulatória. Segundo BEZZINA e TERRAB (2005), a neutralidade tecnológica é a receita para evitar a intervenção pública na escolha de soluções tecnológicas para os mercados. Acabou por se tornar um indicativo básico para a intervenção regulatória em todo o mundo. A neutralidade tecnológica é parcialmente baseada na convergência tecnológica, na medida que serviços similares podem ser fornecidos por distintas plataformas tecnológicas e como os regulamentos devem procurar promover a competição entre as soluções de tecnologia diferentes, ao invés de escolher um vencedor. No entanto, a escolha da neutralidade vai além da convergência tecnológica, uma vez que se baseia em uma política mais profunda que é a da limitação da intervenção pública nas direções de desenvolvimento das tecnologias. A ideia é que os mecanismos de mercado são melhores em fazer essas escolhas e que os riscos por opções tecnológicas "erradas" por parte do setor público são grandes. Assim sendo, a neutralidade tecnológica é considerada como uma boa estratégia para a regulação. Sobre a questão da organização da estrutura considera-se que o modelo hierárquico funcional representa tipicamente uma visão fragmentária e estanque das responsabilidades e das relações de subordinação, enquanto a estrutura por processo é possuidora de uma visão dinâmica da forma pela qual a organização produz valor. Uma estrutura organizacional baseada no processo é uma estrutura construída em torno do modo de fazer o trabalho, e não em torno de habilitações específicas. A visão de processo das atividades funcionais representa uma modificação revolucionária, equivalendo a virar uma organização de cabeça para baixo ou, pelo menos, de lado. Uma orientação por processos nos negócios envolve elementos de estrutura, enfoque, medição, propriedade e clientela. Elementos estes que não orientam uma estrutura hierárquica funcional. A estrutura por processos apresenta as seguintes vantagens em comparação com a estrutura funcional: − Os processos dotados de uma estrutura clara podem ter várias de suas dimensões medidas; − As medidas dos desempenhos dos processos serão a base para o estabelecimento de programas de melhorias constantes, sejam estas graduais ou radicais; − A adoção de uma abordagem de processo significa a adoção de uma orientação para o cliente do processo, seja ele interno ou externo. A organização funcional orienta os trabalhadores para o chefe e não para o cliente; − Os processos possuem donos ou responsáveis claramente definidos, enquanto que na estrutura funcional sua ausência é a causa de muitos problemas de desempenho; − A adoção de uma visão baseada no processo significa um empenho em melhorar o processo; − Em uma organização funcional, o intercâmbio entre funções é frequentemente desordenado, enquanto que na estrutura por processo, o intercâmbio já é inerente; − Na organização por processo, é evitada a sub-otimização de parte de um processo interfuncional. Evitar a concentração de poder nessa ou naquela superintendência também foi considerado um atributo essencial na organização da nova estrutura, corrigindo naturalmente os erros identificados na estrutura anterior. Os macros processos identificados foram: − Regulamentação; − Outorga: 678

− Controle, apuração e a sanção; − istração dos recursos (espectro, órbitas, numeração); − Certificação e homologação de produtos; − Fiscalização; − Resolução de conflitos; − Atendimento dos interesses dos usuários. Para dar celeridade às deliberações da agência foram promovidas alterações em dispositivos visando: dar agilidade ao fechamento dos processos; diminuir o volume de processos repetitivos no conselho diretor; delegar competências atribuídas exclusivamente ao conselho diretor; atribuir juízo de issibilidade à autoridade recorrida; uniformizar entendimento mediante expedição de súmula (interpretação da legislação de telecomunicações que fixa entendimento sobre matérias de competência da agência); incluir procedimentos, atualmente regidos por súmulas e portarias, não previstos no regimento em vigor. RESULTADOS E DISCUSSÃO A nova proposta consolidada e aprovada em 30 de abril de 2013 consistiu na criação de oito novas superintendências em conformidade com a estrutura mapeada por processos apresentada na figura 7, a seguir. Planejamento Regulatório

Regulamentação, Planejamento Estratégico, Universalização e Projetos.

Fiscalização

Fiscalização, e à Fiscalização e Gerências Regionais.

Outorgas e Recursos Outorga, Numeração, Certificação e Serviços de Radiodifusão. à Prestação Controle de Obrigações

Qualidade, Universalização e Gerais.

Competição

Conflitos, Competição e Custos.

Relações com Consumidores

Interações Institucionais, Tratamento de Solicitações e Gerência de anais.

Gestão Interna

Tecnologia da Informação, Pessoas e Informação.

istração e Finanças

Gestão istrativa e Orçamentária, Arrecadação e Infraestrutura.

Figura 7 – Superintendências organizadas por processos na nova estrutura da ANATEL. Fonte:http://www.anatel.gov.br/Portal/documentos/sala_imprensa/4-5-2012--17h19min2sApresenta%E7%E3o%20proposta%20de%20Regimento%20Interno.pdf

679

Segundo consenso geral a reestruturação vem em boa hora e poderá suprir importantes falhas. Entre elas, a promoção e a divulgação das análises dos impactos econômicos dos regulamentos a serem emitidos, que am a ser exigidas à superintendência de Planejamento e Regulação. A superintendência de Obrigações ficou bem resolvida uma vez que já tocava as obrigações das concessionárias na telefonia fixa (à exceção da universalização, que tinha área distinta), e a agora a incorporar as obrigações das operadoras dos demais serviços. Para assimilar mudança de tão grande porte, quando as ações deixam de ser verticalizadas para adotar estruturas horizontais, a experiência anterior ajuda muito. Em relação à redução das instâncias recursais – agora, os recursos às decisões técnicas só podem ser feitos uma única vez ao conselho diretor – a medida é positiva para acelerar a elaboração de novas regras, mas é duvidosa quando se trata dos processos de aplicação de punições. O pedido de vistas fica mantido, e foi feita uma mudança importante na versão final à lançada a consulta pública: a sua prorrogação não tem mais prazo certo e determinado. Qualquer conselheiro pode pedir vista de um processo, e terá de apresentar seu voto na reunião seguinte, mas pode também pedir prorrogação das vistas pelo prazo que considerar necessário, aprovado pelo colegiado. Muitas são as mudanças. Entre elas, a celeridade do poder decisório. Para evitar práticas costumeiras adas – de engavetamento de processos por vários anos – chega-se a prever cortes nos salários dos dirigentes. Está escrito: “O conselheiro que impedir, injustificadamente, por mais de 30 dias, a partir da entrada da matéria em pauta, a deliberação do Conselho Diretor, mediante pedido de vista ou outro expediente de caráter protelatório, terá suspenso o pagamento de seus vencimentos até que profira seu voto, sem prejuízo da sanção disciplinar cabível”. Além de serem mantidas as reuniões e a maioria dos processos abertos ao público, ficou estabelecido também que, nos processos licitatórios, deverá haver obrigatoriamente a segregação de funções, “não se itindo o acúmulo de atribuições de aprovação e ratificação dos atos istrativos em uma única autoridade”. Uma mudança interessante é que agora a superintendência de fiscalização ará a ter poderes também para “fiscalizar os produtos para o uso em telecomunicações”. Ou seja, no limite, os fiscais da Anatel poderão atuar (e recolher) os celulares piratas, por exemplo. A nova Superintendência de Relações com Consumidores da ANATEL terá como um dos principais objetivos a educação do consumidor. Em consequência, espera a redução de reclamações no call center (central de atendimento) da agência, que recebe cerca de 6 milhões de ligações a cada ano. CONCLUSÕES De acordo com a informação publicada pelo ITU (International Telecommunications Union) em 11 de outubro de 2012, o Brasil é o segundo país mais dinâmico do mundo na área de telecomunicações. Como conceito estabelecido pelo organismo internacional, este dinamismo se caracteriza pela capacidade de um país em ampliar e melhorar sua rede de telecomunicações. Além disso, o ITU sinalizou em seu informe “Medição da Sociedade de Informação” que o Brasil tem a quarta maior receita de telecomunicações do mundo, atrás dos Estados Unidos, Japão e China. A receita global alcançou valores globais de US$ 75,5 bilhões (dados de 2009). Já os Estados Unidos lidera o ranking com US$ 350 bilhões, seguido por Japão e China com US$ 150 milhões e US$ 129 bilhões, respectivamente. 680

A Associação Brasileira de Telecomunicações (Telebrasil) informou através de um comunicado a imprensa em 30 de agosto de 2012, que as telecomunicações brasileiras apesar dos importantes resultados obtidos nos últimos anos, enfrentam grandes desafios e que necessitam de um tratamento adequado por parte da sociedade, do governo (agência reguladora) e do setor privado. A reestruturação da Anatel, consolidada com a publicação do novo regimento interno e da nomeação dos novos superintendentes, foi recebida com otimismo pelo mercado. Além de haver pouca surpresa entre os nomes dos superintendentes – técnicos de conhecidas habilidades –, as empresas gostaram também da forma como algumas questões foram equacionadas na formulação final. REFERÊNCIAS ANATEL. Disponível em: . o em 15 jun. 2013. ANATEL. Disponível em: . o em 15 jun. 2013. ARAGÃO, Alexandre Santos. Agências reguladoras e a evolução do direito istrativo econômico. 2. ed. Rio de Janeiro: Forense, 2003. BEZZINA, Jérôme; TERRAB, Mostafa. Technological Convergence and Regulation Impacts of New Technologies on Regulatory Regimes. In: Bezzina, J. e Terrab, M. (orgs). Technological convergence and regulation, communications & strategies. Tunis, 2005. p. 1530. NARAYAN, Ashish; SETH, Devendra Pal Singh; SHARMA, Sapna; SINGH, Rajendra; SINGH, Harsha Vardhana. Licensing Approaches in an Era of Convergence. In: Touré, H. I. (org.). Trends in Telecommunication Reform – 2004/2005. Licensing in an Era of Convergence, International Telecommunications Union. Genebra, 2004. p. 81-94. WALDEN, Ian. European Union Communications Law. In: Walden, I. e Angel, J. (orgs.). Telecommunications Law and Regulation, Oxford University Press. Nova York, 2005. p. 107152. WIKIPEDIA. Disponível em . o em 15 jun. 2013.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

COMPARAÇÃO DE DESEMPENHO ENTRE O MÉTODO DOS ELEMENTOS DE CONTORNO COM DUPLA RECIPROCIDADE E O MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS EM PROBLEMAS DE POISSON HÉRCULES DE MELO BARCELOS1, CARLOS FRIEDRICH LOEFFLER NETO2 1

Mestrando em engenharia mecânica , Universidade Federal do Espírito Santo , (27)81875569, [email protected]. Professor Drº e titular e engenharia mecânica, Universidade Federal do Espírito Santo , (27)40092116, [email protected]

2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: O objetivo deste trabalho é avaliar o desempenho do Método dos Elementos De Contorno com Dupla Reciprocidade, que aproxima a distribuição das ações de domínio através de uma interpolação com funções radiais de base plena, comparando-o com o Método dos Elementos Finitos, na solução de problemas governados pela Equação de Poisson. Tais problemas se aplicam em diferentes e importantes áreas da engenharia, como na transmissão de calor, no eletromagnetismo e em problemas elásticos particulares. Em termos numéricos, sabe-se das dificuldades existentes na aproximação precisa de distribuições mais complexas de cargas, fontes ou sorvedouros no interior do domínio para qualquer técnica de contorno. No entanto, este trabalho mostra que, não obstante tais dificuldades, o desempenho do Método dos Elementos de Contorno é superior, tanto no cálculo da variável básica, quanto na sua derivada. Para tanto, são resolvidos problemas bidimensionais referentes a membranas elásticas e torção uniforme, usando malhas com diferentes graus de refinamento. São geradas curvas de desempenho através do cálculo do erro médio percentual para cada malha, demonstrando a convergência e a precisão de cada método. Os resultados também são comparados com as soluções analíticas disponíveis para cada exemplo resolvido. PALAVRAS–CHAVE: Elementos de Contorno, Elementos Finitos e Soluções Analíticas.

COMPARISON OF PERFORMANCE BETWEEN BOUNDARY ELEMENTS METHOD ENHANCE BY DOUBLE RECIPROCITY WITH THE FINITE ELEMENT METHOD, SOLVING PROBLEMS OF POISSON ABSTRACT: The purpose of this work is to evaluate the performance with Boundary Elements Method enhanced by Double Reciprocity, solving problems of Poisson. Specifically, this new approach is based on the approximation of the domain’s action distribution, through interpolation using radial’s functions of plenary base. Once these results are obtained, they will be confronted with those attained from the Finite Elements Method. The problems governed by the equation of Poisson are relevant to various and important engineering’s areas; such as, heat transfers, electromagnetism, and particulars elastic problems. From a numerical perspective, it’s well known that there are problems related to the precise approximation of cases like: loads, sources and drains of potentials, inside of a domain for any boundary technical method. Even though the described difficulties, this work shows that the performance of the boundary element method is superior in both: calculation of basic variable, and its derivate. To illustrate this assert, were solved bi-dimensional problems related to elastic membranes and uniform twist, using several meshes with different degrees of refinement. Through of percent mean error calculation for witch different mesh, are generated performance’s curves, showing the precision and convergence for each method. The results also are compared with the available analytical solutions in each case. KEYWORDS: Analytical Solutions, Boundary Elements, and Finite Elements

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INTRODUÇÃO Problemas em regime permanente, que envolvem a presença de fonte e/ou dreno de potencial, como no caso da deformação de uma membrana elástica ou de problemas relacionados à torção, são descritos pela equação de Poisson em 1: ; tÄ,È + = 0

(1)

Onde tÄ,È para o caso da membrana, pode representar o potencial relativo ao deslocamento da malha, as derivadas direcionais tÄ,È ⁄ para o exemplo do problema de torção, representam as tensões durante a aplicação de torque em uma barra engastada. Abaixo, têm-se um esquemático do domínio físico da membrana, onde todo o contorno é fixo, apresentando um perímetro quadrado de lado igual a 1. (Figura 1).

Figura 1 - Membrana, sem a aplicação de carga ou ação de domínio. Os resultados deste trabalho são obtidos, estudando o problema de deslocamento da membrana elástica, com extremidades fixas e com um termo fonte atuantes em todo seu domínio. Modelando matematicamente este problema, temos que os valores de tÄ,È obtidos, representam os deslocamentos de cada ponto interno da membrana, e que para cada valor de canto temos tÄ,È nulo . Para solucionar este problema, aplica-se o MSV ou método das separações de variáveis. Este método nos permite escrever a solução do problema de Poisson conforme a equação 2: ¡Ä,È = ∑ (2) # ∑ # Ä È Onde a solução proposta em 2, representa um somatório infinito de produto entre funções, as quais carregam as características da dimensão x e y. O desenvolvimento da equação 2 pelo MSV, para um caso homogêneo com a constante c igual a 0, nos leva a seguinte expressão matemática em 3:

683

¡(Ä,È) = ∑ # ∑ '# &* «

# ¸

® p &* «

F

Ç®

(3)

As funções correspondentes a x e y ficam definidas como um produto de funções entre senos, cujo aspecto modela o fenômeno físico da membrana elástica. As constantes a e b são as dimensões do domínio da membrana, as quais para este problema equivalem a 1. Para o caso não homogêneo, aplica-se o operador laplaciano na equação 3, igualando-a ao termo fonte -2 conforme apresentado na equação 4. ; ∑ # ∑ ñ '# &* «

# ¸

® p &* «

F

Ç® ¸/ + #/

/ F

=2

(4)

Com isto os valores das constantes '# e p podem ser obtidos pela aplicação da Série Dupla de Fourier, multiplicando ambos os lados da equação 4 pelas seguinte função 5, obedecendo os princípios de ortogonalidade de funções: #

&* « ¸ ® &* «

F

Ç®

(5)

E integrando em todo o domínio, definido pelos limites de integração [0,1] para x e y, apresentando a seguinte integral em 6: ; ∑ # ∑ ñ '# p

#/

+ ¸/

/ F

: : &*; « ¸ ® &*; « 8

8

8 8 # 2 : : &* « ¸ ® &* « F Ç® ÂÇ

#

F

Ç® ÂÇ = (6)

O desenvolvimento da expressão 6, define o valor dos coeficientes conforme a equação 7. ∑ # ∑ 'p =∑# ∑

<;



8



ˆ #+/ ¼/ 3 / /



(7)

Ficando a solução geral conforme a equação 8[5]. ¡Ä,È = ˆ ∑ # ∑ <;

Ä®!C#« È® / / #+ / ¼ / 3

!C#«



(8)

Propor uma solução analítica, como mostrado anteriormente, requer além de um grande domínio matemático, tempo para obtê-la. Para agilizar a busca de resultados, de forma satisfatória, que corresponda a um erro mínimo com relação a resposta analítica, faz-se o uso de métodos numéricos computacionais, desenvolvidos com todo e matemático necessário. Este trabalho apresenta uma comparação entre as respostas obtidas pelo MEC ou método dos elementos de contorno, com o MEF ou método de elementos finitos. O erro é medido, comparando a resposta de cada método com a resposta analítica, apresentada na equação 5.

MATERIAL E MÉTODOS Os principais métodos numéricos da atualidade estão baseados na ideia de discretização 684

de um domínio de análise contínuo, através de um determinado número de pontos representativos do mesmo, conforme o esquemático da figura 2

Figura 2 – Domínio ômega sendo discretizado, definindo uma malha MEC. O MEC ou Método dos Elementos de Contorno fundamenta-se na discretização apenas no contorno. A tomada inicial para a aplicação do método em três etapas, sendo estas: a integração da equação proposta pelo problema em todo o domínio, a aplicação de técnicas de cálculo para reduzir (enfraquecer) o grau das derivadas, e preparar o modelo para aplicar o teorema da divergência, levando assim as integrais para o contorno. Como demostrado a seguir, temos que a equação 9, apresenta a partida inicial do método. Ω t,>> t∗ Ω = Ä t∗ Ω

(9)

Procurando não estender a teoria geral do método, temos que a equação geral, aplicada no contorno do domínio estudado, e apresentando uma ação de domínio constante para a função Ä , fica conforme a equação 10 u! C! + # uu∗ ,] n] dΓ − # u,] u∗ n] dΓ = α% −ψ! «# q∗ dΓ + C! ® + η! # u∗! dΓ %

%

(10)

A forma integral na equação 10 é denominada como forma integral inversa. Conforme a equação 10, temos que o termo ζ, representa a coordenada de integração local em cada subdivisão do contorno do domínio estudado, n] representa a direção normal ao contorno, Γ representa o elemento de integração no contorno, e as funções do lado direito, representam funções de interpolação, atentando que q∗ representa o termo u∗ ,] n] , ou seja, os fluxos normais a serem calculados. Integrando a equação 10 no contorno, esta fica representada como uma ~[l.´puma equação matricial global conforme a expressão 11 )Y¡ − Ö* = Y+ − ó, -

(11)

Tal expressão representa um sistema matricial da forma Au=b, onde os valores de u obtidos representam os respectivos deslocamentos da malha, após a ação de domínio equivalente a -2. O segundo método numérico computacional utilizado é o MEF ou método dos elementos finitos. O MEF difere do MEC quanto à forma de discretização, pois basea-se na discretização do domínio global, através de sub domínios locais .. A forma integral 685

apresentada pelo MEC é denominada como como forma fraca, expressa na equação 12. /0t). = 1 QÆ (Â, Ç). + 3 lQ2 1 /0Q( 4

(12)

Onde v representa uma função auxiliar, e que vale zero em todo o contorno prescrito devido já conhecermos as condições essenciais apresentadas apresentadas no esbouço do problema da membrana. De mesmo modo que o método MEC, a equação 12 trabalhada de forma local, gera uma matriz global esparsa, apresentando assim um sistema matricial linear com solução única. As rotinas de programação, tanto em MEF quanto quanto MEC, foram escritas em Fortran 77 e compiladas no Microsoft Developer Studio [3]. Os gráficos de resposta foram gerados no software Paraview. A malha utilizada para rodar o programa em MEC foi do tipo uniforme conforme Figura 3 e a malha utilizada para ara o MEF uma malha do tipo triangular estruturada Figura 4. A análise do erro local de cada ponto foi medida pelo módulo da subtração de cada resposta analítica com a resposta numérica, dividindo pelo maior valor analítico. A análise do erro global foi feita f através do erro médio.

Figura 3 – Malha uniforme

Figura 4 – Malha estruturada triangular 686

O refinamento das malhas foi feito de forma igual para ambos os métodos, afim de que os resultados sejam analisados nas mesmas coordenadas geométricas da malha. A distribuição foi feita para 20,40,60,80,100,120,140 e 160 elementos de cantos. RESULTADOS E DISCUSSÃO Para expor os resultados de forma gráfica e simplificada, foi escolhida uma malha de 80 pontos de contorno com 361 pontos internos, representando representando assim a solução analítica e as numéricas MEC e MEF. A representação gráfica da resposta analítica definida na equação 8, está apresentada abaixo (Figura 5)

Figura 5 – Os valores de m e n da expansão da série são equivalentes e valem 101. A representação sentação gráfica da resposta MEC, obtida através da solução matricial da equação 11 é apresentada abaixo (Figura 6)

Figura 6 – A resposta MEC como solução da equação de Poisson .

687

A representação gráfica da resposta MEF, obtida através da equação 12, apresenta ap o seguinte resultado (Figura 7)

Figura 7 – A resposta MEF como solução da equação de Poisson para o problema. Em uma comparação gráfica, temos que ambos os métodos convergiram com alto grau de precisão com relação a resposta analítica A tabela 1 apresenta o grau de convergência dos métodos, quanto ao nível de refinamento equivalente para ambos. TABELA 1 - Distribuição de erros globais para cada malha MALHA ERRO MEF ERRO MEC 20 2,3323% 0,7771% 40 0,4971% 0,1465% 80 0,1212% 0,0314% 160 0,0360% 0,0037% Através da tabela 1, gera-se gera se um gráfico denominado de gráfico de convergência, onde se pode visualizar de forma mais clara a precisão dos métodos (Figura 8). 2,5000%

Erro %

2,0000% 1,5000% 1,0000%

MEF

0,5000%

MEC

0,0000% 20

40

60

80 100 120 140 160

Refinamento da malha de contorno

Figura 8 – Gráfico de convergência

688

CONCLUSÕES Para o problema de deformação da membrana elástica, através da atuação de uma carga de domínio, temos que o Método de elementos de contorno teve grande desempenho em malha pobre, em comparação com o método dos elementos finitos, garantindo com isso alta desempenho em analises com poucos refinamentos, reduzindo o tempo de processamento. Para grandes refinamentos, ficam concluídos que ambos os métodos atendem para resultados com elevada precisão. Existem métodos otimizados (estabilizados) que auxiliam na diminuição dos erros em programação de elementos finitos, os quais aqui não foram utilizados para garantir que nenhum método sobressaia de forma preferencial na obtenção da resposta final. REFERÊNCIAS [1] C. A. Brebbia, J.C. Telles and L.C. Wrobel, “Boundary Element Techniques”, Springer Verlag, 1984. [2] Loeffler &Mansur, Vibrações Livres de Barras e Membranas Através do Método dos Elementos de Contorno, Revista Brasileira de Engenharia (RBE), ISSN 0102-2695, Caderno de Engenharia Civil, Vol 4, nº 2, pp. 5-23, (1986). [3] Rodrigues J.A., Métodos Numéricos: Introdução, Aplicação e Programação. Edição Silabo (2003). [4] R.Courant, “Variacional Methods for the Solution of Problemas of equilibrium and Vibrações, “bulletin of the American mathematical society, Vol, 49, 1943,pp 1-23 [5] Boyce, W.E.; Diprima, R.C., Equações Diferenciais elementares e Problemas e Valores de Contorno, Ed. LTC.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

EXTRAÇÃO DO ÓLEO, PRODUÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE PROPRIEDADES FÍSICAS DO BIODIESEL DE SEMENTES DE MARACUJÁ (iflora edulis) JULIA DOMINGUES1, IVENIO MOREIRA DA SILVA2, EDNILTON TAVARES DE ANDRADE3, FERNANDA FERREIRA4 1

Bolsista de iniciação científica CNPQ; Estudante de Engenharia Agrícola e Ambiental; UFF; 21 80915251; [email protected] 2 Professor assistente II, TER, UFF; 21 88838262; [email protected] 3 Professor associado, PGGB,UFF; 21 26295395; [email protected] 4 Estudante de Engenharia Agrícola e Ambiental; UFF; [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: O óleo extraído das sementes de maracujá (iflora edulis) pode ser utilizado para diversos fins industriais, sendo aplicado na indústria de cosméticos, fabricação de tintas, sabões e outras. Mediante o incentivo dado à produção de biocombustíveis e o estudo das variadas fontes de matéria-prima nos últimos anos, o biodiesel produzido a partir do óleo extraído das sementes de maracujá, apresenta-se como viável alternativa em regiões produtoras. Para o presente estudo, as sementes de maracujá foram lavadas para retiradas dos resíduos de poupa e posteriormente secas à sombra. Elas foram prensadas mecanicamente através de prensa Ecirtec MP-40, e o óleo obtido, que possui a massa específica de 924,29 kg.m-3 e a viscosidade cinemática de 27,918 mm².s-1, ou pelos processos de filtragem e degomagem ácida com ácido fosfório a 5%. A produção do biodiesel foi feita por rota etílica e com o uso do NaOH como catalizador. Foram utilizados um agitador mecânico e um ultrasson no processo. Posteriormente, foram estudadas propriedades físicas como a viscosidade cinemática do combustível, onde obteve-se um valor de 4,197 mm².s-1. PALAVRAS–CHAVE: Biodiesel, Maracujá, Degomagem.

EXTRACTION OF OIL, PRODUCTION AND CHARACTERIZATION OF PHYSICAL PROPERTIES OF BIODIESEL FROM SEEDS OF IONFRUIT IFLORA EDULIS ABSTRACT: The oil extracted from the seeds of ion fruit (iflora edulis) can be used for a lot of industrial purposes, being applied in cosmetics, paints, soaps and others. Through the encouragement of biofuels production and the study of different sources of raw materials in recent years, the biodiesel produced from the oil extracted from the seeds of ion fruit, presents itself as viable alternative for producing regions. For the present study, the ion fruit seeds were washed in order to remove the leavings of fruit and subsequently dried at shadow. They were mechanically pressed by Ecirtec MP-40 and the final oil, which has a density of 924,29 kg.m-3 and a kinematic viscosity of 27,918mm².s-1 was subjected to filtration process and phosphoric acid degumming 5%. The production of biodiesel was performed by ethyl route using NaOH as a catalyst. We used a mechanical stirrer and an ultrasound in the process. Thereafter, physical properties were evaluated as the kinematic viscosity of the fuel, which were 4,197 mm ².s-1. KEYWORDS: Biodiesel, ionfruit, Degumming.

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INTRODUÇÃO O óleo extraído das sementes de maracujá (iflora edulis) pode ser utilizado para diversos fins industriais, sendo aplicado na indústria de cosméticos, fabricação de tintas, sabões e outras. Mediante o incentivo dado à produção de biocombustíveis e ao estudo das variadas fontes de matéria-prima nos últimos anos, o biodiesel produzido a partir do óleo extraído das sementes de maracujá, apresenta-se como viável alternativa em regiões produtoras. Nos últimos anos, diversas fontes de matérias primas para a produção de biodiesel estão sendo estudadas, e o óleo extraído de sementes de espécies oleaginosas tem recebido destaque. As culturas oleaginosas têm recebido especial atenção no âmbito acadêmico e industrial, pois são matérias-primas potencialmente promissoras na síntese de diversos materiais, a exemplo do biodiesel, materiais poliméricos, lubrificantes, resinas e ceras. Além disso, apresentam-se como uma proposta de sustentabilidade, por serem um recurso renovável que podem reduzir ou substituir os derivados do petróleo (O’BRIEN, R. D. in Fats and Oils: Formulating and Processing for Applications. Second edition, CRC Press: New York, 2009.) Todos os óleos vegetais, enquadrados na categoria de triglicerídeos, podem ser transformados em biodiesel, e o rendimento em óleo vegetal das oleaginosas varia de acordo com a espécie, bem como o potencial de cultivo no país (CID, 2008). A cultura do maracujá, por sua vez, vem ocupando um lugar de destaque na fruticultura tropical, um segmento que se expandiu como um todo nos últimos 30 anos. Considerada como uma alternativa agrícola interessante para a pequena propriedade cafeeira, é a fruteira que mais tem atraído os produtores. Representa uma boa opção entre as frutas por oferecer o mais rápido retorno econômico, bem como a oportunidade de uma receita distribuída pela maior parte do ano (MELETTI, 2011). A composição química do óleo de maracujá e suas propriedades físico-químicas estão descritas nas tabelas 1 e 2, respectivamente, conforme Conceição et. al (2011). Tabela 1. Composição química do óleo de maracujá Ácido Graxo Mirístico (CH3-(CH2)12-COOH) Palmítico (CH3-(CH2)14-COOH) Palmilotéico (CH3-(CH2)5-CH-CH-(CH2)7-COOH) Esteárico (CH3-(CH2)16-COOH) Oléico (CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH) Linoléico (CH3-(CH2)3-(CH2-CH=CH)2-(CH2)7-(COOH) Linolênico (CH3-(CH2)3-(CH2-CH=CH)3-(CH2)7-(COOH)

Concentração (%) 0,1 10,9 0,1 2,8 17,3 68,1 0,3

Tabela 2. Propriedades físico-química do óleo de maracujá Propriedades Índice de Acidez, mg KOH.g-1. Índice de Saponificação, mg KOH.g-1. Índice de Matéria, Insaponificação, %. Índice de Peróxido, mEq O2.kg-1. Viscosidade Cinemática, mm2.s-1. Estabilidade Oxidativa, h.110°C-1. Umidade, %. Índice de lodo.

Óleo de Maracujá 2,0 185,0 0,4 8,0 30,4 13,6 1,0 133,8 691

Lopes et al.(2010) verificaram o teor de lipídeos obtendo valores de 16,7 a 19,2 g 100g-1 em sementes de uma das variedades de maracujá estudadas. Contudo, o óleo extraído, precisa ser submetido a processos que permitam seu enquadramento como combustível. Esses processos vão da quebra dos triglicerídeos que são de cadeias longas à caracterização do produto resultante. A transesterificação é o processo em que o óleo vegetal, triacilglicerídeo, reage com um álcool na presença de uma base ou ácido forte, produzindo uma mistura de ésteres de ácidos graxos e glicerol. Conforme Knothe (2005), as propriedades do biodiesel que são determinadas através da estrutura de seus ésteres de ácidos graxos incluem a qualidade de ignição, ponto de fulgor, ponto de fluidez, estabilidade oxidativa, viscosidade e lubricidade. Misturas de biodiesel ao óleo diesel foram estudadas por Alptekin & Canakci (2008) sendo verificado o aumento da viscosidade e da massa específica das mesmas em relação à proporção de biodiesel adicionado. A viscosidade de alguns combustíveis de petróleo é importante para estimar uma ótima estocagem, manuseio e condições de operação. Deste modo, a medição precisa da viscosidade é essencial para a especificação de muitos produtos. Tal propriedade afeta a atomização de um combustível e sua injeção na câmara de combustão, desse modo formando depósitos no motor. Machado (2008) cita que a massa especifica de um combustível para motores diesel é uma propriedade fundamental, pois a bomba injetora e os injetores são construídos para dosar volumes pré-determinados de um combustível padrão, enquanto que o fator determinante na câmara de combustão é a relação entre massas de ar e de combustível. Em função do descrito anteriormente, esta pesquisa teve como objetivo a extração do óleo de Sementes de Maracujá - iflora Edulis, seguido da produção do biodiesel e da caracterização das propriedades físico-químicas Viscosidade Cinemática e Massa Específica. MATERIAL E MÉTODOS Para o presente estudo, as sementes de maracujá foram adquiridas na Indústria de Sucos Imbiara Ltda. Elas foram lavadas para retiradas dos resíduos de poupa e posteriormente secas à sombra. O processo de secagem foi complementado com o uso de câmara desidratadora com ventilação forçada. As sementes foram prensadas mecanicamente através de prensa Ecirtec MP-40, e o óleo obtido ou pelos processos de filtragem e degomagem ácida à 5%, onde foi colocado 5% de ácido sulfúrico ao óleo de maracujá aquecido à 65°C, seguido de uma agitação mecânica de 30 minutos. Para o processo de transesterificação, foram utilizados 50% de etanol e 2% de hidróxido de sódio (NAOH). Para ocorrer a reação, os produtos foram submetidos a uma agitação mecânica de 20 minutos e mais 30 minutos no ultrassom. Ao fim, obteve-se o biodiesel de maracujá e a glicerina. O estudo da massa específica foi realizado mediante o uso do método do Picnômetro para a realização das medições, baseando-se na norma NIE_DIMEL-039, do INMETRO. A determinação da viscosidade cinemática foi realizada conforme as normas NBR 10441 e ASTM D 445. Foi utilizado viscosímetro Cannon Fenske, capilar 100 (K= 0,01512 mm2.s-2) e banho termostatico a 40°C. O valor de viscosidade foi obtido multiplicando-se o tempo pela constante de calibração (K) do viscosímetro. RESULTADOS E DISCUSSÃO No processo de prensagem (Figura 1 e 2), obteve-se um rendimento de 16,02 %, onde foram obtidos sete litros de óleo bruto (Figura 3). Após a filtragem (Figura 4) e o seu 692

acondicionamento em frascos âmbar, realizou-se na mesma semana a caracterização de propriedades físico-químicas. Obteve-se os valores 924,29 kg.m-3 e 27,918 mm².s-1 referentes à Massa Específica e a Viscosidade Cinemática do óleo, respectivamente (Figuras 5 e 6).

Figura 1 - Prensagem das sementes.

Figura 3 - Óleo bruto de maracujá.

Figura 5 - Massa específica.

Figura 2 - Extração do óleo de maracujá.

Figura 4 - Óleo filtrado de Maracujá.

Figura 6 - Viscosímetro. 693

Foram encontradas dificuldades na produção do biodiesel do óleo de maracujá devido, principalmente, à alta viscosidade do óleo e o seu baixo índice de pureza. Após a realização de diversos testes os resultados obtidos não foram satisfatórios, observando-se o endurecimento do material após a reação de transesterificação e a não separação do glicerol (Figura 7). Tal comportamento pode ser explicado pela presença de fosfatídeos e impurezas no óleo. Assim, tornou-se necessário realizar novos ensaios para que o óleo fosse submetido ao processo de degomagem ácida (Figura 8).

Figura 7 - Transesterificação Incompleta.

Figura 8 - Degomagem Ácida.

Após a reação de transesterificação, verificou-se que utilizando 50 ml de óleo, obteve-se 17,2 ml de glicerina (Figura 9). Posteriormente, foram estudadas propriedades físicas do combustível, onde obteve-se um valor de 4,197 mm².s-1 para a viscosidade cinemática.

Figura 9 - Biodiesel de Maracujá.

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CONCLUSÕES O processo de prensagem à frio das sementes de maracujá precedeu-se de forma satisfatória, sendo observada a sua eficiência. Contudo, conclui-se que a eficiência desse processo está relacionada ao ajuste dos espaçadores da prensa, bem como o fluxo de sementes na entrada do equipamento. Apesar do êxito na reação de transesterificação, o biodiesel produzido através do óleo extraído das sementes de maracujá apresentou alguns fatores negativos, dentre eles a quantidade acima do normal de glicerina gerada no processo. Além disso, o óleo de maracujá apresenta uma alta taxa de viscosidade e impureza, o que não só dificulta a reação, mas também gera a necessidade de aplicação de outros métodos como a degomagem ácida, que encarece a produção. AGRADECIMENTOS Ao professor Ivênio Silva pelo tempo, apoio, orientação e incentivo dado à produção do trabalho. Ao professor Ednilton Tavares pelo e e compreensão. REFERÊNCIAS ABNT - associação Brasileira de Normas Técnicas - Produtos de petróleo –Determinação do ponto de névoa-ABNT NBR 11346. ABNT - associação Brasileira de Normas Técnicas Produto de petróleo - Determinação do ponto de fluidez ABNT NBR 11349. Alptekin, E., Canakci, M. Determination of the density and the viscosities of biodiesel– diesel fuel blends. Renewable Energy 33. 2008. Cid, A. A. Identificação de Fatores Críticos na Produção de Biodiesel: Estratégia para Comercialização Internacional deste Biocombustível. Dissertação de Mestrado. Programa de Pós-Graduação em Tecnologia de Processos Químicos e Bioquímicos, Escola de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro. 2008. Crippa, T. M. A inserção do biodiesel no Brasil: aspectos regulatórios e técnico econômico. Projeto de Fim de Curso- Departamento de Engenharia Industrial - Universidade Federal do Rio de Janeiro, 33 p., 2005. Knothe, G. Dependence of biodiesel fuel properties on the structure of fatty acid alkyl esters. Fuel Processing Technology 86. 2005. Lopes, R. M., Sevilha, A. C., Faleiro, F. G., Silva, D. B., Vieira, R. F., Costa, T. S. A. Estudo Comparativo do Perfil de Ácidos Graxos em Semente de ifloras Nativas do Cerrado Brasileiro. Rev. Bras. Frutic., Jaboticabal - SP, v. 32, n. 2, p. 498-506, Junho 2010. Machado, P. R. M. Ésteres combustíveis em motor de ciclo diesel sob condições de préaquecimento e variação no avanço de injeção. 2008. 163 p. Tese de Doutorado - Programa De Pós-Graduação Em Engenharia Agrícola, Centro De Ciências Rurais, Universidade Federal de Santa Maria – 2008. Meletti, L. M. M. Avanços na Cultura do Maracujá no Brasil. Rev. Bras. Frutic., Jaboticabal - SP, Volume Especial, E. 083-091, Outubro 2011. Conceição, l. R. V, pantoja, s. S, cavalcante, m. S, bastos, r. R. C, rocha filho, g. N, zamian, j. R. Comparação dos métodos assistidos por radiação de micro-ondas e convencional na produção de biodiesel de maracujá (iflora edulis). 51° Congresso Brasileiro de Química – São Luiz do Maranhão, 2011.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ - Brasil 21 a 25 de Outubro

CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA DE SOLO CONTAMINADO POR RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS NA ESTRADA ARROIO PAVUNA EM JACAREPAGUÁ NO MUNICÍPIO RIO DE JANEIRO ADRIANA ALVES BARBOSA1, SÉRGIO MACHADO CORRÊA2 1

Acadêmica de Mestrado em Química, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, e-mail: [email protected] Professor Associado do Departamento de Química e Ambiental, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rodovia Presidente Dutra, km 298, 27537-000, Resende (RJ). E-mail: [email protected] 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Este trabalho caracteriza quimicamente um solo frente ao contato de resíduos sólidos urbanos lançados diariamente pelos moradores da comunidade Arroio Pavuna, em Jacarepaguá (RJ). A região escolhida também é conhecida como estrada do urubu, sendo estes animais um dos principais vetores presentes no local. Para a caracterização química foram determinados pH, Carbono Orgânico, Matéria Orgânica, alguns metais como Ni, Cu, Fe, Cd, Pb, Zn, Cr e compostos orgânicos, além de um teste de comportamento de fuga com oligoquetas Eisenia andrei para avaliar a função de habitat deste solo. Foram utilizadas as técnicas de Absorção Atômica por Chama e de Espectrometria de Massas acoplada a Cromatografia de Fase Gasosa, com a respectiva validação destes métodos. Os resultados obtidos apontaram que a região apresenta um solo ácido com pH na faixa de 5,51 e 6,70, com concentrações de Cobre, Cromo, Níquel e Zinco acima dos valores orientadores de referência de qualidade dos solos, um teor médio de matéria orgânica na faixa de 21,71 a 29,73 g kg-1, além de presença de compostos orgânicos com estruturas bastantes complexas e sua função de habitat está limitada. Como sugestão para a remediação deste solo, a fitorremediação apresenta bons rendimentos para remoção parcial ou total desses metais. PALAVRAS–CHAVE: Resíduos sólidos, caracterização química, remediação

CHEMICAL CHARACTERIZATION OF A SOIL CONTAMINATED BY URBAN SOLID WASTE ON THE ROAD ARROIO PAVUNA AT JACAREPAGUÁ IN THE CITY RIO DE JANEIRO ABSTRACT: This study characterizes chemically a soil against the of urban solid waste daily disposed by residents in Arroio Pavuna the studied area (RJ). The selected region is also known as the road of the vulture, and these animals, one of the main vectors on site. For chemical analysis were determined pH, organic carbon, organic matter, metals like Ni, Cu, Fe, Cd, Pb, Zn, Cr and organic compounds, as well as a test of avoidance behavior with earthworms Eisenia andrei to assess habitat function of this soil. Techniques were used as Flame Atomic Absorption and Mass Spectrometry coupled to Gas Chromatography and these methodologies were validated. The results showed that the region presents an acid pH in the range of 5.51 to 6.70, with concentrations of Copper, Chromium, Nickel and Zinc values above the guiding reference soil quality, an average content of organic matter in the range of 21.71 to 29.73 g kg-1, and the presence of organic compounds with structures quite complex and its function is limited habitat. As a suggestion for this soil remediation, phytoremediation has good yields to partial or total removal of these metals. KEYWORDS: Solid waste, chemical characterization, remediation

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INTRODUÇÃO Diante de uma população de sete bilhões de habitantes, questões como alimentação, habitação, educação, saneamento básico, segurança e transporte são discutidas, porém, pelo parâmetro ambiental, uma das consequências mais agravantes desse crescimento desordenado é a quantidade de resíduos gerados todos os dias. No Brasil, por exemplo, cada brasileiro participa com 1,2 kg de lixo por dia, na Europa 1,3 kg por habitante e nos Estados Unidos 2,8 kg por pessoa (ABRELPRE, 2010). Em 2012, o Programa das Nações Unidas para o Meio Ambiente (PNUMA) divulgou um informativo que a quantidade de lixo mundial aumentará de 1,3 bilhão de toneladas para 2,2 bilhões de toneladas até o ano de 2025. Os resíduos gerados nas residências são chamados de resíduos sólidos urbanos. De acordo com Associação Brasileira de Normas técnicas (ABNT), na norma 10004 de 2004, os resíduos sólidos são definidos como resíduos nos estados sólido e semi-sólido que resultam de atividades de origem industrial, doméstica, hospitalar, comercial, agrícola, de serviços e de varrição. Ficam incluídos nesta definição os lodos provenientes de sistema de tratamento de água, aqueles gerados em equipamentos e instalações de controle de poluição, bem como determinados líquidos, cujas particularidades tornem inviáveis o seu lançamento na rede pública de esgotos ou corpos de água, ou exijam para isso soluções técnicas e economicamente viáveis em face à melhor tecnologia disponível. Existem diversas formas de destinação dos resíduos sólidos como os aterros sanitários e controlados, a incineração, o co-processamento e os postos de coleta voluntária. Porém, no Brasil, os aterros sanitários e controlados são as principais vias de destinação final dos resíduos sólidos urbanos. Sabe-se também que existem muitas rotas clandestinas e irregulares de disposição desses resíduos. Problemas como a explosão de um shopping construído sob um antigo lixão em São Paulo, assim como o desmoronamento do morro Bumba, antigo lixão em Niterói (RJ), bem como a desativação do aterro de Gramacho em Caxias (RJ), ou ainda a ativação do aterro de Seropédica (RJ), em uma área de proteção ambiental, além do problema Cidade dos Meninos em Duque de Caxias (RJ) e a questão social dos catadores dos lixões desativados só enfatizam os impactos ambientais e sociais ocorridos pela falta gerenciamento de áreas destinadas aos resíduos. No artigo 225 da Constituição Federal de 1988, os direitos fundamentais da cidadania estão consagrados, assim como são estabelecidos o nosso direito ao meio ambiente e o nosso dever de defendê-lo e preservá-lo. Dentre algumas das mais importantes leis aprovadas após a vigência da Constituição de 1988, destacam-se as leis de Política Nacional de Recursos Hídricos (Lei no 9.433/97), Crimes Ambientais (Lei no 9.605/98), Política Nacional de Educação Ambiental (Lei no 9.795/99), Sistema Nacional de Unidades de Conservação (Lei no 9.985/00), Política Federal de Saneamento Básico (Lei no 11.445/07) e Política Nacional de Resíduos Sólidos (Lei no 12.305/10) (ROCCO, 2012). Como esse trabalho remete à destinação inadequada dos resíduos sólidos urbanos em uma localidade, escolheu-se a Política Nacional de Resíduos Sólidos (PNRS, 2010), para apresentar algumas ações socioambientais que estão sendo desenvolvidas para 2020. Como exemplos, tem-se a redução de 70% dos resíduos recicláveis secos em aterros sanitários até o final de 2012, a eliminação de aterros controlados e lixões até 2014, a inclusão e a organização de 600 mil catadores de materiais reutilizáveis e recicláveis até 2023, além da programação da coleta seletiva em todos os municípios brasileiros, inicialmente, os de maiores portes, bem como os municípios sede da Copa 2014 e Olimpíadas 2016. Há também a implantação da logística reversa pós-consumo de embalagens em geral, a partir de 2013 até o ano de 2020 e por fim a inserção de medidas voltadas para as feiras, CEASA e demais pontos de resíduos orgânicos, aproveitando para fins agrícolas, jardinagens e geração de energia. 697

Essas medidas, propostas a curto prazo, só evidenciam preocupações com a quantidade gerada e com a destinação desses resíduos. Segundo dados da Secretaria de Estado do Ambiente (SEA), no ano de 2007, dos 92 munícipios do Estado do Rio de Janeiro, 76 descartavam seus resíduos em lixões e 12 em locais remediados e controlados. Apenas 4 municípios destinavam seus resíduos aos aterros sanitários. Em 2012, 58 cidades do estado aram a destinar seus resíduos aos aterros sanitários. Espera-se que no final do ano de 2013, 82 cidades destinem seu lixo nos locais adequados para a disposição de resíduos. Aos poucos, as leis ambientais estão se fortalecendo e sendo cumpridas conforme devem ser quaisquer tipos de leis. De acordo com a Companhia de Limpeza Urbana do Rio de Janeiro (Comlurb), a quantidade de lixo recolhida na praia de Copacabana no Réveillon de 2012 para 2013, por exemplo, com a presença de 2 milhões de pessoas, foi de 300 toneladas de lixo. No evento da Jornada Mundial da Juventude (JMJ) no mês de julho de 2013, onde 400 a 500 mil pessoas estavam presentes, a companhia recolheu 17 toneladas de lixo. Essas estatísticas só confirmam a necessidade do PNRS ser cumprido. No dia 20 de agosto de 2013, a cidade do Rio de Janeiro apresentou o projeto “Lixo Zero” que autoriza agentes públicos a multarem quem for flagrado ao jogar lixo nas ruas. Os valores das multas variam entre R$ 157,00 a R$ 3.000,00 dependendo da quantidade do resíduo. Essas multas estão associadas ao F do cidadão, podendo, portanto, ter seu nome vinculado aos órgãos credores. Esse programa foi fundamentado na Lei 3273 de 2001, que dispõe sobre a gestão de limpeza urbana no município do Rio de Janeiro. Por fim, este trabalho apresenta três esferas de estudo. A primeira são os resíduos sólidos urbanos, em particular os domésticos, com diversas substâncias químicas “perigosas” descartadas inadequadamente, como produtos de limpeza, inseticidas, embalagens de plásticos organoclorados, recipientes metálicos que armazenam alimentos, além das lâmpadas fluorescentes e pilhas. A segunda esfera de estudo é o solo que recebe lixo diariamente sem qualquer tratamento, contrapondo-se às suas principais funções de servir de sustentação da vida de todos os seres vivos, além de proteger as águas superficiais e subterrâneas. Por último escolheu-se a caracterização química, já que o solo é uma matriz complexa e engloba estudo em diversas áreas do conhecimento. E a partir do estudo químico deste solo, é possível sugerir uma técnica de remediação para remoção total ou parcial dos principais contaminantes encontrados. Este trabalho aponta um problema social e ambiental, isto é, lançamento inadequado de resíduos sólidos em um solo pelos moradores da região em estudo, resultando na contaminação deste solo e na descaracterização de sua biota, assim como a manifestação de diversas doenças relacionadas a sujeira, bem como a convivência com os principais vetores como ratos, baratas, urubus, além de existir a desvalorização econômica da região. MATERIAL E MÉTODOS Escolheu-se o local Estrada Canal Arroio Pavuna situado em Jacarepaguá, na zona oeste do município Rio de Janeiro, para caracterizar quimicamente o solo contaminado por resíduos sólidos urbanos. Esta região é também conhecida como “Estrada do Urubu” por causa da grande quantidade de urubus que rondam o local. Essa área é permeada pelo rio Arroio Pavuna que já se encontra assoreado, principalmente pela elevada carga de esgoto lançada diariamente pelas moradias à beira do rio e pelas tubulações clandestinas. Além disso, esse é um dos principais rios que desagua na Lagoa de Jacarepaguá, hoje totalmente contaminada. O estudo do solo desta região ocorreu em dois períodos, um em fevereiro de 2013 e outro em junho de 2013 e envolveu quatro fases. A primeira fase fez-se coletas de amostra do solo contaminado em toda a extensão do rio. No segundo momento, ocorreram os testes 698

físicos, químicos e microbiológicos, bem como análises instrumentais. A terceira fase compreendeu a avaliação dos dados. E por último, a apresentação e a discussão dos resultados. Para se obter uma amostragem representativa da região de estudo, são necessários alguns fatores, tais como, a distribuição dos pontos de amostragem, o número de pontos de amostragem, a profundidade das amostras, as quantidades de amostras, amostras simples ou compostas, preparação das amostras e as técnicas de análises (CETESB, 1999). Foram escolhidos sete pontos para a coleta nos dois lados do rio conforme representados na Figura 1. Os pontos 1 e 2 foram coletados em áreas com grandes quantidades de resíduos domésticos e de materiais de construção. O ponto 3 representa a metade da estrada, com lixo e fezes de animais. Os pontos 4 e 7 foram coletados em lados opostos e representam amostras menos impactadas pelo aspecto visual. Os pontos 5 e 6 são próximos a moradias e foram coletados na curva do rio.

Figura 1 - Localização da região em estudo, com os sete pontos de coleta. As metodologias utilizadas para as análises pertencem a órgãos de credibilidade no campo científico (que são os métodos normalizados), porém o emprego desses métodos necessitam de uma validação, para a obtenção de resultados adequados e confiáveis à qualidade pretendida. Os principais parâmetros de validação são seletividade e especificidade, linearidade, sensibilidade, faixa linear de trabalho, limite de detecção, limite de quantificação, exatidão e tendência, precisão, robustez e incerteza (INMETRO, 2007). A coleta das amostra foi orientada pelas metodologias de análise e amostragem de solos da EMBRAPA (2011) e CETESB (1999). Inicialmente, a região foi dividida de maneira uniforme e a distribuição dos pontos de amostragem foi direcionada de acordo com as fontes ou vias de contaminação. Com o auxílio de uma pá, as amostras foram coletadas em 7 pontos diferentes, a uma profundidade média de 20 cm, tendo o cuidado de limpar a superfície da área escolhida, removendo folhas, galhos, outros materiais interferentes. Cerca de 500 g de solo de cada ponto foi armazenado em sacos plásticos limpos, lacrados e identificados. Depois, as amostras foram secas ao ar livre numa temperatura inferior a 40oC (não se pode ultraar para não alterar a concentração de outros elementos). O tempo de secagem variou com a umidade da amostra. Em seguida, a amostra foi moída com o auxílio de almofariz e pistilo de porcelana (não moer cascalhos e calhaus). Após a moagem, a amostra ou pelo processo de tamisação em peneira de 2 mm. Com isso, o material foi acondicionado em um recipiente adequado, podendo ser um saco plástico ou um frasco de vidro, dependendo da análise que será realizada (GALVANI et al., 2005). Foram realizadas algumas análises físicas e químicas, como pH e carbono orgânico seguindo o manual de métodos de análises de solos da EMBRAPA (2011). O procedimento 699

da técnica de Espectrometria de Absorção Atômica por Chama (EAA) foi realizado conforme a metodologia USEPA 3050B e a análise química em um equipamento Perkin Elmer modelo AA400. A técnica de Cromatografia Gasosa com Espectrometria de Massas (CG-EM) seguiram os procedimentos das metodologias USEPA 3540C e 8260B, utilizando-se o equipamento Varian 450 GC e um MS 220, com injetor PTV para grandes volumes e um detector PFPD. pH Em um béquer de plástico de 100 mL, colocou-se 10 mL de solo. Em seguida, foram adicionados 25 mL de água. Agitou-se a amostra com o auxílio de um bastão de vidro, mergulhou-se o eletrodo na suspensão e procedeu a leitura do pH, com prévia calibração do eletrodo com soluções tampão de em pH 4,00 e 7,00. Carbono Orgânico Pesou-se 0,50 g de solo triturado e peneirado em um erlenmeyer de 250 mL. Foram adicionados 10,00 mL da solução de dicromato de potássio 0,0667 mol L-1. Incluiu um branco com 10,00 mL da solução de dicromato de potássio 0,0667 mol L-1. Colocou-se um tubo de ensaio de 25 mm de diâmetro e 250 mm de altura cheio de água na boca do erlenmeyer, funcionando como um condensador. Aqueceu o conjunto em placa elétrica até fervura branda, por cinco minutos. Em seguida, resfriou-se o erlenmeyer, para a adição de 80 mL de água destilada, 2 mL de ácido ortofosfórico e 3 gotas do indicador difenilamina. Realizou-se a titulação com solução de sulfato ferroso amoniacal 0,1 mol L-1, até que a cor azul desaparecesse, cedendo lugar a cor verde. A determinação de carbono orgânico foi calculada conforme as Equações 1, 2 e 3. C1 (g kg-1) = (40 – V2) x F3 x 0,6 F3 = (40 / V4) MO5 (g kg-1) = C1 (g kg-1) x 1,724

(1) (2) (3)

C1 - Carbono Orgânico V2 - Volume gasto F3 - fator de diluição V4 - volume gasto no branco MO5 - Matéria Orgânica Metodologia de Espectrometria de Absorção Atômica por Chama Para a digestão das amostras de solo, uma porção de 1 a 2 gramas de amostra seca foi digerida com adições repetidas de ácido nítrico e peróxido de hidrogênio. Inicialmente, foram adicionados 10 mL de ácido nítrico 1:1 à amostra de solo. Misturou e aqueceu a amostra a 95oC em refluxo entre 10 a 15 minutos. Com a amostra resfriada, foram adicionados 5 mL de ácido nítrico concentrado e colocou o conjunto em refluxo por 30 minutos. Quando uma coloração marrom aparece no condensador, significa que a oxidação da amostra está ocorrendo, portanto, deve se repetir adições de 5 mL de ácido nítrico concentrado até que não apareça mais a cor marrom, indicando completa oxidação da amostra. A solução foi deixada em repouso e coberta por um vidro relógio, sem aquecimento. Em seguida, adicionou-se 2 mL de água destilada e 3 mL de peróxido de hidrogênio 30% e o conjunto coberto com com vidro relógio e aquecido brandamente, para iniciar a reação com peróxido. Continuou-se adicionando 1 mL de peróxido de hidrogênio 30%, porém não foi adicionado mais do que 10 mL no total. Cessou-se o aquecimento quando a amostra foi reduzida para aproximadamente 5 mL. Como a técnica escolhida foi a Espectrometria de Absorção Atômica, foram adicionados 10 mL de ácido clorídrico concentrado à amostra obtida com volume aproximado de 5 mL, sob aquecimento a 95oC e refluxo por 15 minutos. 700

Por fim, a amostra final foi filtrada no papel de filtro no 41 e coletou o filtrado em um balão volumétrico de 100 mL. Avolumou com água destilada até a análise por EAA. As espécies metálicas escolhidas para a análise do solo em estudo foram Alumínio, Cádmio, Chumbo, Cobre, Cromo, Ferro, Níquel e Zinco. Os valores utilizados como referência na avaliação deste solo são aqueles estabelecidos na Resolução Conama no 420 de 2009. A curva de calibração foi construída para cada metal com teores entre 50 a 1000 ppb com coeficiente de correlação quadrático superior a 0,98. Metodologia de Cromatografia gasosa acoplada a Espectrometria de Massas Primeiramente, utilizou o método USEPA 3540 para realizar a extração de compostos orgânicos semivoláteis e não voláteis de sólidos como solo, lama e resíduos. Com o auxílio de um extrator Soxhlet, colocou-se 10 gramas de solo contaminado envolto com papel de filtro. No balão de fundo chato de 500 mL, foram adicionados 300 mL de ciclohexano com 99,5% de pureza. O aquecimento ocorreu com uma bateria de extração com 6 posições do tipo Sebelin por 3 horas. Em seguida, fez-se a identificação dos principais constituintes orgânicos presentes nas amostras de solo GC-MS sob as condições: injetor a 3200C, fase móvel He 1,8 mL min-1, coluna VF5MS 30 m x 0,25 mm x 0,25 µm, temperatura da coluna de 40oC por 4 minutos, seguido de aquecimento de 10 oC min-1 até 3000C, estabilizando por 5 minutos. O volume de injeção foi de 1,0 µL. O espectrômetro de massas foi operado em modo SCAN (35 a 450 m/z), temperatura da armadilha de íons a 2500C, linha de transferência a 2800C e manifold a 400C. A identificação qualitativa das espécies orgânicas foi realizada com a biblioteca espectral NIST 98. Teste de comportamento de fuga com oligoquetas Realizou-se o teste de comportamento de fuga com oligoquetas da espécie Eisenia Andrei, a fim de conhecer a função de habitat do solo em estudo (ISO, 2002). O teste ocorreu em triplicata. Inicialmente, as oligoquetas foram condicionadas em solo artificial (composto por 70% de areia, 20 % de caulim, 10 % de pó de casca de coco) por 24 horas. No segundo momento, foram colocados 600 gramas de solo artificial e a mesma quantidade de solo contaminado em um recipiente de plástico, com auxílio de um divisor. Posteriormente, introduziu as 10 oligoquetas no recipiente. O teste ocorreu em 48 horas, sob temperatura de 22oC, com ciclos de luz e escuridão de 12 horas. No final do teste, calculou-se, em percentagem, a quantidade de espécie presente. Tanto as oligoquetas quanto os componentes do solo artificial foram doados pelo Centro de Tecnologia Mineral (CETEM). RESULTADOS E DISCUSSÃO Em geral, os solos brasileiros são ácidos devido ao intemperismos das rochas, à presença de ácidos orgânicos e inorgânicos, à decomposição dos materiais orgânicos e aos elevadores teores dos íons Al+3 em solução no solo. As amostras do solo em análise apresentaram pH moderadamente ácido, conforme é apresentado na Tabela 1. O valor de pH está associado também à presença de elementos tóxicos, cujas concentrações são reveladas nas Tabela 2 e Tabela 3. Os valores de matéria orgânica (MO) são classificados em altos quando é maior que 45 g kg-1 , em valores médios na faixa de 15 g a 45 g kg-1 e como valores baixos aqueles menores que 15 g kg-1. De acordo com essa classificação e com os valores apresentados na Tabela 1, as sete amostras deste solo apresentam teor médio de matéria orgânica. As concentrações das substâncias inorgânicas ou orgânicas são parâmetros para classificar o grau de contaminação de um solo. Os metais escolhidos foram Alumínio, Cádmio, Chumbo, Cobre, Cromo, Ferro, Níquel e Zinco. Dentre os oito metais analisados, apenas Ferro e Alumínio não apresentam valores de referência de qualidade (VRQ), de prevenção (VP) e de intervenção (VI), pois são metais biodisponíveis na natureza e não é 701

possível constatar se a concentração é resultante de vias de contaminação ou do material de origem da rocha matriz. Somente os metais Cádmio (com exceção do ponto 1) e Chumbo apresentaram valores de concentração abaixo do limite dos valores de referência de qualidade do solo. Tabela 1 - Valores de pH, carbono orgânico e matéria orgânica das amostras do solo contaminado por resíduos sólidos urbanos. Amostras pH Carbono Orgânico Matéria Orgânica -1 g kg g kg-1 Fev/13 Jun/13 Fev/13 Jun/13 Fev/13 Jun/13 Ponto 1 6,09 6,05 16,80 15,96 29,23 27,51 Ponto 2 6,18 6,15 14,40 14,69 24,82 25,32 Ponto 3 6,44 6,31 15,36 15,74 26,48 27,13 Ponto 4 6,70 6,23 12,48 12,18 21,71 20,99 Ponto 5 5,96 6,26 17,28 16,61 29,79 28,63 Ponto 6 5,82 5,78 15,36 16,28 26,48 28,06 Ponto 7 5,51 6,40 16,32 15,23 28,13 26,25 Tabela 2 - Concentração em mg kg-1 dos metais no mês do fevereiro de 2013. Amostra Al Cd Pb Cu Cr Fe Ni Ponto 1 17,18 0,86 8,62 103,2 57,04 1917 9,03 Ponto 2 32,02 0,42 3,88 145,1 67,72 2357 13,57 Ponto 3 19,73 0,37 6,77 83,55 64,03 2240 12,62 Ponto 4 18,06 0,38 4,74 75,92 60,57 1624 12,11 Ponto 5 23,84 0,23 5,15 75,21 50,33 1814 11,56 Ponto 6 21,66 0,28 3,66 90,11 59,64 2340 15,75 Ponto 7 9,88 0,26 4,69 89,34 51,88 2284 15,66 VR <0,5 17 35 40 13 VP 2 72 60 75 30 VI 10 300 400 300 100 residencial

Zn 171,6 194,8 173,9 102,9 143,1 98,70 103,8 60 300 1000

Tabela 3 - Concentração dos metais em mg kg-1 no mês do junho de 2013. Amostra Al Cd Pb Cu Cr Fe Ni Ponto 1 15,43 0,63 7,31 75,76 61,18 1843 10,09 Ponto 2 31,66 0,38 3,56 122,2 73,14 2134 14,82 Ponto 3 17,98 0,32 6,41 64,76 66,11 2049 13,15 Ponto 4 16,44 0,29 3,78 58,82 59,30 1368 13,24 Ponto 5 22,07 0,19 4,45 57,63 53,44 1544 12,15 Ponto 6 19,78 0,23 2,68 62,54 61,77 2289 13,28 Ponto 7 12,44 0,21 3,89 66,31 52,44 2188 13,13 VR <0,5 17 35 40 13 VP 2 72 60 75 30 VI 10 300 400 300 100 residencial

Zn 153,3 290,2 144,8 87,22 128,1 82,32 88,12 60 300 1000

O elemento Zinco revelou valores de concentração bem acima de VRQ e abaixo de VP. Já o Cobre exibiu concentrações acima dos VP. O Níquel apresentou alguns pontos acima 702

dos VRQ. O Cromo apresentou valores pouco acima dos VRQ. O ponto 2 na análise apresentou valores elevados de concentração em grande parte dos metais, evidenciando a contribuição do lixo doméstico para a presença desses metais, já que este é um dos pontos com maior acúmulo de resíduos. CONCLUSÕES O solo em estudo apresentou pH moderadamente ácido nos dois períodos das análises, o que contribui para a solubilização das espécies metálicas e dos compostos orgânicos existentes na região. Essa acidez no solo contribui para uma percolação dos poluentes para suas camadas mais internas. Pela característica biológica, este solo apresenta função de habitat limitado. As amostras de solo revelaram quatro metais com valores de concentração acima dos valores de referência de qualidade estabelecidos na legislação brasileira de solo e água subterrânea. E por apresentar pelo menos um metal com concentração maior que o valor de prevenção e menor ou igual ao valor de intervenção, este solo é classificado quanto à sua qualidade em classe três. Como procedimento de controle e prevenção da qualidade deste solo, a legislação requer a identificação da fonte potencial da contaminação, avaliação da ocorrência natural da substância química, assim como o controle das fontes de contaminação e monitoramento da qualidade do solo e da água subterrânea. Como sugestão para a remediação deste solo, a técnica da fitorremediação é a mais recomendada na literatura, utilizando plantas para a descontaminação de solos por metais tóxicos e poluentes orgânicos, a fim de reduzir a concentração dos poluentes à níveis seguros para a nossa saúde, além de melhorar as características físicas, químicas e biológicas do solo. REFERÊNCIAS ABNT, Agência Brasileira de Normas Técnicas - Norma NBR 6502 – Tamanho de partículas de solos, Rio de Janeiro, 1995. ABRELPE, Associação Brasileira de Empresas de Limpeza Pública e Resíduos Especiais. 2013, Disponível em: o em: 23 mar. 2013. CESAR, R.G., EGLER, S.G., ALAMINO, R.C.J., POLIVANOV, H., SILVA, R.C CASTILHOS, Z.C., ARAUJO, P.C. Avaliação do potencial tóxico de latossolos e chernossolos acrescido de lodo de esgoto utilizando bioensaios com oligoquetas da espécie Eisenia andrei. Anuário do Instituto de Geociências da UFRJ, v.31, n.2, p.53-60, 2008. CETEM, Centro de Tecnologia Mineral. Biorremediação de solos contaminados por petróleo: ênfase no uso de biorreatores. Rio de Janeiro: Série Tecnologia Ambiental, 2006. CETESB – Centro de Tecnologia e Saneamento Básico do Estado de São Paulo. o em: 13 mai. 2013 CONAMA, Conselho Nacional do Meio Ambiente. Resolução no 420 de 28 de dezembro de 2009: Critérios e valores orientadores de qualidade do solo quanto à presença de substâncias químicas, ed. Diário Oficial da União no 249, de 30 dez. 2009, 81-84. COSTA, W., MATIAS, N. D. Estudo químico de alguns pontos do solo superficial do aterro controlado do Botuquara. Paraná: Ambiência Guarapuava, v.8, n.1, p.85-99, 2012. CUNHA, M.C.L., DANI, N., FORMOSO, M.L.L. A importância do estudo biogeoquímico na mobilidade dos elementos residuais em ambiente supergênico. Revista Brasileira de Geociências, v.20, p.73-177, 1990. EMBRAPA, Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária. Centro Nacional de Pesquisa de Solos. In: Manual de Métodos de Análises de Solo. 2a ed. Rio de Janeiro, 2011. 703

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704

I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

PROBLEMA DE DISTRIBUIÇÃO COM DEMANDAS ESTOCÁSTICAS LUIS E. TORRES GUARDIA1 1

Doutor, Engenharia de Produção, Universidade Federal Fluminense, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Neste trabalho, o problema de distribuição com demanda estocástica de dois estágios é apresentado e formulado como um problema de programação linear de grande porte representado por cenários, e usando o método de partição. A técnica apropriada para resolver o referido problema linear é o método de pontos interiores, o qual explora a estrutura especial de restrições deste problema de distribuição estocástica. O esforço computacional na maioria dos métodos de pontos interiores é determinar a solução numérica do correspondente sistema linear de equações, o qual é obtido usando a decomposição AINV combinado com o algoritmo pré-condicionado do gradiente conjugado. A implementação numérica do algoritmo é usando o código MATLAB. Resultados computacionais são obtidos para redes de diferentes dimensões do problema de distribuição e diferentes números de cenários. Esses resultados numéricos mostram a eficiência do método de pontos interiores para esta classe de problema de distribuição de grande porte. PALAVARAS CHAVE: programação linear estocástica, método de pontos interiores, decomposição AINV

DISTRIBUTION PROBLEM WITH STOCHASTIC DEMANDS ABSTRACT: In this work, the two-stage of the distribution problem with stochastic demand is presented and formulated as a large-scale linear programming problem, represented by scenarios, and using the splitting method. An appropriate technique to solve the linear program is the interior point method, exploiting the special structure restrictions of the distribution problem with stochastic demand. The computational effort in most interior point methods is dominated of finding the solution of the corresponding linear system of equations. This solution is obtained using the AINV factorization combined with the pre-conditioned conjugate gradient method and implemented in the MATLAB code. Numerical results are obtained with distribution problem network with different dimensions and number of scenarios cases. This results show the efficiency of the interior point method for this class of special distribution problem. KEYWORD: stochastic linear program, interior point method, AINV factorization

705

INTRODUCTION Many practical problems with data under uncertain can be modeled as mathematical programs, and this case resulted in the field of stochastic programming and for the last years this theory of stochastic programming has attracted the attention of researchers and plays an increasingly important role in many situations in real-world applications. Some examples of this area of stochastic programming include portfolio management models, electric power generation capacity planning models, forestry management problems, as mentioned by Birge and Holmes (1992). Another example is a production planning problem as mentioned by Zhao (2001) where the demand is unknown when the production is planned and there is no way to assume that the amount produced can meet the demand exactly. Most basic among stochastic programs are discretely stochastic linear programs, which are the extensions of any standard linear programs, and may lead to large stochastic linear programs and extensive computational efforts may be required since the size of these problems generally grows exponentially with the number of stochastic parameters in the formulation. There are various ways how the stochastic problem can be modeled and many algorithms for solving this problem. The main difficulty is caused by its nature of the dimensionality. Interested readers are referred to the following books on stochastic programming, Birge and Louveaux (1997) and Kall and Wallace (1994), Alonso-Ayuso, et al. (2009), Infanger (1994), Shapiro et al. (2009) and related references therein. As a result of the wide variety of applications, as mentioned above, a number of different stochastic optimization models appeared in the literature. In this work, it is concentrated on the two-stage stochastic program with finite discrete distribution on the random entries, that is, where uncertainty is incorporated into the problem by the use of scenarios. The resulting stochastic linear programming is dramatically large and requires very high performance in order to solve real world problems. With the rapid growth, initiated by Karmarkar in 1984, and development in interior point methods to solve large linear programming problems, this method could be a successful solution method for stochastic programming and should exploit the special structure of the problem, as the distribution problem case, to cut down computational times. The paper is organized as follows. In section 2, the two-stage stochastic linear programming is presented with a finite number of possible realizations, called scenarios. Section 3 describes the primal-dual interior-point to solve the corresponding linear programming. Section 4 introduces a key technique, a full-splitting method, to be employed in the linear problem. In section 5, it is presented some numerical results, via different number of scenarios, for the approach mentioned above. As an application, only the right-hand side of the linear programming is stochastic, that is, for the distribution problem with stochastic demand. Finally, the paper concludes in section 6. TWO-STAGE STOCHASTIC LINEAR PROGRAMMING Consider the following situation. There are two phases in a decision-making process. At the beginning of the first phase, one has to make a decision without precise knowledge of the random parameters in the second stage. In this phase, the structural component is fixed and free of any uncertainty. After observing uncertainty, it is corrected the decision of stage 1. The typical two-stage stochastic program can be written in standard form, problem 1, as follows: 706

min cTx + E(ρ(x,w) ) subject to: Ax = b,

(1)

x ≥ 0, where E stands for expectation with respect to the random variable w and ρ is the correction cost, also called the recourse function, defined as problem 2: ρ(x,w) = min d(w)T y(w) subject to: B(w)x + W(w)y(w) = h(w), y(w) ≥0.

(2)

for all possible realizations (or scenarios) w. Problem 1 treats to minimize the sum of the first stage objective and the expected value of the recourse function. Usually, x and y are referred to as first and second stage decision variables, respectively, and W(w) is called the recourse matrix. The decision variable x ε Rn is a vector of first-stage variable that are subject to fixed, structural constraints, associated to the first stage constraint matrix A, and represent decisions that must be made before the values of uncertain parameters are observed. The first-stage decisions variables are often referred to as here-and-now decisions solutions. The values of these variables should be independent of the realization of uncertain parameters. The variable y(w) ε Rs is the vector of second stage control decisions that represent recourse actions that can be taken after a specific realization of the uncertain parameters is observed. These second-stage decisions are referred as wait-and-see decisions solutions. The vectors b ε Rm is the first stage right-hand side vector and c ε Rn the corresponding cost vector. The matrix A ε Rmxn and the vectors b and c are deterministic and B(w) ε Rlxn, W(w) ε Rlxv are random matrices, and h(w) ε Rl the second stage right-hand side vector, d(w) ε Rv is the second stage cost vector. A standard approach to solving the two stage problem 1 – 2 is by constructing scenarios, it means that the random data has a finitely ed distribution. That is, one generates a finite numbers of possible scenarios wk which might occur and assigns to each wk a probability pk > 0, such that : T

∑p k =1

k

=1

where T is the number of scenarios. For example, the scenarios may represent historical data collected over a period of time. Taking into every scenario, the two-stage problem 1 - 2 can be formulated as the following deterministic and large equivalent optimization linear problem 3: min cTx + p1d1Ty1 + . . . + pTdTTyT subject to: Ax = b, B1x + W1y1 = h1, . . . . . . BT x + WTyT = hT, x ≥ 0, y1 ≥ 0, …, yT ≥ 0.

(3)

The first constraint of the above linear programming 3 represents m structural constraints whose coefficients are fixed and unaffected by uncertainty. The coefficient matrices Bv , Wv and the vectors hv and dv may take different values under each scenario. 707

Some different special classes of the problem 3 are given in the literature of stochastic problem. If W is not a random, that is, W1 = W2 = …= WT, then the problem has fixed recourse. If the second-stage of a fixed recourse problem is feasible for every possible realization of the data random, it is said that the problem has a complete recourse. The linear programming problem 3 has a special structure, the so called dual block- angular structure. For the above problem 3, the dual problem 4 is given by: max bTu + h1Tv1 + . . . + hTTvT subject to: ATu + B1Tv1 + . . . + BTTvT + s = c. W1Tv1 + z1 = p1d1, . . . . . . + zT = pTdT, WTTvT s ≥ 0, z1 ≥ 0, . . . , zT ≥ 0.

(4)

It can be seen that the size of the equivalent linear programming problem 3 grows rapidly with the number of realizations, and in many applications the number of scenarios T may be very large, but sparse linear problem where the exploitation of the structure is very important. There are many algorithms for solving the two-stage problem 3. As mentioned by Zhao (2001), these algorithms can be roughly classified into three classes: (i) direct methods which directly use the simplex method or interior point methods to solve a linear program; (ii) cutting plane based decomposition methods which generate a set of cuts to approximate the nonlinear and non-smooth problem given in (1) and (iii) derivate based decomposition methods which determine a search direction by using the gradient and Hessian at the current point and find a new point along this direction. Interested readers can also see these methods in details from the papers written by Berkelaar, et al. (2002), Kall and Mayer (2006), Linderoth et al. (2006), Mészaros (1997), Sun and Liu (2006), Ruszczynski (1999), Ruszczynski, and Swietanowski, (1997), etc. Certainly, the selection of methods to be used depends on the two-stage problem to be solved. This work is concentrated on methods that use specific stochastic program structure, for this, it is used the primal-dual interior-point method to solve the linear programming given in 3, using the full-splitting technique. The next section will describe the interior point method.

PRIMAL-DUAL INTERIOR-POINT METHOD In practice, experience of extensive numerical tests indicates that the primal-dual interior-point method is the most powerful algorithm from a family of interior point methods. Consider the following primal linear programming problem 5: (P)

min cTx subject to: Ax = b, x ≥ 0,

(5)

where A is a m x n matrix, c and x are n vectors, and b is a m vector. It is assumed that A is of full row rank. The dual problem associated with the primal linear programming 5 can be written as follows the problem 6: (D)

max bT y subject to: AT y + z = c, z ≥ 0,

(6)

708

where y denote the m vector of dual variables and z is the n vector of dual slack variables. Finding the optimal solutions of (P) and (D) is equivalent to solving the following system 7: Ax = b, x ≥ 0, ATy + z = c, z ≥ 0, XZe = 0,

(7)

where X is a diagonal matrix, its components is given by the components of vector x, that is, X = diag(x1,…,xn), and Z is a diagonal matrix given by, Z = diag(z1,...,zn), and e is the all one vector, that is, e = (1,1,...,1)T ∈ Rn. The basic idea of the primal-dual interior-point is to replace the third equation in 7 by the parameterized equation XZe = µe, where µ > 0 is a barrier parameter. This leads to the following perturbed Karush-Kuhn-Tucker system 8: Ax = b, x ≥ 0, ATy + z = c, z ≥ 0, XZe = µe.

(8)

Under certain conditions, it can be shown that as µ goes to zero in 8, the third equation in 7 is satisfied and it yields optimal solutions for both primal and dual problems. The Newton’s method is used to solve the system in 8. The resulting linear system is denominated the Newton equation system whose solutions (dx , dy, dz) are given by the following equations 9, denominated normal equations and given by: (A Z-1 X AT )dy = A Z-1 X( rc – X-1 rµ ) + rb dz = - AT dy + rc . dx = Z-1 ( rµ- X dz ),

(9)

where: rc = c - AT y – z, rb = b - Ax , rµ = µe - XZe.

To summarize an iteration of the primal-dual interior-point method, let, at the j-th iteration, dwj = ( dxj, dyj, dzj )T denote the solution obtained for system 9. In the next iteration, a new point wj+1 = ( xj+1, yj+1, zj+1 )T is determined by the following relations 10 - 12: xj+1 = xj + βαj dxj , yj+1 = yj + βαj dyj , zj+1 = zj + βαj dzj ,

(10) (11) (12)

αj being the step length, determined by a suitable line search procedure and β ε (0, 1) and near 1. With this new point wj+1, the barrier parameter µ is updated according to certain rules and a new system 9 is formed. It is solved by any solution method and the iterative procedure follows until a stopping rule is satisfied.

FULL - SPLITTING TECHNIQUE In this work, it is considered the full-splitting formulation, used with different format by Birge (1997), for problem 3 and it is represented in problem 13: 709

min cTx + 0x1 + …. + 0xK + p1d1Ty1 + . . . + pTdTTyT subject to: Ax = b, B1x1 + W1y1 = h1, . . . . . . BTxT + WTyT = hT, = 0, x – x1 . . . . x – xT = 0, x ≥ 0, x1 ≥ 0, ..., xK ≥ 0, y1 ≥ 0, …, yT ≥ 0,

(13)

or it is convenient to write the problem 13 in the following compact form 14: min cTx + 0Tx1 + …+ 0TxK + p1d1T y1 + p2d2Ty2 + . . . + pTdTTyT subject to A'x' = b', x' ≥ 0,

where the full constraint matrix has the form: A  B1     BT A´ =    I − I1    − IT  I

(14)

      WT  ,      

W1

and x´ = (x, x1, …, xK, y1,...,yT)T, c´ = (c, 0,…,0, p1d1,…,pTdT)T and b´= ( b1, h1, …,hT, 0…, 0)T considering the appropriate dimensions. To apply the primal-dual interior point method, the matrix (A´)(D´)(A´)T is formed and in this case is given by: (A´)(D´)( A´)T =

 ADAT       DAT   .  DAT 

AD B1 D1 B1 + W1V1W1 T

− B1 D1

T

BT DT BT + WT VT WT T

− D1 B T

T

D + D1 .

. − DT B

T

D

.

AD      − BT DT  D    D + DT 

or simply in compact form: 710

F O (A´)(D´)(A´) =   J T T

O C KT

J K  E 

where F = ADAT, J = [ AD … AD ] , K is a diagonal matrix of block, K= diag (-Bi Di), i = 1,…,T, C also a block diagonal matrix, C = diag(BiDiBiT + WiViWiT), i = 1,…,T, and  D + D1  D  E =     D

D D + D2

   ,  D  D + DT  D

D

where D ε Rn is a diagonal matrix, D = Z-1 X, Di ε Rn a diagonal matrix, Di = (Zi-1) Xi and Vi ε Rv a diagonal matrix, Vi = (Zi´)-1 Yi , for i = 1,…,T. Following the interior point method, it is solved the following linear system 15: (A´)D(A´)T dy = r ,

(15)

where dy = (dy1, dy2, dy3 )T and r = (r1, r2, r3)T. The solution of the above linear system 15 is given by the relations 16, 17 and 18: [ E – JT F-1 J – KT C-1 K] dy3 = r3 – JT F-1 r1 – KT C-1 r2, dy1 = F-1 (r1 – J dy3), dy2 = C-1 (r2 – K dy3), where

(16) (17) (18)

r = EZ-1Xξc´ – EZ-1ξµ + ξb´, ξb´ = b´ – A´x, ξc´ = c´- A’T y – z, ξµ = µe – Xze.

The major problem, as any interior point method, is to solve the linear system given in 16. Though this linear system can be solved with any direct method, it is particularly interested to investigate the use of iterative methods because of can be more easily exploit sparsity compared to direct methods. Also, in iterative methods one can trade off accuracy with computational time, whereas this is not possible with direct methods. As it can be seen, the linear system of equations 16 first requires determining the inverse of the block diagonal matrix given in 19: C= diag(BiDiBiT + Wi ViWiT), i = 1,…,T.

(19)

In practice, it is generally found the Cholesky factorization of each sub-matrix of the relation 19, and use them to form the right hand side and the matrix associated to equation given in 16. Instead of using this traditional Cholesky factorization, in this work for the distribution problem, it is used the factorization AINV, see the work of Benzi, et al. (2000), to find the inverse matriz of each matriz given in 16, that is, it is obtained the factorizations in (20):

711

≅

(BiDiBiT + WiViWiT)-1

Zi Pi-1 ZiT , for i = 1,…, T,

(20)

where Zi is an upper triangular matrix with diagonal of 1´s and Pi is a diagonal matrix. Now, the linear system 16 is solved using the preconditioned conjugate gradient method. To find the inverse of matrix F, is not a difficult task because of, generally, its low dimension. COMPUTATIONAL EXPERIMENTS In this section, it is evaluated the performance of the splitting method for the stochastic problem developed in the last section. The set of test instances is generated based on a distribution problem, where the demand of the customers is unknown when the production on the set of all suppliers is planned. The kind of problem is studied by Cheung and Powell (1996) for the two-stage and multistage stochastic programming. Following the work of Cheung and Powell (1996), let ξ be a random vector defined over a probability space (Ω, Ψ, P) where Ω is the set of elementary outcomes ω, Ψ is the event space and P is the probability measure. Assuming zero inventory at warehouses, the two-stage formulation of the distribution network, given in 21, can be written as follows: min

∑∑

cijxij +

i∈I j∈J

subject to:

∑

∑∑∑

qjkyk(n)

(21)

j∈J k∈K n∈N

xij = Ri , i ε I

j∈J

∑

xij -

i∈I

∑

∑

yjk(n) = 0 ,

j ε J, n ε T

k∈K

yjk (n) = dk(n), k ε K, n ε T

j∈J

xij ≥ 0, yjk(n) ≥ 0, i ε I, j ε J, k ε K, n ε T

where I is the set of indexes representing plants, J the set of indexes representing warehouses, K the set of indexes representing customers, T is the set of indexes representing scenario n, c=( cij ) the vector of the cost of shipping a unit of the product from plant i to warehouse j, q=( qjk ) the vector of the cost of shipping a unit of product from warehouse j to customer k, Ri the amount of goods produced at plant i and dk(n) the demand of customer k under each scenario n, and pn the corresponding probability associated to each scenario. The decision variables, in problem 21, are xij which represents the amount of goods shipped from plant i to warehouse j, and yjk(n) the amount shipped from warehouse j to customer k under scenario n. In all these cases of the distribution problems, it is taken the advantage the structure of the restrictions of these problems, without storing the matrices associated to the above stochastic problem, and this implementation is useful for large-scale distribution model with stochastic demands. The full-splitting technique is programmed in MATLAB code and the test is conducted on a Core I5 laptop computer with 4GB of RAM, running at 2.53 GHz.

712

For simplicity, it is supposed that all scenarios occur with the same probability. The initial data of all the test problems is infeasible and given by x = 5, z = 1 and y = -0.25. For each test problem, the demand dk(n), the right-hand-term, is generated such that, dk(n) = dk + 0.1βn, where dk is a fixed vector, for n ε N and βn any real number. The numerical results are presented in the following table, where µ is the barrier parameter. Iter represents the number of iterations. U represents the Central Processing Unit time (in seconds) for running the MATLAB code in solving the distribution problem, varying from 5 production centers, 7 warehouse centers and 10 customer centers. The number of scenarios, represented by nc, varies from 800 to 1200. The algorithm terminates when the following relative gap, computed by the formula given in 22: ( c´) T x´− ( b´) T y´

(22)

1 .0 + ( b´) T y´

is less than 10-8, where (c´)Tx´ is the value of the objective function of the primal linear problem and (b´)T y´ is the value of the objective function of the corresponding dual problem. The number of iterations in the interior point method is typically very low as it can be seen from the table (iter). The time was measured with the utime function of MATLAB and is recorded in the last line of the following table. Table - Results on distribution problems with different scenarios. i j k scenarios-nc primal value dual value iterations time(seconds)

7 10 15 800 4.6389 4.6387 8 1559.901

6 8 12 1000 5.6214 5.6209 7 641.445

7 12 15 1000 3.8695 3.8693 7 1941.523

5 7 10 1200 7.0452 7.0447 7 669.955

CONCLUSIONS In this paper, it is proposed the splitting method to solve the stochastic linear programming formulated via scenarios, specifically for the distribution problem with stochastic demand. Generally, the stochastic problem grows rapidly as the number of scenarios grows. For this, it is used the primal-dual interior-point method to solve the new large scale linear program. The method proposed in this work is intended to provide an alternative method to others papers, that is, it is used the splitting method, the solution of the associated linear system of the interior-point method determined by the AINV algorithm combined with the conjugate gradient method. Also, for the distribution problem it is exploited the structure of their corresponding matrices, any restrictions, associated to the corresponding the linear program, are not storaged, and in this case the technique apresented in this work is apropriate to large scale problem. Further, the code shall be improved if the algorithm could be done in parallel form. The numerical results report the effiency of the algorithm for the static distribution problem with stochastic demands. Future research will be considered for a dynamic version of this distribution problem under uncertainty. REFERENCES 713

ALONSO-AYUSO, A.; ESCUDERO, L.; PIZARRO-ROMERO, C. Introduction to stochastic programming. Dykinson, Madrid, 2009. BERKELAAR, A.; DERT, C., OLDENKAMP, B.; ZHANG, S. A primal-dual decompositionbased interior point approach to two-stage stochastic linear programming. Operations Research, 50, 904 – 915, 2002 BIRGE, J. ; HOLMES, D. Efficient solution of two - stage stochastic linear programs using interior point methods. Computational Optimization and Applications, v. 1, p. 245 – 276, 1992. BIRGE, J. R. Stochastic programming computation and applications. INFORMS Journal on Computing. v. 9, p. 111 – 133, 1997. BIRGE, J.R. ; LOUVEAUX, F.V. , Introduction to stochastic programming. Springer-Verlag, New York, 1997. CASTRO, J. An interior-point approach for primal-angular problems. Computational Optimization and Applications, v,36, p.195 – 219, 2007. CHEUNG, R. ; POWELL, W. Models and algorithms for distribution problems with uncertain demands, Transportation Science, v. 30, P. 43 – 59, 1996. INFANGER, G. Planning under uncertainty: Solving large-scale stochastic linear programs. Boyd and Fraser Publishing Company, 1994. KALL, P. ; WALLACE, S.W. Stochastic Programming, John Wiley and Sons, 1994. KALL, P. and MAYER, A. Some insights into the solution algorithms for SLP problems, Annals of Operations Research, v. 142, p. 147 – 164, 2006. LINDEROTH, J. ; SHAPIRO, A. ; WRIGHT, S. The empirical behavior of sampling methods for stochastic programming, Annals of Operations Research. v.142, p. 215-241, 2006. KARMARKAR, N. A polynomial-time algorithm for linear programming, Combinatorica, v. 4, p. 373 – 395, 1984. MÉSZÁROS, C. The augmented system variant of IPMs in two-stage stochastic linear programming computation, European Journal of Operational Research, v. 101, p. 317 – 327, 1997. SHAPIRO, A.; DENTCHEVA, D. ; RUSZCYNSKI, A. Lectures on stochastic programming: modeling and theory, SIAM Philadelphia, 2009. SUN, J. ; LIU, X. Scenario formulation of stochastic linear programs and the homogeneous selfdual interior point method, Informs Journal on Computing, v. 18, n. 4, p. 444 – 454, 2006. RUSZCZYNSKI, A. Some advances in decomposition methods for stochastic linear programming, Annals of Operations Research, v. 85, p. 153 – 172, 1999. RUSZCZYNSKI , A. ; SWIETANOWSKI, A. Accelerating the regularized decomposition method for two stage stochastic linear problems, Europen Journal of Operatinal Research, v. 101, p. 328 – 342, 1997. ZHAO, G. A log-barrier method with Benders decomposition for solving two-stage stochastic linear programs, Mathematical Programming. v. 90, p. 507-536, 2001.

714

I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

CARACTERIZAÇÃO DO BIODIESEL DE ÓLEO RESIDUAL LETÍCIA MORAES¹, LISNAYRA ARRUDA², LUISA ALMEIDA³, NADJA FELTRAN4, TATIANA ABREU5, ROBERTO PEREIRA6. ¹ Graduando em Engenharia agrícola e ambiental, Universidade Federal Fluminense, (21) 84324087, [email protected] ² Graduando em Engenharia agrícola e ambiental, Universidade Federal Fluminense, (21) 88171934, [email protected] ³ Graduando em Engenharia agrícola e ambiental, Universidade Federal Fluminense, (21) 92688245, [email protected] 4 Graduando em Engenharia agrícola e ambiental, Aluna bolsista do PET agrícola e ambiental, Universidade Federal Fluminense, (21) 81472005, [email protected] 5 Graduando em Engenharia agrícola e ambiental, Aluna bolsista do PET agrícola e ambiental, Universidade Federal Fluminense, (21) 94300745, [email protected] 6 Doutor em Engenharia Mecânica, Universidade Federal Fluminense / TEM / PGMEC /MSG / PGEB, (21) 2629-5419, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Este trabalho tem como objetivo caracterizar o biodiesel obtido do óleo de fritura residual, a partir das viscosidades e massa específica medidas no Laboratório de Reologia (Lare), da Universidade Federal Fluminense. A viscosidade dinâmica foi determinada em Reômetro da marca Haake (Modelo RS 50 – Rheostress), acoplado a um banho da marca Haake K20 e com um sensor cilíndrico DG41. A viscosidade cinemática foi determinada em banho Schott Ct52. A massa específica do biodiesel foi obtida utilizando-se um picnômetro de 50 mL. Para a viscosidade dinâmica foi observado que o biodiesel mantém as características descritas na norma, e para a viscosidade cinemática obteve-se como resultado um valor de 4,904 mm².s-¹. A massa específica apresentou como resultado valor equivalente de 0,882 g.mL-¹. Sendo possível concluir que os valores encontrados para a caracterização do biodiesel atendem aos recomendados pela norma da Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP). PALAVRAS–CHAVE: biodiesel, viscosidade, caracterização.

CHARACTERISTICS OF RESIDUAL OIL BIODIESEL ABSTRACT: This study aimed to characterize the biodiesel obtained from residual frying oil using viscosity and density measurements at the Universidade Federal Fluminense (Lare) rheology laboratory. The dynamic viscosity was determined by Rheometer ( Haake -Model RS 50 - RheoStress) with a Haake K20 bath and a DG41 cylindrical sensor. To determine the kinematic viscosity, we used the thermostatic bath, Schott CT52 and the density was determined by a pycnometer of 50 ml. As for the dynamic viscosity we found that the biodiesel had standard characteristics, the kinematic viscosity obtained a result of 4,904 mm ² . s-¹ and the density showed a result of 0.882 g. mL-¹. The conclusion was that the values found for the characterization of biodiesel meet the standards recommended by the Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP). KEYWORDS: biodiesel, viscosity, characterization

715

INTRODUÇÃO O óleo vegetal de fritura residual tem sido um grande poluidor ambiental por causa do seu descarte inadequado principalmente em pias e ralos. Com a chegada desse óleo em mananciais hídricos, o óleo cria uma camada que impede a penetração solar e a oxigenação dessa agua não é processada, o que causa a morte da fauna aquática. Uma das soluções encontradas para o problema é a transformação do material em biodiesel. E a vantagem da produção do biodiesel através do óleo de cozinho usado não é apenas no campo ambiental, mas social e econômico, umas vez que para a sua produção tem-se a necessidade de contratação de mão-de-obra e há uma economia para os cofres públicos. O biodiesel é produzido através de uma reação de transesterificação, representada na figura 1 e tem se apresentado como a melhor opção, visto que o processo é relativamente simples promovendo a obtenção de um combustível cujas propriedades são similares às do óleo diesel. Quimicamente, o biodiesel é definido como éster monoalquílico de ácidos graxos derivados de lipídeos de ocorrência natural e pode ser produzido, juntamente com a glicerina, pela reação de triacilgliceróis (ou triglicerídeos) com álcool, comumente o etanol ou metanol, na presença de um catalisador ácido ou básico (SCHUCHARDT et al., 1998 apud RAMOS et al., 2008). Pela definição da lei nacional número 11.097 de 13/01/2005, o biodiesel pode ser classificado como um combustível alternativo, de natureza renovável, que possa oferecer vantagens sócio-ambientais ao ser empregado na substituição total ou parcial do diesel de petróleo em motores de ignição por compressão interna . Pode ser produzido a partir de gorduras animais ou de óleos vegetais, existindo dezenas de espécies vegetais no Brasil que podem ser utilizadas, tais como: mamona, dendê (palma), girassol, babaçu, amendoim, pinhão manso e soja, dentre outras (FERRARI et al., 2004 apud CHRISTOFF, 2006). Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivo apresentar resultados experimentais de medidas de viscosidade cinemática, viscosidade dinâmica e massa específica. Para concluirmos se estes atendem as normas exigidas pela ANP.

Figura 1. Reação transesterificação

de

MATERIAL E MÉTODOS Materiais: O biodiesel utilizado neste respectivo trabalho foi originado a partir de óleos residuais doados pelo posto de coleta da Ampla em Niterói, RJ. Procedimento experimental: A massa específica foi determinada com o biodiesel a uma temperatura de 21°C, para que isso fosse possível, foi preciso fazer o resfriamento do biodiesel. Após o resfriado, foi pesado numa balança de precisão de 0,001g um picnômetro de 50mL e em seguida tarado. O picnômetro foi preenchido com o biodiesel e pesado. Na Equação 1 é possível visualizar a relação para a determinação da massa específica do biodiesel, considerando um picnômetro de 50 mL. 716

µ= m V

(1)

Em que µ é a massa específica do biodiesel em g/mL; m massa do biodiesel em g; e V é o volume do picnômetro em mL. Para a obtenção da viscosidade cinemática, foi utilizado um viscosímetro cinemático da marca Cannon Frenske - 300 e um banho termostático da marca Schott Ct52. No viscosímetro, foram injetados, com o auxilio de uma seringa, 10 mL do biodiesel e colocado no banho a 40°C por 30 minutos. Ao decorrer deste tempo, foi cronometrado o tempo que o biodiesel escorria sobre as marcações do viscosímetro. Foram feitas três medições para que pudesse ser feito a média aritmética das mesmas. A Equação 2 representa a relação para a determinação da viscosidade cinemática, considerando um viscosímetro de 300. ϑ = K. t

(2)

Em que ϑ é a viscosidade cinemática em mm².s-¹; K é a constante do viscosímetro; e t é a média aritmética dos tempos medidos em s. Foi utilizado um viscosímetro de 300, cuja constante k é de 0,2335 mm².s-². A viscosidade dinâmica foi mensurada a partir de um reômetro da marca Haake (modelo RS 50 – Rheostress) com um banho da marca Haake K20, este reômetro possuía um sensor cilíndrico DG41. Foi injetados no sensor 8 mL do biodiesel, através destes equipamentos foi possível determinar a viscosidade dinâmica do biodiesel no intervalo de 25°C a 90°C. Além dos valores de viscosidade a uma temperatura de 40°C, foram obtidas as relações entre as taxas de cisalhamento e as tensões de cisalhamento, parâmetros necessários para a caracterização da amostra. RESULTADOS E DISCUSSÃO Massa específica Com o auxilio da Equação 1, foi possível medir a massa específica do biodiesel do óleo residual. Utilizando 44,0979 g como a média das massas medidas pela balança de precisão e dividindo-a pelo volume do picnômetro, obteve-se um valor de massa específica de 0,881958 g/mL o que é coerente com a norma da ABNT, que relata que o valor da massa específica do biodiesel é entre 0,85-0,90 g/mL. Viscosidade cinemática Os tempos medidos para a viscosidade cinemática seguem na tabela 1.

717

Tabela 1: Tempo de viscosidade Tempo 1 Tempo 2 Tempo 3 Tempo 4

5’ 25” 06 5’23” 39 5’22” 57 5’26” 26

O resultado para a viscosidade cinemática encontrado foi: Tabela 2: Resultados Tempo Médio 5’24” 32

Viscosidade cinemática 4,904 mm²/s¯ ¹

De acordo com os resultados previstos na ANP, os ensaios do laboratório de reologia, mostraram certa concordância entre os valores e estão dentro da norma. Viscosidade dinâmica

Tensão de cisalhamento [Pa]

Na viscosidade dinâmica, observa-se um gráfico da curva de fluxo de biodiesel do óleo de fritura à 40˚C com uma certa linearidade entre os valores, em relação a tensão de cisalhamento, como pode-se observar na figura 2 e em relação a viscosidade, como visto na figura 3. 6 5 4 3 2 1 0 0

500

1000

Taxa de cisalhamento [1/s]

Figura 2: Curva de fluxo do Biodiesel de óleo residual à 40ºC.

718

Viscosidade [Pa.s]

0,006 0,0056 0,0052 0,0048 0,0044 0,004 100

200

300

Taxa de Cisalhamento [1/s]

Figura 3: Curva de fluxo Biodiesel de óleo residual à 40ºC. Na viscosidade dinâmica, quando a amostra foi colocada no reômetro notou-se o resultado da medição em forma gráfica no software apresentado na figura 4.

Viscosidade (Pa.s)

0,008 0,007 0,006 0,005 0,004 0,003 0,002 20

40

60

80

Temperatura (°C)

Figura 4: Curva de temperatura do biodiesel de óleo residual (25ºC a 90ºC).

CONCLUSÕES O óleo residual mostrou-se adequado à produção do biodiesel, via transesterificação etílica, utilizando a base KOH como catalisador. As melhores conversões foram obtidas quando foi usada uma pequena quantidade de catalisador, grande quantidade de álcool e alta velocidade de agitação. Com os resultados dos cálculos e as análises das viscosidades (dinâmicas e cinemáticas) e da massa específica notou-se que o biodiesel estava adequado segundo as normas da ANP. REFERÊNCIAS CHRISTOFF, Paulo. Produção e biodiesel a partir do óleo residual de fritura comercial. Estudo de caso: Guaratuba, Litoral Paranaense. Curitiba, IEP, 2006, 66 p. Tese (Mestrado). Instituto de Tecnologia para o Desenvolvimento LACTEC. Instituto de Engenharia do Paraná, Paraná, 2006 MOURA, Bruna Santos. Transesterificação Alcalina de Óleos Vegetais para Produção de Biodiesel: Avaliação Técnica e Econômica. Rio de Janeiro: UFRRJ, 2010. 146 p. Tese 719

(Mestrado) – Programa de Pós Graduação em Engenharia Química, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2010. RAMOS, L. P. Aspectos técnicos sobre o processo de produção de biodiesel. In: SEMINÁRIO PARANAENSE DE BIODIESEL, 1., 2003, Londrina. RAMOS, Luiz Pereira, et. al. Biodiesel: Um projeto de sustentabilidade econômica e sócio-ambiental para o Brasil. Dados da destinação do óleo de cozinha pelo biodieselbr.com. Disponível em: ado em: 05/09/2013, às 15:30h RAMOS, L. P. Aspectos técnicos sobre o processo de produção de biodiesel. In: SEMINÁRIO PARANAENSE DE BIODIESEL, 1., 2003, Londrina. AGÊNCIA NACIONAL DO PETRÓLEO, GÁS NATURAL E BIOCOMBUSTÍVEIS. Disponível em: http://nxt.anp.gov.br/nxt/gateway.dll/leg/resolucoes_anp/2012/maio/ranp%2014%20%202012.xml ado em 05/09/2013 às 15:40h.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

DIETA DA CORVINA, MICROPOGONIAS FURNIERI NA LAGOA DE ARARUAMA-RJ GABRIELA RAMALHO FALBO CATALDO MARTINS1, ALEJANDRA FILIPPO GONZALES NEVES2 1 2

Bolsista de IC do Dept. Zootenia da Faculdade de Veterinária, UFF, (21) 80913655, [email protected]; Profa Dra do Dept Zootecnia da Faculdade de Veterinária, UFF, (21) 2629-9518, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: O objetivo do presente trabalho foi realizar análises laboratoriais sobre dieta da corvina Micropogonias furnieri na Lagoa de Araruama, o maior sistema hipersalino do estado do RJ. Foram feitas coletas trimestrais em 2011, num período de 12hs utilizando redes de espera entre 15-45 mm nós adjacentes. Os peixes coletados foram pesados, medidos e dissecados para análise do conteúdo estomacal em microscópio estereoscópio. Foram analisados 105 exemplares medindo cerca de 12,5 cm (±3,677) e pesando 0,366g (±0,233). Para a análise da dieta, foi utilizado o Índice de Importância Relativa (%IIR). A dieta da corvina é composta por cinco categorias alimentares. Material orgânico constituído por resíduos orgânicos foi a principal categoria com maior percentagem, sendo representado por 67,74%IIR, seguido de crustáceos representando 28,38%IIR da dieta. Anelídeos exibiram valores baixos na dieta com 3,76%IIR, sendo que peixes e insetos apresentaram menores percentuais de consumo com 0,10%IIR, e 0,01%IIR respectivamente. Os resultados retratam a espécie generalista se alimentando de macroinvertebrados bentônicos. A plasticidade no comportamento de alimentação pode ser um dos fatores responsáveis pela ampla distribuição geográfica da corvina, viabilizada por distintos padrões de exploração das presas. PALAVRAS–CHAVE: Scianidae, dieta, ecossistema hipersalino.

DIET OF WHITEMOUTH CROAKE, MICROPOGONIAS FURNIERI IN THE ARARUAMA LAGOON-RJ ABSTRACT: This study aimed to analyze the diet of the whitemouth croake Micropogonias furnieri in Araruama Lagoon, the largest hypersaline system in Rio de Janeiro state. Fish surveys were performed on a three-monthly basis in 2011, using a set of 15-45 mm mesh gillnets for 12 hours. All captured fish were identified, measured in size, weighted and dissected for analyses of food content in a stereoscopic microscope. A total of 105 M. furnieri measuring 12,5cm (±3,677) and weighing 0,366g (±0,233) was analyzed. The Relative Importance Index (RII) was used for diet analysis. The diet was composed of five food categories. Digested Organic Matter was the most consumed category, ing for 67.74% RII, followed by Crustacea represented 28.38% RII of diet. Annelids exhibed low levels in the diet with 3.765% RII, being Fish and Insects showed a minimal consumption with 0.10% RII and 0.01% RII respectively. The results depict the generalist species feeding on benthic macroinvertebrates. The plasticity in feeding behavior can be one of the factors responsible for the wide geographical distribution of the whitemouth croaker, enabled by distinct patterns of exploitation of prey. KEYWORDS: Scianidae, diet, hipersaline ecosystem

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INTRODUÇÃO As atividades aquícolas na America Latina, ainda muito distantes de atingir seu verdadeiro potencial, continuam em expansão, apesar das incertezas políticas. Muitos países ainda nem sequer possuem programas nacionais de desenvolvimento da aquicultura baseado em suas necessidades socioeconômicas individuais. Nas últimas décadas, a exploração dos recursos pesqueiros marinhos e estuarinos vem sendo considerada altamente prioritária, experimentando uma ascensão crescente em função de uma gama de fatores, entre eles a degradação e poluição dos ambientes aquáticos continentais, a sobrepesca e redução dos estoques pesqueiros selvagens, e a deficiência nutricional que assola várias regiões e populações no planeta (CAMARGO; POUEY, 2005). No Brasil, a piscicultura marinha e estuarina emerge muito lentamente quando comparada a piscicultura de águas interiores, sobretudo, a partir do momento em que se começou a dominar as técnicas de propagação artificial de espécies nativas de água doce. Apesar da aplicação de novas técnicas e gradativa capacitação de pessoal, existem ainda grandes obstáculos que impedem o avanço desse setor, destacando-se a deficiência de informações bioecológicas das espécies, a carência de centros e/ou grupos de pesquisa voltados à piscicultura marinha, e o uso de ambientes ainda pouco explorados, como áreas de oceano aberto e ecossistemas hipersalinos, para o cultivo de peixes marinhos (BAUTISTA, 1991). Isso explica, em parte, por que o Brasil um país privilegiado pela extensa linha de costa, repleta de enseadas, lagunas, estuários e baías, não figura entre os maiores produtores de peixes marinhos cultivados (JAVOR, 1989; FAO, 2006). Estuários e lagunas costeiras, em especial, aqueles localizados no litoral do Rio de Janeiro, RJ, são ecossistemas ainda sub-explorados na piscicultura marinha nacional, a causa do desconhecimento dos efeitos das variações amplas de salinidade sobre as espécies de peixe com potencial para cultivo (KJERFVE, et al., 1996; BASTOS, 1994). Além disso, muitos destes ecossistemas, apesar de altamente produtivos e de desempenharem importantes funções de berçários e crescimento de numerosas espécies de peixes e outros organismos marinhos, vêm sofrendo processos de degradação ambiental, em especial relacionados ao incremento da carga de efluentes orgânicos (ESTEVES, 1998; MOREIRA TURCQ 2000). Neste contexto, o objetivo do presente trabalho foi estudar a dieta de Micropogonias furnieri, a Corvina, na Lagoa de Araruama - RJ, uma das espécies de maior importância econômica na Região dos Lagos, com intuito de obtenção de dados para futuros programas de cultivo desta espécie em cativeiro na região visando repovoamento e recuperação de seus estoques naturais. MATERIAL E MÉTODOS Área de Estudo: Circundada por cinco municípios, Araruama, Arraial do Cabo, Cabo Frio, São Pedro da Aldeia e Iguaba, a Lagoa de Araruama é composta por sete enseadas ou embaiamentos delimitadas por pontas arenosas formadas pela ação destrutiva e construtiva das correntes marinhas. Possui uma área de 220 km2, perímetro de 190 km, profundidade média de 2,9 m e um volume de 636 milhões de m3. Sua largura máxima é de 14 km e comprimento de 33 km. A entrada de água do mar para lagoa se dá através do canal de Itajuru, cuja largura varia entre 100-300m e comprimento de 5,5 km, sendo limitada por uma restinga litorânea pelo lado oceânico (GARCÍA et al. 2009). A bacia da Lagoa de Araruama é formada por um conjunto de sub-bacias onde quase todos os rios são intermitentes. Limita-se a oeste com a bacia da lagoa de Saquarema e ao 722

norte e nordeste com as bacias dos rios São João e Uma. Os cursos de água que drenam para a lagoa são de oeste para leste: rio Congo, rio das Moças, vala dos Barretos, vala do Hospício, rio Mataruna, rio do Cortiço, rio Salgado, rio Iguaçaba, rio Ubá, riacho Cândido, córrego Piripiri, canal de Parati e o canal da Cia nacional de Álcalis (BIDEGAIN & PEREIRA, 2006). A Lagoa de Araruama é um ecossistema ímpar devido hipersalinidade, que oscila de 5677 no corpo principal e de 35-43 no canal de Itajuru, única conexão com o mar aberto, que atua como fonte de água oceânica e de sal. A salinidade da Lagoa é causada pelo pequeno aporte de água doce, elevada evaporação, reduzida precipitação, influência do canal de Itajuru, e um forte e permanente vento nordeste. Como as taxas de evaporação são mais elevadas das que de precipitação, a entrada de água salgada na Lagoa provoca a hipersalinidade (BIDEGAIN & PEREIRA, 2006). A troca de água através do canal de Itajuru tem sido muito pequena devido ao assoreamento, sendo a onda de maré atenuada a praticamente zero pouco depois de atingir a Lagoa propriamente dita. O tempo de renovação da água é em torno de 83,5 dias. O canal se mantém aberto por estar sua desembocadura localizada entre afloramentos rochosos (morros de Nossa Senhora da Guia e Cruz). Existe também o canal artificial Palmer, outro meio importante de entrada de água na Lagoa nos dias atuais (BIDEGAIN & PEREIRA, 2006).

Figura 1. Mapa esquemático da Lagoa de Araruama, indicativo de sua localização geográfica e dos principais ecossistemas aquáticos circunvizinhos. O relevo regional é dominado por colinas e baixadas, onde a cobertura vegetal original foi amplamente suprimida e substituída por pastagens. Restam pequenas manchas isoladas de florestas nas serras do Palmital e Sapiatiba. Classificada com o nome oficial de “savana estépica” pelo IBGE, uma vegetação nativa de árvores e arbustos com grande quantidade de cactos é marcante na região, recobrindo a maior parte dos morros litorâneos e todas as ilhas. Remanescentes de vegetação de restinga podem ser encontrados nas restingas de Massambaba e Cabo Frio (GARCÍA et al. 2009). Os recursos naturais da região favorecem as suas vocações sócio-econômicas, que são além da pesca, a extração mineral de cálcareo conchífero e do sal, exploração de petróleo em alto mar, o turismo, a construção civil e numerosas indústrias pesqueiras instaladas, principalmente, em Cabo Frio (GARCÍA et al. 2009). Amostragens e tratamento de dados:

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Foram realizadas coletas trimestrais da ictiofauna na Lagoa de Araruama, por meio de redes de espera com malhas de tamanhos variados (15-45 mm entre nós adjacentes) num período de 12h, em oito pontos distribuídos ao longo da lagoa, situados entre os municípios de Cabo Frio e Iguaba, nos meses de fevereiro, maio, julho e outubro de 2011. As variáveis físicas e químicas da água, como temperatura, oxigênio, pH e salinidade, foram medidas por sonda multiparâmetro em cada local de coleta. Posteriormente, os peixes foram fixados em formol a 10%, colocados em sacos plásticos, etiquetados e, posteriormente, conduzidos ao Laboratório de Aqüicultura da UFF (Faculdade de Veterinária) através de bombonas de plástico. Todos os indivíduos foram identificados de acordo com a literatura corrente em ictiologia para espécies de águas salobras e marinhas (Figueiredo & Menezes 1978, 1980, 2000; Menezes & Figueiredo 1980, 1985). Foram analisados, através de lupas e microscópios 105 estômagos de M. furnieri (Fig. 1). As identificações mais precisas do conteúdo estomacal tiveram ajuda de especialistas da UFF e da UNIRIO.

Fig. 2. Foto ilustrativa de Micropogonias furnieri, a corvina. Para a análise da dieta, foi utilizado o Índice de Importância Relativa (Pinkas, 1971): IIR = (%FN + %FP) x %FO, onde: a) Frequência de ocorrência (%FO) = relação em percentagem entre o número de estômagos contendo um determinado item e o número total de estômagos com alimento; b) Frequência numérica (%FN) = relação em percentagem entre o número de indivíduos de um determinado item e o número total de indivíduos de todos os itens; c) Frequência de peso (%FP) = relação em percentagem do peso de determinado item e o peso total dos itens. A percentagem do IIR foi calculada considerando o valor do IIR para cada item alimentar dividido pelo somatório dos valores de IIR. RESULTADOS E DISCUSSÃO Foram analisados 105 exemplares de M. furnieri medindo cerca de 12,5 cm (±3,677) e pesando aproximadamente 0,366g (±0,233). M. furnieri apresentou uma dieta constituída basicamente de cinco categorias alimentares: material orgânico, crustáceos, anelídeos, peixes e insetos. Em geral, o item Restos orgânicos que corresponde ao material orgânico em avançado nível de decomposição pelas enzimas gástricas foi o que mais se destacou com 67,74%IIR. Crustáceos representaram 28,3%IIR. Dentro desta categoria o item de maior destaque foram 724

Restos de Crustáceos com 25,31%IIR, seguido de Restos de Gammaridea com 2,79%IIR, Gammaridea com 0,21%IIR e Crustáceos não identificados identificados representando 0,05%IIR. Anelídeos exibiram valores baixos na dieta com 3,76%IIR (3,42%IIR representado por Anelídeos não identificados, 0,33%IIR por Poliquetas e 0,01 de Onuphidae sp.). Peixes (restos) e Insetos apresentaram menores percentuais de consumo consumo com 0,10%IIR, e 0,01%IIR respectivamente.

Fig. 3. Índice de Importância Relativa(%IIR) do itens alimentáres da espécie M. furnieri. Os resultados indicaram que os exemplares possuem hábito alimentar bentônico, alimentando-se de poliquetas, iquetas, anfípodas e outros crustáceos. Segundo Tanji (1974) e Vazzoler (1975), M. furnieri alimenta-se alimenta se de poliquetas, crustáceos, moluscos, ofiuróides, outros pequenos invertebrados e peixes, os autores verificaram o espectro alimentar da corvina, é bastante nte amplo, entretanto, sua alimentação está relacionada à disponibilidade de alimento fornecida pelo ambiente em que vive. Chaves & Umbria (2003) incluiu à dieta diatomáceas e clorófitas, classificando-aa como onívora. Vazzoler (1991) restringiu o espectro alimentar a pequenos peixes, crustáceos, poliquetas, o que corrobora com os resultados. Guevara, et al. (1995) relatam que a alimentação desta espécie está diretamente ligada com a poluição local. Em áreas com águas límpidas, a corvina tende a se alimentar de peixes, enquanto que em áreas com presença de resíduos domésticos, há uma tendência em ingerir principalmente crustaceos. De acordo com Freret e Andreata (2007), a população de M. furnieri estudada alimentou-se se principalmente de poliquetas e camarões, o que indicando a influência de resíduos domésticos. Já a população de M. furnieri estudada na Lagoa de Araruama, apresentou ser estenofágica quando a comparada aos trabalhos de Tanji (1974) e Vazzoler (1975), o que corrobora com Morasche,, et al.(2010), al onde de se alimenta principalmente de poliquetas e crustáceos, o que indica que a Lagoa de Araruama apresenta uma grande influência dos resíduos domésticos. A elevada frequência de restos orgânicos digerida nos estômagos sugere que os indivíduos analisados se alimentaram alimentaram em um período anterior à captura. Segundo os estudos de Soares & Vazzoler (2001) foram observados um aumento na atividade alimentar de M. furnieri durante os períodos da tarde e da noite. Mendonza-Carranza Mendonza Carranza & Vieira (2008) observaram que as variações ções nos hábitos alimentares da corvina em estuários no sul do Brasil

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estavam frequentemente associadas a mudanças na abundância, diversidade e disponibilidade das presas. CONCLUSÕES Micropogonias furnieri, a corvina, na Lagoa de Araruama - RJ, é uma espécie generalista que se alimenta de macroinvertebrados bentônicos. A plasticidade de sua dieta pode ser um dos fatores responsáveis pela sua ampla distribuição geográfica, viabilizada por distintos padrões de exploração das presas. REFERÊNCIAS BASTOS, M. P. Avaliação do sistema de produção em aqüicultura no Estado do Rio de Janeiro. 1994. 65p. Dissertação (Mestrado em Aquicultura) – COPPE, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 1994. BAUTISTA, C. Peces Marinos, Tecnología de cultivo. Ediciones Multi-Prensa, Madrid, 1991. 148p. BIDEGAIN, P.P.; PEREIRA, L.F.M. Plano da bacia hidrográfica da Região dos Lagos e do Rio São João. 2006. 156p. CAMARGO, S.G.O.; POUEY, J.L.O.F. Aqüicultura - um mercado em expansão. Revista Brasileira de Agrociência, Pelotas, vol. 11, n.4 p.393-396, out.-dez. 2005. CHAVES, P. T. C.; UMBRIA, S. C. Changes in the diet composition of transitory fishes in coastal systems, estuary and continental shelf. Brazilian Archives of Biology and Technology, n.46, p. 41– 46. 2003. ESTEVES, F.A. Fundamentos de limnologia. Editora Interciência, Rio de Janeiro. 1998. 602p. FAO. Examen mundial de la pesca y la acuicultura. Rome, 2006. 93p. FIGUEIREDO, L., MENEZES, N.A. Manual de Peixes Marinhos do Sudeste do Brasil. II. Teleostei (1). São Paulo, Museu de Zoologia, Univ. São Paulo, 1978. 110p. FIGUEIREDO, L., MENEZES, N.A. Manual de Peixes Marinhos do Sudeste do Brasil. II. Teleostei (2). São Paulo, Museu de Zoologia, Univ. São Paulo, 1980. 90p. FIGUEIREDO, L., MENEZES, N.A. Manual de Peixes Marinhos do Sudeste do Brasil. VI. Teleostei (5). São Paulo, Museu de Zoologia, Univ. São Paulo, 2000. 116p. FRERET, N. V.; ANDREATA, J. V. 2003. Composição da dieta de Micropogonias furnieri da Baia da Ribeira, Angra dos Reis, Rio de Janeiro. Bioikos, PUC-Campinas, 17 (1/2): 33-37. Disponível em: . o em 01 de ago. de 2013. GARCÍA, R.S.; TRANNIN, M.C.; JÚNIOR, M.G. 2009. Considerações ambientais e sociais do ecossistema da Lagoa de Araruama. EGAL, tema 7- Procesos de la interacción sociedad-naturaleza. 15p. GUEVARA, E.; BOSCH, A.; GARCIA, R. E.; GARCIA, T.; BELTRAN, J. Alimentacion de la corvina, Micropogonias furnieri, (Pisces: Sciaenidae) em três zonas de la Bahia de Cienfuegos, Cuba: I. Composicion cualitativa y cuantitativa de la dieta. Revista Investigaciones Marinas, vol.16, n.1-3, p.137-143, 1995. JAVOR, B. Hypersaline environments. Berlin: Springer, 1989. 319 p. KJERFVE, B., SCHETTINI, C.A.F., KNOPPERS, B., LESSA, G., FERREIRA, H.O. Hydrology and salt balance in a large hypersaline coastal lagoon: Lagoa de Araruama, Brazil. Estuarine, Coastal and Shelf Science, vol.42, p.701–725, 1996.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

VERIFICAÇÃO DO TEOR DA EMISSÃO DE AMÔNIA NO INTERIOR DE UM AVIÁRIO DE POSTURA EM ALTA DENSIDADE E SUA INFLUENICA PARA A SAÚDE DO TRABALHADOR. LUÍS GUSTAVO FIGUEIREDO FRANÇA1, MÁRCIO ARÊDES MARTINS2, ILDA DE FÁTIMA FERREIRA TINÔCO3 1

Mestrando em Engenharia Agrícola, Universidade Federal de Viçosa, (31) 9111-3613, [email protected] Departamento de Engenharia Agrícola, Universidade Federal de Viçosa, (31) 3899-1922, [email protected] 3 Departamento de Engenharia Agrícola, Universidade Federal de Viçosa, (31) 3899-1884, [email protected] 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Com o crescimento exponencial da população mundial ocorre, concomitantemente, aumento na demanda por alimentos. Diante da necessidade cada vez maior de fontes de proteína animal e redução dos custos de produção, tem sido observado, ampliações dos sistemas de criações em alta densidade. Na avicultura de postura a alta densidade pode levar até 120.000 aves dentro de um único galpão, gerando maiores concentrações de dejeções e consequentemente maiores preocupações com as questões ambientais. O gás amônia (NH3) destaca-se entre as emissões gasosas associadas ao esterco das aves, a emissão e inalação de NH3 pode trazer riscos para a saúde do ser humano e animais. O Ministério do Trabalho e Emprego estabelece, na Norma Regulamentadora número 15, o limite de tolerância de 20 ppm de NH3 no conteúdo do ar em ambientes frequentados por trabalhadores com jornadas de trabalho de até 48 horas semanais, sendo que o valor máximo da concentração deste gás a que uma pessoa pode ser exposta é de 30 ppm. O objetivo desse trabalho consistiu na medição da concentração de amônia no interior de um aviário de alta densidade para postura e verificação se os valores encontrados estão dentro das faixas aceitáveis para o trabalho sem danos a saúde humana. Os valores da concentração de amônia foram averiguados através de sensores GasAlert Extreme, da BW Technologies, no interior de um galpão para avicultura de postura em um aviário de alta produção no sul do estado de Minas Gerias. PALAVRAS–CHAVE: Amônia, avicultura e NR 15.

CHECKING THE CONTENT OF AMMONIA EMISSIONS INSIDE AN AVIATY POSTURE FOR HIGH DENSITY AND ITS INFLUENCE FOR HEALTH WORKER. ABSTRACT: With the exponential growth of the world population occurs concomitant increase in demand for food. Given the increasing need for animal protein sources and reduction of costs production, has been observed, extensions of systems for high-density designs. In laying high density can lead to 120,000 animals within a one shed, causing higher concentrations of manure and therefore major concerns with environmental issues. The ammonia gas (NH3) stands out among the gaseous emissions associated with the dung of laying, emission and inhalation of NH3 can bring risks to the health of humans and animals. The “Ministério do Trabalho e Emprego”, in Norm number 15, the tolerance limit of 20 ppm to NH3 in air content in environments frequented by workers with workloads of up to 48 hours per week, and the maximum concentration of gas that a person can be exposed is 30 ppm. The objective of this work was the measurement of the ammonia concentration inside an aviary high density for laying and checks if the values are found within the acceptable ranges for the job without harm to human health. The values of ammonia concentration were checked by sensors GasAlert Extreme, BW Technologies, inside a laying shed an aviary of high production in the southern state of Minas Gerais. KEYWORDS: Ammonia, laying, NR 15.

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INTRODUÇÃO Com o crescimento exponencial da população mundial ocorre, concomitantemente, aumento na demanda por alimentos. A utilização dos recursos naturais necessários para suprir essa demanda, tende a torná-los mais escassos. Diante deste cenário, países líderes na produção mundial de alimentos, como o Brasil, concentram esforços na busca por maior eficiência na produção alimentar, voltando suas atenções, cada vez mais, para produtos proteicos de origem animal mais baratos e, dentre eles, os ovos de galinha. Segundo dados apresentados em 2012 no relatório anual produzido pela União Brasileira de Avicultura (UBABEF), a produção mineira de ovos de galinha em 2011 foi de 11,45% da produção total brasileira, sendo o segundo maior produtor, ficando atrás apenas de São Paulo com 35,85% do total de ovos produzidos no ano de 2011. O consumo per Capita foi de 162,57 ovos, sendo que 99,11% da produção tiveram como destino o mercado interno e o restante a exportação, a qual apresentou valores correspondentes a 16,6 mil toneladas de ovos. No ranking de exportações, Minas Gerais posiciona-se em segundo lugar, com 7,046 mil toneladas, sendo que a primeira posição é ocupada pelo Rio Grande do Sul, com 7,652 mil toneladas de ovos. Diante da necessidade de aumento da produção e redução de custos, cada vez mais tem sido observado criações em alta densidade, com galpões totalmente mecanizados, podendo apresentar quatro fileiras de gaiolas sobrepostas com até sete andares cada uma, retirada de dejetos mecanizada através de esteiras, comedouros automáticos, sistema de climatização composto por nebulizadores e ventiladores, o que reduz a necessidade de trabalhadores dentro das instalações, no entanto não exclui por completo a utilização de pessoas dentro dos galpões. A retirada e o transporte de ovos também são operações realizadas de forma totalmente mecanizada, o que possibilita a locação de até 100.000 aves em um único aviário. Assim, com o incremento cada vez maior da produção e com a utilização de sistemas mais intensivos, ocorrem, simultaneamente, aumento e maior concentração de dejeções oriundas do setor de produção de ovos, levando a maiores preocupações com as questões ambientais. Neste sentido, o gás amônia (NH3) destaca-se entre as emissões gasosas associadas ao esterco, sendo que a volatilização da NH3, a partir do esterco, além de apresentar alto potencial de poluição, constitui um mecanismo de perda de nitrogênio, o que causa empobrecimento do esterco, que tem como utilização mais indicada, segundo Ndegwa et al., (2007), a incorporação ao solo como fertilizante. A partir da degradação biológica do ácido úrico excretado pelas aves, ocorre a liberação do gás amônia, fato que tem sido considerado causador e potencializador da ocorrência de chuvas ácidas, além de provocar descarga excessiva de nitrogênio em ecossistemas que podem ser sensíveis a tal nutriente. Segundo Demmers et al., (1998), pode levar ainda a eutrofização de lagos e rios e a acidificação de solos. Segundo (Baek e Aneja, 2004) a formação de aerosóis inorgânicos na atmosfera pode ser relacionada à liberação de NH3 proveniente das criações avícolas. Reações entre gases naturalmente presentes na atmosfera com a amônia volatilizada pode levar a criação destes aerosóis que, segundo Pilewskie (2007), são potencializadores do efeito, estufa estando diretamente relacionados às mudanças climáticas. Além dos riscos ambientais descritos acima, existem riscos para a saúde do ser humano e animais. O Ministério do Trabalho e Emprego estabelece, na Norma Regulamentadora (NR) número 15, o limite de tolerância (LT) de 20 ppm de NH3 no conteúdo do ar em ambientes frequentados por trabalhadores com jornadas de trabalho de até 48 horas semanais e que o valor máximo de concentração de amônia a que uma pessoa poderia ser exposta é de 30 ppm. As instalações brasileiras usadas na criação de aves de postura, tanto no caso de alojamento regular quanto alta densidade, são predominantemente abertas (Tinôco, 2001), 729

apresentado fechamento apenas nas extremidades. O que facilita a diluição de gases tóxicos gerados no processo de produção de ovos. Este trabalho tem como objetivo avaliar a salubridade do ambiente interno de uma instalação avícola, em uma granja de postura que represente o padrão construtivo do estado de Minas Gerais para densidades altas, (aviários verticais). O interesse será apenas para os galpões que estejam alojando aves em seu período de produção máxima de ovos, ou seja, entre 30 e 40 semanas de vida, por ser este o período entendido como de máximo potencial de emissão de gases. MATERIAL E MÉTODOS A concentração de NH3 emitida foi mensurada com o sensor GasAlert Extreme, da BW Technologies modelo GAXT-A-DL, a cada três horas a partir das seis da manhã, durante um intervalo de tempo de 24 horas, sendo assim possível elaborar um perfil da concentração de amônia ao longo do dia dentro do aviário. Os pontos de coletas foram distribuídos formando uma linha perpendicular ao comprimento do galpão sendo que, foi colocado um sensor em cada corredor de agem para funcionários totalizando cinco pontos de coletas de dados, os sensores foram fixados a 1,80m do solo, altura correspondente à metade do tamanho da coluna de gaiolas. Foram mensurados os valores relativos à emissão de amônia durante cinco minutos em cada ponto simultaneamente. Um exemplo dos sensores utilizados pode ser observado na Figura 1 A. As medições foram realizadas em dois dias, 16 e 18 de janeiro de 2013, como na granja a retirada dos dejetos de cada galpão é realizada em média a cada três dias, logo medimos no primeiro dia após a retirada, 16 e no dia em que os dejetos seriam removidos novamente, 18 de janeiro. Foram coletados os dados térmicos ambientais (temperatura e a umidade relativa do ar no interior das instalações e próximos aos pontos de coletas dos dejetos) Foi realizado um mapeamento térmico de todo o galpão, no entanto para este estudo iremos utilizar apernas os dados que estão próximos aos pontos de verificação da concentração de amônia emitida. Para tais medições foram utilizados sensores de temperatura e umidade conectados ao sistema One-WireTM®, desenvolvido pela Dallas Semiconductor. O sistema corresponde a uma rede de transmissão de dados, a qual consiste de um mestre (dispositivo que inicia e controla a transferência de dados) e escravos (dispositivos da série One-WireTM®, adaptadores e sensores endereçados, controlados pelo mestre), sendo os sensores de temperatura do tipo DS24381 e DS18B20, e de umidade relativa do ar, HIH4000, os quais transmitiram os dados para serem armazenados em computadores instalados no início de cada linha de coleta. Na Figura 1 B temos um exemplo do sensor de temperatura e umidade utilizado. Na Figura 2 observamos como foram distribuídos os sensores de temperatura e umidade pela instalação. O software STRADA, desenvolvido por Rocha et al. (2008), será utilizado para realizar a transmissão e aquisição dos dados aferidos pelos sensores, sendo os sensores de temperatura do tipo DS24381 e DS18B20, e de umidade HIH4000. Na Figura 1 C é observado a caixa onde foi instalado o computador para coleta e armazenamento dos dados de temperatura e humidade.

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A

B

C

Fitura 1 – A, sensor de amônia. B, sensor de temperatura e umidade. Caixa para proteção do computador para coleta e armazenamento de dados.

e d c b 5

4

3

2

1

a

Figura 2 – Distribuição dos sensores de temperatura e umidade. Numeramos os corredores de 1 a 5 e atribuímos letras de “a” a “e” para as linhas de sensores de temperatura e umidade, como esta exemplificado na Figura 2. Os sensores para coleta de amônia foram distribuídos ao longo da linha “c”, a qual esta situada na metade do comprimento do galpão, formando os pontos c1, c2, c3, c4 e c5 onde foi mensurada a amônia emitida, por entendermos que como o galpão é simétrico e a distribuição de aves em seu interior é uniforme, as emissões que forem determinadas nestes pontos se repetem ao longo de seu comprimento. Como mencionado anteriormente, os dejetos são retirados de forma mecanizada, existem esteiras abaixo das gaiolas que os carreiam no sentido do ponto “a” para o ponto “e” onde eles são direcionados a outra esteira, transportando-os para fora da instalação onde serão encaminhados para o tratamento adequado. Como as extremidades são fechadas e a movimentação dos dejetos proporciona a liberação de gases, notamos a importância de se mensurar a concentração de amônia nesta área. Optamos então por se fazer a medição no ponto 3e que fica localizado próximo ao elétrico que faz o acionamento das esteiras. Na Figura 3 é possível observarmos parte do sistema de retirada das dejeções do aviário.

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Esteiras para retirada dos dejetos

Figura 3 – Sistema de retirada de dejetos do galpão. RESULTADOS E DISCUSSÃO A NR 15 especifica que: “o valor máximo de concentração é igual ao limite de tolerância multiplicado por um fator de desvio estabelecido pela própria norma, que varia de acordo com o limite de tolerância de cada agente químico”. Para a amônia, como o LT é igual a 20 ppm, esse fator de desvio corresponde a 1,5, o qual proporciona o limite estabelecido de 30 ppm como sendo o valor máximo ao qual uma pessoa poderá ser exposta a esse gás por um curto período de tempo. Valores de concentração de amônia elevados, acima dos padrões especificados, levam as aves a desenvolverem problemas sérios de saúde, especialmente no aparelho respiratório, predispondo-as a várias doenças inclusive a cegueira. A Tabela 1 traz os resultados médios verificados nos horários pré-determinados, para os dias 16 e 18 de janeiro de 2013. Tabela 1 – Concentração de amônia, linha central do galpão.

Horário 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00 00:00 03:00 06:00

c1 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Concentração nos pontos de coleta (ppm de NH3) 18 de janeiro 2013 16 de janeiro de 2013 c2 c3 c4 c5 c1 c2 c3 c4 0 3 0 0 0 0 7 0 0 5 0 0 0 8 16 3 0 0 0 0 0 4 17 3 0 4 0 0 0 4 7 0 0 4 0 0 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 0 0 8 0 0 0 0 0 0

c5 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Com estes resultados, percebemos que no dia 16, dia seguinte à limpeza do galpão, os corredores um, dois, quatro e cinco não apresentaram concentrações de amônia perceptíveis aos sensores, enquanto o corredor três apresentou uma concentração relativamente baixa durante todo o dia, com valores mais elevados no fim do período de medição, possivelmente devido ao tempo decorrido após a limpeza. A presença de NH3 no corredor três e a falta da 732

detecção deste gás nos demais corredores no dia 16 pode ser explicada pela ventilação natural, uma vez que os corredores um, dois, quatro e quatro estão próximos as laterais do galpão sendo a ventilação natural suficiente para a diluição e eliminação deste gás na proporção em que ele esta sendo gerado. Quando avaliamos os resultados do encontrados no dia 18 de janeiro, percebemos a ausência de amônia nos corredores um e cinco, fato novamente ocorrido devido a proximidade das laterais do galpão, as quais são abertas e rapidamente ocorre a troca de ar nesses corredores eliminando o gás emitido. Outro fato que nos chama a atenção e a não constatação de NH3 após as 15 horas na maior parte do galpão, devido ao acionamento das esteiras de retirada dos dejetos neste horário. A maior concentração de amônia no corredor três é devido a menor ventilação neste corredor em comparação com os corredores dois e quatro. Quando comparamos os valores médios encontrados no dia 18 e os do dia 16, percebemos médias maiores no dia 18, fato devido ao tempo decorrido entre as limpezas e ao acúmulo de dejetos. A Tabela 2 foi confeccionada com os resultados coletados na extremidade do galpão por onde os dejetos são retirados. Tabela 2 – Concentração de amônia, final do galpão. Concentração nos pontos de coleta (ppm de NH3) Horário Data 06:00 09:00 12:00 15:00 15:30 18:00 21:00 00:00 16/jan 0 3 8 0 0 0 0 0 18/jan 0 7 6 26 6 3 0 0

03:00 0 0

O sensor foi colocado no local correspondente ao ponto e3 do galpão, no corredor três em a ventilação é menor e no final da fileira de gaiolas por onde os dejetos são retirados. Esta combinação de fatores possibilitou a presença de amônia já no primeiro dia de medições. O fato deste gás ter sido observado apenas em dois horários, nove da manha e meio dia, pode ser devido correntes de ar que impossibilitaram o acumulo do mesmo nos demais horários e as temperaturas mais amenas na parte da noite o que reduz a taxa de volatilização de NH3. Um dado nos chama a atenção quando observamos os valores coletados no dia 18, a concentração encontrada às 15 horas, correspondente a 26 ppm, esta valor elevado pode ser explicado devido ao funcionamento das esteiras de dejetos, lembrando que este ponte é onde ocorrem maior movimentação das dejeções, pois elas são adas das esteiras sobe as gaiolas para a esteira que vai retirá-los do galpão. Após a limpeza dos dejetos, a concentração de amônia no interior da instalação tende a reduzir significativamente. Nas figuras quatro e cinco é possível observar graficamente a diferença de concentração de amônia entre os corredores de serviço no centro da instalação da instalação. Já a figura seis traz a concentração de amônia nos dias 16 e 18 no final da linha de gaiolas.

733

Concentração (ppm)

Concentração de NH3 ao longo do dia 16 de janeiro de 2012 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

c1 c2 c3 c4 c5 06:00

09:00

12:00

15:00

18:00

21:00

00:00

03:00

06:00

Hora do Dia

Figura 4 – Concentração de amônia dia 16 de janeiro de 2013

Concentração (ppm)

Concentração de NH3 ao longo do dia 18 de janeiro de 2012 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0

c1 c2 c3 c4 c5 06:00

09:00

12:00

15:00

18:00

21:00

00:00

03:00

06:00

Hora do Dia

Figura 5 – Concentração de amônia dia 18 de janeiro de 2013

Concentração de NH3 ao longo do dia 30 Concentração (ppm)

25 20 15 10

16 de Janeiro

5

18 de Janeiro

0 06:00 09:00 12:00 15:00 15:30 18:00 21:00 00:00 03:00 Hora do Dia

Figura 6 – Concentração de amônia no final do galpão

734

CONCLUSÕES A concentração mais elevada encontrada durante as medições foi de 26 ppm se esta concentração fosse observada em locais onde não há presença de trabalhadores, não haveria danos a seres humanos, no entanto este valor foi medido próximo ao que aciona as esteiras de dejetos e operador das esteiras permanece neste local durante praticamente toda a limpeza do galpão, operação que leva em torno de 45 minutos, para verificar se não esta ocorrendo nenhum problema com o funcionamento do sistema. Como a NR 15 estabelece um limite de concentração 20 ppm de amônia em que um trabalhador possa estar exposto, consideramos esta atividade insalubre. Na tentativa de solucionar esta situação é recomendada a utilização de equipamentos de proteção individual (EPI) especifico para presença de amônia no ambiente. REFERÊNCIAS BRASIL. Norma Regulamentadora nº 15, Atividades e operações insalubres, de 06 de julho de 1978. Diário Oficial da União. Brasília, DF, 1978. BAEK, B.H., Aneja, V.P., 2004. Measurement and analysis of the relationship between ammonia,acid gases, and fine particles in eastern North Carolina. Journal of the Air & Waste ManagementAssociation 54, 623–633. DEMMERS T G M; Burgess L R; Short J L; Phillips V R; Clark J A; Wathes C M. 1998. First experiences with methods to measure ammonia emissions from naturallyventilated cattle buildings in the UK. Atmospheric Environment, 32, 285-293 NDEGWA, P. M.; Hristov, A. N.; Arogo, J.; Sheffield, R. E. 2007. Review Paper: SE – Structures and Environment. A review of ammonia emission mitigation techniques for concentrated animal feeding operations.Biosystems Engineering 100 453-469. PILEWSKIE, P. 2007. Climate change: Aerosols heat up. Nature Magazine. Vol 448. ROCHA, K. S. O.; MARTINS, J. H.; TINÔCO, I. F. F.; MELO, E. C.; LOPES, D. C.; HERMSDORFF, W. Remote environmental monitoring and Management of data systems. Livestock Environment VIII – Proceedings of the 8th International Symposium. 2008, Pages 1001-1008. TINOCO, I.F.F. Avicultura Industrial: Novos Conceitos de Materiais, Concepções e Técnicas Construtivas Disponíveis para Galpões Avícolas Brasileiros. Rev. Bras. Cienc. Avic., Campinas, v. 3, n. 1, Jan. 2001. UBABEF - União Brasileira de Avicultura. Relatório anual, 2012. São Paulo. 113p. 2012.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

PRODUÇÃO DE DIHIDROXIACETONA A PARTIR DE GLICERINA SUBPRODUTO DO BIODIESEL UTILIZANDO GLUCONOBACTER OXYDANS TAMILES ANTAS PADILHA1, SORELE BATISTA FIAUX2, ROBERTO GUIMARÃES PEREIRA3 1

Aluna de Iniciação Tecnológica, Graduação em Química, UFF, 21 2629 9570, [email protected] Doutora em Tecnologia de Processos Químicos e Bioquímicos, UFF, 21 2629 9570, [email protected] 3 Doutor em Engenharia Mecânica, UFF, 21 2629 5582, [email protected] 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: A produção de biodiesel gera em torno de 10% (p/p) de glicerina como subproduto, o que tem levado a excesso desse composto no mundo, representando sérios problemas econômicos e ambientais. Sua utilização para obtenção de compostos químicos através de tecnologia microbiana tem sido bastante estudada. Uma das possibilidades é a produção de dihidroxiacetona (DHA), insumo para as indústrias de cosméticos, de fármacos e de química fina. Industrialmente, a produção de DHA é realizada por células de Gluconobacter oxydans em crescimento a partir de glicerol, sendo o principal problema desse processo a inibição celular pelo glicerol e pela DHA formada. Nesse projeto, DHA foi produzida utilizando G. oxydans DSM 2343 em cultivo por 48 horas à 30º C e 180 rpm, em erlenmeyers de 250 mL contendo 50 mL de meio com glicerina, subproduto da produção de biodiesel a partir de óleo de soja Foram utilizadas as concentrações de 25, 30, 45 e 60 g/L de glicerina. A concentração celular e de DHA foram medidas por métodos espectrofotométricos. Foi observado crescimento celular máximo de 1,5 g/L em 25 e 30 g/L. Nas concentrações de 45 e 60 g/L de glicerina houve inibição do crescimento obtendo-se em torno de 1,1 g/L com tempo maior de cultivo. A produção máxima foi de 40 g/L de DHA, obtida em 36 horas a partir de 45 g/l de glicerina. Os resultados mostraram ser possível a utilização da glicerina subproduto do biodiesel na produção de DHA. PALAVRAS–CHAVE: glicerina, dihidroxiacetona, Gluconobacter oxydans.

DIHYDROXYACETONE PRODUCTION FROM GLYCERIN BY-PRODUCT OF BIODIESEL USING Gluconobacter oxydans ABSTRACT: Biodiesel production generates around 10% (w/w) glycerin as a byproduct, which has led to excess of this compound in the world, representing economic and environmental problems. Their use for obtaining chemical compounds through microbial technology has been widely studied. One possibility is in the production of dihydroxyacetone (DHA), a raw material for the manufacture of cosmetics, pharmaceuticals and fine chemicals. Industrially, glycerol is used to the production of DHA by growing cells of Gluconobacter oxydans. The main problem of this process is the inhibition of the cell by glycerol and by DHA. In this work DHA was produced from glycerin by-product of biodiesel using G. oxydans DSM 2343. The bacteria was cultured for 48 hours at 30 º C and 180 rpm in 250 mL Erlenmeyer flasks containing 50 mL of medium. Glycerin was used at the concentrations of 25, 30, 45 and 60 g /L. Cell and DHA concentrations were measured by spectrophotometric methods. Maximum growth in 25 and 30 g/L of glycerin was 1.5 g/L. Growth inhibition was observed at 45 and 60 g/L glycerin and maximum cell concentration was about 1.1 g/L. The highest production was 40 g/L of DHA obtained in 36 hours from 45 g/L glycerin. The results showed that it is possible to produce DHA from glycerin by-product of biodiesel production. KEYWORDS: glycerin, dihydroxyacetone, Gluconobacter oxydans

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INTRODUÇÃO A produção de biodiesel tem crescido no mundo e com ela a de seu principal subproduto - o glicerol (1) (ZHENG et al, 2008; GUPTA et al, 2009; DA SILVA et al, 2009). Em 2011 a produção brasileira de glicerol advinda desse processo foi de 260 mil toneladas, enquanto que a demanda foi de 40 mil toneladas (VASCONCELOS, 2012). Essa alta produção, que tende a aumentar com o incentivo mundial dado à utilização do biodiesel (BEATRIZ, et al, 2011), tem levado ao excesso dessa matéria prima em todo o mundo, representando sérios problemas econômicos e ambientais. Alguns impactos já podem ser verificados, como a grande queda no preço do glicerol, o fechamento de empresas produtoras desse composto por síntese química e o custo para dispor o excesso de glicerol (DA SILVA et al, 2013, WOLFSON e DUGLY, 2009; DA SILVA et al, 2009; SAXENA et al, 2009; MURARKA et al, 2008). O glicerol é obtido impuro e como sua purificação aumentaria o custo da produção de biodiesel, esse é disponibilizado como glicerina. Atualmente várias pesquisas são desenvolvidas no mundo para a obtenção de substâncias químicas a partir dessa glicerina, uma vez que um dos objetivos na utilização do biodiesel é a sustentabilidade, sendo importante a utilização dos subprodutos (GANESAN et al, 2013; MOTA et al, 2009; WOLFSON e DUGLY, 2009). Uma das possíveis vias de obtenção de substâncias químicas é a tecnologia microbiana, seja por processos fermentativos ou de biocatálise (NICOL et al,2012; DOBSON et al,2012; ZHENG et al., 2008), contudo as impurezas presentes podem causar problemas para o microrganismo produtor (ATHALYE et al, 2009; PYLE et al, 2008). É necessário selecionar microrganismos que utilizem a glicerina sem purificação ou com purificação parcial. A dihidroxiacetona (DHA, 2) pode ser utilizada, entre outras aplicações, em bronzeadores artificiais, em medicamentos para doenças como o vitiligo e a psoríase, como antídoto para envenenamento com cianeto e como intermediário em síntese química (MISHRA et al, 2008; ZHENG et al, 2008; NGUYEN e NEVOIGT, 2009; WEI et al, 2007b; BAUER et al, 2005; HEKMAT et al, 2003). É possível sintetizar a DHA quimicamente a partir de formaldeído e glicerol, mas problemas como baixo rendimento, superoxidação do produto e dificuldade de separação dos subprodutos faz com que a via microbiana seja a mais viável (MISHRA et al, 2008). Além disso, a produção por microrganismos é realizada em condições brandas e ambientalmente limpas. Industrialmente, a DHA é produzida por fermentação em tanques agitados e aerados utilizando a bactéria Gluconobacter oxydans (BAUER et al, 2005; HEKMAT et al, 2003) (Figura 1). Apesar de já ser industrial, essa produção continua a ser estudada para obtenção de melhor produtividade e menores custos (LU et al, 2012; ZHONG-CE et al, 2011; HU et al, 2011; GÄTGENS et al, 2007; WEI et al, 2007a; WEI et al, 2007b; HEKMAT et al, 2003; BAUER et al, 2005).

OH

OH OH

Gluconobacter oxydans

OH

OH O

Dihidroxiacetona (2) Glicerol (1) Figura 1 – Oxidação de glicerol à dihidroxiacetona por Gluconobacter oxydans.

Gluconobacter oxydans é conhecido por sua capacidade de oxidação incompleta de vários carboidratos e álcoois, o que o torna apropriado para a síntese de vários produtos (DE MUYNCK et al, 2007; WEI et al, 2007b). A produção de DHA é realizada pela célula íntegra do microrganismo, através da catálise regiosseletiva da enzima glicerol desidrogenase, uma 737

quinoproteína, em uma única etapa (Lu et al, 2012; AMEYAMA et al, 1985). É uma enzima ligada à membrana celular e oxida o glicerol a DHA, empregando o oxigênio como aceptor final dos equivalentes reduzidos (DA SILVA et al, 2009; MISHRA et al, 2008; BAUER et al, 2005). Como a enzima é ligada à membrana, DHA é liberada e acumulada diretamente no meio (MISHRA et al, 2008), o que é uma vantagem para o processo. No presente trabalho a viabilidade do uso da glicerina subproduto do biodiesel, matéria prima atualmente de baixo custo, para a produção de DHA utilizando Gluconobacter oxydans foi explorada. MATERIAL E MÉTODOS 1. Microrganismo: Foi utilizada a linhagem bacteriana Gluconobacter oxydans DSM 2343 (ATCC 621H), adquirida da Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH (DSMZ) conservada congelada a - 14º C em presença de glicerol. 2. Meio de cultivo: Composição (g/L): (NH4)2SO4, 2.0; K2HPO4, 0.1; KH2PO4, 0.9; MgSO4.7 H2O, 1.0; extrato de lêvedo, 2.5; glicerol ou glicerina na concentração indicada no experimento, em pH 5,5. 3. Produção de dihidroxiacetona (DHA) a partir de glicerina utilizando células em crescimento: 3.1. Preparo do inoculo: O inóculo foi preparado a partir das células congeladas, cultivando-as em frascos erlenmeyers de 250 mL contendo 100 mL do meio de cultivo acrescido de 25 g/L de glicerol PA. A incubação foi a 30º C e agitação de 180 rpm, por 48 horas. 3.2. Produção de DHA: O experimento foi realizado em erlenmeyers de 250 mL contendo 50 mL do meio de cultivo acrescido de glicerina de biodiesel de soja parcialmente purificada e inoculados com 5 mL da suspensão de inóculo. O microrganismo foi cultivado em quatro diferentes concentrações de glicerina: 25, 30, 45 e 60 g/L. A incubação foi realizada sob agitação de 180 rpm e 30º C por 48 horas. As amostragens foram em duplicata e constituídas do volume total do frasco. O pH, a concentração celular e a concentração de DHA foram analisadas. 4. Métodos analíticos: A concentração celular foi determinada pelo método da densidade ótica, medida em espectrofotômetro a 540 nm, associada ao peso seco de células. O pH foi medido em pHmetro de bancada. A concentração de DHA foi determinada utilizando o reagente de difenilamina (Tkác et al, 2001). O reagente de difenilamina foi preparado com 0,6 g de difenilamina, 6 mL de ácido sulfúrico 98% e 54 mL de ácido acético 99%. Para a análise, foram adicionados 4,5 mL do reagente de difenilamina e 0,5 mL da amostra em tubos de ensaio com tampa de rosca fechados e esses foram incubados em água em ebulição por 20 minutos. Após arrefecimento, a absorbância da solução foi lida em 615 nm e a concentração de DHA determinada a partir de curva padrão.

738

RESULTADOS E DISCUSSÃO Cinética do crescimento celular: A Figura 2 mostra o perfil cinético da concentração celular nos diferentes meios. Houve dificuldade com as primeiras amostragens (12 horas de cultivo) dos meios com 30, 45 e 60 g/L de glicerina, porque as células ficaram aderidas à parede do frasco. A adesão pode ter sido devida à visível presença de matéria oleosa no meio, vinda da glicerina, o que ocasionou a adesão das células ainda em baixa concentração. Provavelmente, após esse tempo, a maior concentração de células e a degradação da matéria oleosa pelo metabolismo bacteriano minimizaram o problema. Em meio com 25 e 30 g/L de glicerina o crescimento celular máximo foi de 1,5 g/L. Nas concentrações de 45 e 60 g/L houve inibição do crescimento obtendo-se obtendo se em torno de 1,1 g/L. A inibição também foi observada pela diminuição da taxa de crescimento com o aumento da concentração ntração de glicerina no meio de cultivo, sendo a concentração máxima de células obtida em tempo de cultivo crescente com a concentração de glicerina. A inibição do crescimento celular pelo glicerol e pela DHA tem sido relatada na literatura e é um dos entraves entr à produção de DHA (DA SILVA et al, 2009; GÄTGENS et al,, 2007; BAUER et al, 2005; HEKMAT et al,, 2003; CLARET et al, 1992).

Concentração celular (g/L)

1,600 1,400 1,200 1,000 0,800 0,600 0,400 0,200 0,000 0

20

40

60

Tempo de cultivo (h) Figura 2 – Cinética do crescimento de Gluconobacter oxydans DSM 2343 em diferentes concentrações de glicerina de biodiesel de soja parcialmente purificada: ♦, 25 g/L; ■, 30 g/L; ▲45 g/L; ×, 60 g/L. Produção de DHA: A produção máxima de DHA variou com a concentração de glicerina utilizada (Figura 3). Foi crescente até 40 g/L em meio contendo 45 g/L de glicerina e depois caiu para aproximadamente 20 g/L em meio meio contendo 60 g/L de glicerina. O tempo de obtenção da produção máxima também variou. Em 25 e 30 g/l de glicerina o máximo de produção acompanhou o máximo de crescimento e foi obtido em 24 e 36 horas de cultivo, 739

respectivamente (Figuras 2 e 3). Em meio contendo 45 e 60 g/L de glicerina a produção máxima foi atingida em 36 horas, no entanto, o microrganismo continuou a crescer até o final do experimento em 48 horas de cultivo.

Concentração máxima de DHA (g/L)

50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 25

30

45

60

Concentração de glicerina (g/L) Figura 3 - Concentração de DHA máxima obtida por cultivo de Gluconobacter oxydans DSM 2343 em diferentes concentrações de glicerina de soja parcialmente purificada. A produção máxima de DHA em meio contendo 25 g/L de glicerina foi em 24 horas de cultivo. Nas demais concentrações a produção máxima foi obtida em 36 horas. Variação do pH no meio de cultivo: O pH do meio em todos os casos decresceu com pequena variação dependendo da concentração de glicerina. Com 25 e 45 g/L de glicerina o pH final ficou em 4,7. O meio com 30 g/L de glicerina apresentou pH final mais baixo, de 4,2. O meio com 60 g/L apresentou pH ligeiramente maior que os demais durante todo o experimento com valor final de 4,8. Essa diferença pode ser devida ao equilíbrio entre o pH gerado pela DHA formada e aquele gerado por componentes da glicerina ou outros produtos do metabolismo microbiano devido à presença dessas impurezas.

740

pH final do meio de cultivo

5,00 4,80 4,60 4,40 4,20 4,00 3,80 25

30

45

60

Concentração de glicerina (g/L) Figura 4 - pH final do meio de cultivo de Gluconobacter oxydans DSM 2343 em diferentes concentrações de glicerina de soja parcialmente purificada. A presença de impurezas na glicerina tem sido relatada como um problema na produção de químicos por processos microbiológicos (ATHALYE et al, 2009; SAXENA et al, 2009; RUMBOLD et al, 2009; PYLE et al, 2008). Em alguns casos, porém, as impurezas parecem auxiliar o crescimento microbiano, como foi observado para o microrganismo Trichoderma reesei (RUMBOLD et al, 2009). No presente trabalho, aparentemente, as impurezas presentes na glicerina do biodiesel não tiveram influência significativa sobre a produção de DHA por Gluconobacter oxydans até a concentração de 45 g/L. Isso pode ser verificado pela alta produção de DHA nessa condição. Em 60 g/L de glicerina, porém, a produção de DHA foi bem menor e comparável àquela obtida em meio com 25 g/L. Foi observada também inibição do crescimento, tendo a taxa de crescimento e o máximo de concentração diminuído com o aumento da concentração de glicerina. Essa inibição na produção e no crescimento pode ter sido devida apenas à presença de concentração maior de glicerol no meio de cultivo, conforme relatos da literatura (CLARET et al, 1992; GATGENS et al, 2007) e não à presença das impurezas na glicerina. Ensaios mais direcionados precisam ser realizados para verificar essa hipótese. Apesar dessa inibição, o preço da glicerina, que vem caindo com o aumento da produção de biodiesel, pode compensar uma pequena redução na formação de DHA pelo microrganismo levando em consideração o processo como um todo. Além do mais, é imperativo encontrar novas tecnologias que utilizem a glicerina, visando a minimização de problemas ambientais e tornando a produção de biodiesel mais econômica e sustentável. CONCLUSÕES A crescente preocupação mundial com o problema energético e o meio ambiente tem levado à necessidade de utilização de combustíveis alternativos, dentre os quais o biodiesel é um dos mais importantes. O Brasil e o mundo têm investido esforços no aumento da produção desse biocombustível, com consequente aumento da produção de glicerina, seu principal subproduto. Há necessidade urgente de utilização desse subproduto, beneficiando economicamente o processo de produção do biodiesel e tornando-o mais sustentável. Nossos resultados no presente trabalho mostraram que a glicerina subproduto da produção de 741

biodiesel é uma matéria prima viável para a produção de DHA utilizando Gluconobacter oxydans. Com o preço do glicerol em queda pelo seu excesso nos últimos anos, a produção de DHA, insumo de alto valor agregado, torna-se ainda mais atraente. AGRADECIMENTOS Agradecemos à AGIR/PROPPi/Universidade Federal Fluminense, ao Laboratório Universitário Rodolpho Albino (LURAEx / UFF) e ao CNPq pelo apoio financeiro. REFERÊNCIAS AMEYAMA, M., SHINAGAWA, E., MATSUSHITA, K., ADACHI, O. Agric. Biol Chem., v.49, n 4, p. 1001 -1010, 1985. ATHALYE, S.H., GARCIA, R.A., WEN, Z. J. Agric. Food Chem., v. 57, p. 2739–2744, 2009. BAUER, R., KATSIKIS, N., VARGA, S., HEKMAT, D. Bioprocess Biosyst Eng v. 5, p. 37– 43, 2005. BEATRIZ, A.; ARAÚJO, Y. J. K.; LIMA, D. P.; Quím. Nova v. 34, p. 306, 2011. CLARET, C.; BORIES, I.A.; SOUCAILLE, P. Current Microbiology v. 25, p. 149-155, 1992. DA SILVA, E.; DAYOUB, W.; DUGUET, N.; MÉTAY, E.; POPOWYCZ F.; LEMAIRE, M.; C. R. Chimie v16, p. 343, 2013. DA SILVA, G.P., MACK, M., CONTIERO, J. Biotechnology Advances, v.27, p. 30–39, 2009. De MUYNCK, C., PEREIRA, C. S. S., NAESSENS, M., PARMENTIER, S., SOETAERT, W., VANDAMME, E. J. Critical Reviews in Biotechnology, v. 27, p. 147–171, 2007. DOBSON, R., GRAY, V., RUMBOLD, K. J Ind Microbiol Biotechnol. v.39, p. 217–226, 2012 GANESAN, S. S.; RAJENDRAN, N.; SUNDARAKUMAR, S. I.; GANESAN, A.; PEMIAH, B.; Synthesis v.45, p.1564,2013. GÄTGENS, C., DEGNER, U, BRINGER-MEYER, S., HERRMANN, U. Appl Microbiol Biotechnol. v.76, p.:553–559, 2007. GUPTA, S., PANDEY, M. K., LEVON, K., HAAG, R., WATTERSON, A. C., PARMAR, V. S., SHARMA, S. K. Macromol. Chem. Phys. 210, DOI: 10.1002/ma.200900391 , 2009. HEKMAT, D., BAUER, R., FRICKE, J. Bioprocess Biosyst Eng v. 26:, p.109–116, 2003. HU, Z-C; ZHENG, Y-G; SHEN, Y-C. Bioresource Technology v. 102, p. 7177–7182, 2011. LU, L.; WEI, L.; ZHU, K.; WEI, D.; Hua, Q. Bioresource Technology v. 117, p. 317–324, 2012. MISHRA, R., JAIN, S. R., KUMAR, A. Biotechnology Advances v. 26, p. 293–303, 2008. MOTA, C. J. A.; DA SILVA, C. X. A.; GONÇALVES, V. L. C.; Quím. Nova v.32, p.639, 2009. NGUYEN, H.T.T., NEVOIGT, E. Metabolic Engineering v. 11, p. 335–346, 2009. NICOL, R.W.; MARCHAND, K.; LUBITZ, W.D. Appl Microbiol Biotechnol v. 93, p.1865– 1875, 2012. PYLE, D.J.; GARCIA, R.J.; WEN,Z. Journal of Agricultural and Food Chemistry v.56, p. 3933-3939, 2008. RUMBOLD, K., VAN BUIJSEN1, H.J., OVERKAMP, K. M., VAN GROENESTIJN, J.W., PUNT, P.J., VAN DER WERF, M. J. Microbial Cell Factories v. 8, p. 64, 2009. SAXENA, R.K., ANAND, P., SARAN, S., ISAR, J. Biotechnology Advances v. 27, p. 895– 913, 2009.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

FILOSOFIA DE SELEÇÃO DE MATERIAIS PARA VASOS DE PRESSÃO APLICÁVEL A UNIDADES DE PROCESSO EM REFINARIAS ALINE RAQUEL VIEIRA SILVA1, ANA EMILIA DINIZ SILVA GUEDES2 1 2

Mestranda, UFRJ/COPPE/Engenharia Metalúrgica e de Materiais, [email protected] Professora da Universidade do Estado do Amazonas - UEA, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Uma correta seleção de materiais no projeto básico das unidades de processo em uma refinaria assegura um bom desempenho do sistema e, desse modo, previne ou retarda a formação de danos, aumentando a vida útil e reduzindo etapas de manutenção corretiva, além de evitar custos desnecessários relacionados ao uso de materiais superdimensionados. A aplicação dos princípios de seleção de materiais para equipamentos pressurizados nestas unidades não é, entretanto, uma tarefa simples, pois as características dos fluidos variam com a localização geográfica dos reservatórios, com a temperatura e as pressões parciais de espécies gasosas como o H2S e o H2, por exemplo, podem modificar totalmente o efeito sobre o material e a sua degradação pode ser muito rápida. Assim, este trabalho apresenta uma proposta de filosofia de seleção de materiais, onde serão descritos os procedimentos para uma correta análise e seleção de materiais a serem utilizados em vasos de pressão, que atenda com segurança as condições de serviço dentro de uma unidade de processo em uma refinaria, levando em consideração as propriedades mecânicas dos materiais, resistência à corrosão, facilidades de obtenção de fabricação e a vida útil esperada. PALAVRAS–CHAVE: seleção de materiais, vasos de pressão, serviço com H2S/H2.

PHILOSOPHY OF MATERIALS SELECTION FOR PRESSURE VESSELS APPLY TO PROCESS UNITS IN REFINERY ABSTRACT: A correct selection of materials to the basic design of process units in a refinery ensures a good performance of the system and thus prevents or retards the formation damage, increasing the lifespan and reducing corrective maintenance steps, and avoid unnecessary costs related to the use of oversized materials. The principles of materials selection for pressurized equipment in these units is not, however, a simple task, since the characteristics of the fluids vary with the geographic location of the tanks, with temperature and the partial pressures of gaseous species such as H2S and H2, for example, can totally change the effect of the material and its degradation can be very rapid. Thus, this paper proposes a philosophy of material selection, which will describe the procedures for proper analysis and selection of materials to be used in pressure vessels, which safely meets the conditions of service within a process unit in a refinery, taking into the mechanical properties of materials, corrosion resistance, ease of fabrication and obtaining useful life. KEYWORDS: materials selection, pressure vessels, H2S/H2 service.

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INTRODUÇÃO O hidrotratamento (HDT) é um processo que ocorre através da reação de frações de petróleo com hidrogênio em presença de um catalisador heterogêneo e sob condições operacionais controladas. Atualmente, é aplicado a uma grande variedade de frações de petróleo, permitindo a sua utilização direta na formulação de derivados ou em processos catalíticos subsequentes (KRAUSE, 2011). Os vasos de pressão constituem não só os equipamentos mais importantes da maioria das indústrias de processo, como também são geralmente os itens de maior tamanho, peso e custo unitário, representando em média 60% do custo total dos materiais e equipamentos de uma unidade de processo. O projeto e a construção de vasos de pressão envolvem uma série de cuidados especiais e exige o conhecimento de normas e materiais adequados para cada tipo de aplicação (SILVA TELLES, 2005). Este trabalho tem como objetivo descrever os procedimentos para uma correta análise e seleção de materiais a serem utilizados em vasos de pressão, que atenda com segurança as condições de serviço dentro de uma Unidade de HDT em refinarias, levando-se em consideração as propriedades mecânicas dos materiais, resistência à corrosão, soldagem, facilidades de obtenção de fabricação e a vida útil esperada. Hidrotratamento (HDT) As unidades de hidrotratamento têm como finalidade melhorar as propriedades de um produto, ou remover contaminantes, tais como enxofre, nitrogênio, oxigênio e metais. É considerado um processo estratégico para o aproveitamento de cargas residuais e de óleos pesados. Trata-se de uma reação com hidrogênio que ocorre em ambiente de alta pressão, na presença de um catalisador que comumente contêm óxidos de cobalto e de molibdênio, em e de alumina (RNEST, 2013; SZKLO, 2005). Segue a descrição de um processo simplificado de uma unidade de hidrotratamento, ilustrado na Figura 1. A carga derivada de petróleo a ser tratada é bombeada dos tambores acumuladores de carga ando nos pré-aquecedores. Do vaso de carga, a corrente a ser tratada é bombeada até a pressão de reação, recebendo em seguida uma grande vazão de hidrogênio, conhecida como corrente de hidrogênio de reciclo. A partir deste ponto, a mistura de hidrocarbonetos e hidrogênio é aquecida através de uma série de trocadores de calor, até receber o aquecimento final no forno, de onde a mistura segue para o reator. Essa mistura resultante é composta do produto tratado, H2S e hidrogênio, alimentado em grande excesso antes da bateria de preaquecimento. Na saída do reator, a corrente se encontra em temperaturas bastante elevadas (350 a 400°C) necessitando ser resfriado, o que ocorre através do contato com a própria carga nos trocadores da bateria de preaquecimento. A corrente com aproximadamente 220°C segue para o “separador a quente”, vaso onde ocorre a coleta dos hidrocarbonetos que se encontram em fase liquida, sendo encaminhados para a torre retificadora, onde serão removidos os componentes leves e pequenas quantidades de H2 e H2S dissolvidos no produto (KRAUSE, 2011). Independentemente do nível de contaminantes no petróleo, eles tendem a segregar-se nas frações mais pesadas e resíduos, observando-se ser o H2S o principal responsável pela corrosão por sulfetação dos aços carbono e baixa liga ao Cr-Mo, a qual a a ser importante apenas acima de cerca de 260°C, ocorrendo através da reação: Fe + H2S → FeS + H2. Por outro lado, encontrando-se solubilizado em água, o ácido sulfídrico, ou H2S-úmido, proporciona além da corrosão, a fragilização e o trincamento do aço, o que se dá através de sua hidrogenação (ALVISI, 2010).

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Figura 1 - Fluxograma de processo simplificado de uma unidade de hidrotratamento. Fonte: KRAUSE (2011). Vasos de Pressão Vasos de Pressão são todos os reservatórios, de qualquer tipo, dimensões ou finalidades, não sujeitos à chama, fundamentais nos processos industriais, que contenham fluídos e sejam projetados para resistir com segurança a pressões internas superiores a 100 kPa ou inferiores à pressão atmosférica, ou submetidos à pressão externa, cumprindo assim a função básica de armazenamento (SILVA TELLES, 2005). Os vasos de pressão tem como finalidade separar vapor-líquido, líquido-líquido, prover tempo de resistência ao processo, prover tempo de estocagem de carga, fazer misturas e reações químicas. O corpo dos vasos de pressão é formado basicamente pelo casco e os tampos. O casco é construído de chapas calandradas e soldadas ou de tubos comerciais. Em geral, possuem formato cilíndrico devido a maior facilidade de fabricação. Os tampos podem ser encontrados nos seguintes formatos: elípticos, torisféricos, hemisféricos, planos, cônicos e calotas esféricas (FALCÃO, 2002; SILVA TELLES, 2005). FILOSOFIA DE SELEÇÃO DE MATERIAIS PARA VASOS DE PRESSÃO Características dos Meios Corrosivos De forma a exemplificar os métodos empregados para uma correta análise e seleção de materiais, tomou-se como exemplo um vaso de pressão de separação a quente de uma unidade de HDT com as seguintes condições de processo e serviço. Uma vez conhecidas as condições de projeto e o fluído que circulará no equipamento, será efetuada a seleção dos materiais para todas as partes do equipamento em contato com o fluído baseado na sua corrosividade. • Serviço: Vaso de separação a quente • Fluido: Hidrocarboneto (serviço com H2 e H2S) • Meio: Moderado a agressivo 746

• Condição de Projeto: 33 kgf/cm² á 280°C • Sobreespessura de corrosão: 3,2 mm O problema geral consiste em selecionar e especificar um material que atenda com segurança as condições de serviço de uma determinada aplicação, com o menor custo possível, levando-se em conta as propriedades mecânicas dos materiais, resistência à corrosão, serviço, facilidades de fabricação do equipamento e montagem, disponibilidade e custo dos materiais, segurança, experiência prévia, variações toleradas na forma ou de dimensões da peça e o tempo de vida útil (PETROBRAS, 2010; SILVA TELLES, 2005). MECANISMOS DE DANOS POR CORROSÃO EM VASOS DE PRESSÃO Alguns produtos e substâncias que operam nos vasos de pressão provocam tipos diferentes de corrosão, sendo a mais frequente a chamada ”corrosão sob tensão”. Vários são os fatores que afetam a probabilidade da ocorrência de corrosão sob tensão em materiais metálicos, tais como, concentração de H2S, temperatura, pressão total, pH, tempo de exposição, tensão total aplicada, propriedades do material (composição química, resistência à tração, dureza, tratamento térmico, microestruturas), além de impurezas e defeitos que podem existir (MAINIER et al, 2007). Característica importante da corrosão sob tensão é que não se observa praticamente perda de massa do material. O material permanece com bom aspecto até que ocorre a fratura. (GENTIL, 2003). As trincas por corrosão sob tensão se manifestam em um tipo de falha na qual atuam efeitos combinados de um meio corrosivo e uma tensão trativa estática de uma liga. A tensão pode ser resultado de aplicações de cargas ou de tensões residuais existentes no componente. Somente combinações específicas de ligas e ambientes corrosivos levam a falha por corrosão sob tensão, tais como ligas de alumínio e água do mar, ligas de cobre e NH3, aço doce e NaOH, aços inoxidáveis e água salgada, dentre mais de 80 combinações que já foram mencionadas na literatura (DIETER, 1988). Serviço com H2S A corrosão pelo H2S ocorre basicamente pela presença ou geração do gás sulfídrico H2S por causa do fluido circulante ou do meio ambiente em que o equipamento se encontra em operação. Este gás é cada vez mais presente na indústria do petróleo, obrigando a utilização de materiais chamados "comuns ou convencionais" (aço carbono) com alguns requisitos especiais, como: controle de Carbono Equivalente (CE), controle de S e controle de P. Este tipo de corrosão pode se apresentar de maneira uniforme ou localizada. Possíveis formas de abrandamento da ação do H2S podem incluir o uso de sequestrante de H2S e uso de metalurgia especial (JESUS, 2012). A utilização de aços-carbono de média e/ou de alta resistência mecânica, sujeitos a esforços de tração em meios contendo até pequenas quantidades de H2S, pode ocorrer o processo conhecido como corrosão-sob-tensão fraturante em presença de sulfetos. Este tipo de corrosão decorre principalmente da interação do metal com o meio, resultando em modificações localizadas de suas propriedades mecânicas, implicando em fraturas frágeis. Um dos mecanismos aceitos para explicar este processo consiste na geração de hidrogênio atômico (H) produzido junto às regiões de pites e/ou trincas pela redução catódica de íons H+. Parte do hidrogênio atômico gerado pode penetrar através de um pite ou de uma trinca na estrutura cristalina do aço, indo se alojar junto às discordâncias, microtrincas, inclusões ou vazios (MAINIER et al, 2007). 747

A suscetibilidade dos aços-carbono a corrosão sob tensão é tanto maior quanto maiores forem o limite de elasticidade, a dureza do aço e a concentração de H2S presente no eletrólito. A probabilidade de corrosão por H2S varia inversamente com sua dureza, quanto maior a dureza menor resistência à corrosão (SILVA TELLES, 2005). Em presença de umidade, o ácido sulfídrico, provoca nos aços carbono corrosão sob tensão por sulfetos, nas regiões de alta dureza dos equipamentos, normalmente soldas e zonas termicamente afetadas. (FALCÃO, 2002). A corrosão que ocorre nos vasos de pressão com serviço com H2S pode ser generalizada com taxas médias de 0,15 a 0,30 mm/ano e localizada nos locais de concentração de tensão provocando trincas. As normas PETROBRAS aplicáveis são N-253 e N-1706. Serviço com H2 Em equipamentos de refinarias de petróleo que processam hidrogênio ou fluidos contendo hidrogênio, deve-se verificar a possibilidade do ataque pelo hidrogênio. O ataque dos metais pelo hidrogênio, sob pressão e temperatura elevadas, raramente resulta na formação de películas sobre a superfície (GENTIL, 2003). Pequenas quantidades de hidrogênio podem produzir fragilização severa em diversos metais. Os metais cúbicos de corpo centrado e hexagonal compacto são os mais suscetíveis à fragilização pelo hidrogênio. Percentagens tão pequenas quanto 0,0001% podem causar trincas no aço. Em geral os metais cúbicos de faces centradas não são sensíveis à fragilização pelo hidrogênio. O hidrogênio está presente em solução sob a forma monoatômica e se difunde muito rapidamente acima da temperatura ambiente, uma vez que é um átomo intersticial de tamanho muito reduzido. O hidrogênio monoatômico precipita em microporos internos sob a forma de hidrogênio molecular. À medida que o hidrogênio se difunde para dentro dos poros, ocorre um aumento de pressão que leva à fratura (DIETER, 1988). O hidrogênio provoca fissura induzida pelo hidrogênio, nos aços, conhecida como HIC (hydrogen induced cracking). A norma API-941 (American Petroleum Institute) estabelece condições seguras para utilização de aços carbono e aços liga com este tipo de serviço. Os aços inoxidáveis austeníticos apresentam boas condições de utilização (FALCÃO, 2002). O ataque dos aços pelo hidrogênio pode ser evitado, ou minimizado, operando-se em temperaturas e pressões parciais de hidrogênio e composição de ligas evidenciadas nas curvas de Nelson presente na norma API-941. Essas curvas devem ser usadas somente para prever condições que podem causar descarbonetação e fissuração nos aços (GENTIL, 2003). A corrosão que ocorre nos vasos de pressão com serviço com H2 pode ser generalizada com taxas médias de 0,15 a 0,30 mm/ano, e localizada gerando empolamentos e fissuração devida à penetração do hidrogênio atômico. As normas PETROBRAS aplicáveis são N-253 e N-1704. O material comumente usado para este serviço é aço carbono acalmado e normalizado ao Si, com máximo de 0,005% e máximo de 0,40% de carbono equivalente. Adição de Ca para esferoidização de inclusões e os aços ligas são selecionados a partir das curvas de Nelson. PRINCIPAIS MATERIAIS USADOS EM VASOS DE PRESSÃO De todos os materiais o aço carbono é o de maior uso e empregado na construção da grande maioria dos vasos de pressão, abrangendo uma ampla faixa de temperatura entre 250 °C e 1100 °C. O aço carbono é denominado de “material para uso geral”, porque, ao contrário dos outros materiais, não tem casos específicos de emprego, sendo usado em todos os casos, exceto quando alguma circunstância não permitir o seu emprego. Todos os demais materiais 748

são empregados justamente nesses casos em que, por qualquer motivo, não é possível o uso do aço carbono (SILVA TELLES, 2005). Aços Carbono Contém teoricamente, entre 0,05 e 2,0% de carbono. Na prática a quantidade nunca é superior a 0,35%. As propriedades dos aços carbono são influenciadas por pequenas variações em sua composição química, o aumento na quantidade de carbono provoca um aumento na dureza, nos limites de resistência e escoamento do aço e uma redução na ductilidade, traduzida por uma diminuição no alongamento. Sofrem fluência em temperaturas a partir de 370°C e não são empregados para temperaturas abaixo de -45°C (SILVA TELLES, 2005). Existem diversos tipos de aço carbono que podem ser distinguidos basicamente pelas suas características e aplicabilidade, são eles (JESUS, 2012): • Aços de baixo carbono (até 0,20 % C, até 0,90% Mn, até 0,1% Si em alguns aços); • Aços de médio carbono para temperaturas elevadas (até 0,35 % C, até 1% Mn, até 0,1% Si em alguns aços); • Aços para baixa temperatura (aprox. 0,23% C, até 1,2% Mn, acalmado em Si/Al); • Aços de qualidade estrutural, destinados à construção de estruturas metálicas; • Aços carbono de alta resistência. Para alguns níveis de serviço é exigido controle de carbono equivalente e restrições na composição química dos materiais utilizados nos vasos de pressão: • Para chapas: o S: variando entre 0,002% max a 0,008% max; o P: variando de 0,010% max a 0,020% max; o Al: 0,055% max; o A-515/516-60: CE ≤ 0,41%; o A-515/516-70: CE ≤ 0,45%; • Para tubos A-106 e forjados A-105: o CE ≤ 0,45%; o C: 0,30% max, S: 0,45% max, P: 0,025% max. Aços Liga Aço que possui qualquer quantidade de outros elementos, além dos que entram normalmente na composição química dos aços-carbono, ou os aços que contenham os mesmo elementos do aço-carbono em proporções mais altas, como é o caso dos aços-liga com manganês. Conforme a percentagem total de elementos de liga presentes, os aços liga distinguem-se três classes: aços de baixa liga, com até 5% de elementos de liga, aços de média liga, entre 5% a 10% de elementos de liga e os aços de alta liga com mais de 10% de elementos de liga (SILVA TELLES, 2005). A aplicação desses aços é necessária nos seguintes casos: altas ou baixas temperaturas, alta corrosão, necessidade de não contaminação, segurança ou alta resistência. Aços Inoxidáveis Genericamente os aços inoxidáveis são aços que não se oxidam mesmo em exposição prolongada à atmosfera normal. Os tipos convencionais de aço inox costumam ser classificados em três grandes grupos de acordo com a estrutura metalúrgica predominante em temperatura ambiente. Nestas condições, subdividem-se basicamente em austeníticos, 749

ferríticos e martensíticos, sendo os primeiros conhecidos como os da série 300 e os dois últimos da série 400 conforme designação AISI (JESUS, 2012). Os aços inox austeníticos caracterizam-se por apresentar uma resistência à corrosão superior à dos outros aços, embora sejam íveis de oxidação em determinadas circunstâncias. O principal elemento de liga que garante a resistência à corrosão dos aços inoxidáveis é o cromo. Os mais conhecidos e populares aços inox austeníticos são os 18-8 em que o teor médio de cromo é 18% e o de níquel 8% (Tipo 304). A introdução do níquel melhora consideravelmente a resistência à corrosão e a resistência à oxidação a altas temperaturas. Esses aços possuem grande resistência aos hidrocarbonetos em temperaturas elevadas, mesmo na presença de compostos sulfurosos (ataque pelo H2S). Resistem bem ao ataque pelo hidrogênio, mesmo em altas temperaturas e pressões. São materiais de solda fácil. Os aços inoxidáveis ferríticos possuem resistência à corrosão menor do que os aços austeníticos. Na composição química desses aços o teor de cromo normalmente é superior a 14%, exceto o tipo 446 com 27%. Os aços ferríticos não temperam, qualquer que seja o tratamento térmico, podendo, endurecer quando submetidos a trabalhos de deformação a frio. Apresenta soldabilidade muito difícil (SILVA TELLES, 2005). A maioria dos aços inoxidáveis martensíticos apresenta um teor de cromo muito elevado em sua composição química, e, como consequência, a solda desses aços é bastante difícil, podendo ocorrer o fenômeno de fissuração a frio. Todo material deve ser revenido e temperado. Os aços martensíticos tal como os aços-carbono são capazes de temperar, podendo alcançar elevados valores de dureza e limite de resistência (SILVA TELLES, 2005). Metais Não-Ferrosos Os materiais não ferrosos usados na construção de vasos de pressão são as ligas de níquel (monel, inconel, etc), ligas de titânio, ligas de alumínio (alumínio silício e alumínio magnésio), ligas de cobre e ligas de zircônio. Apresentam melhor resistência à corrosão e preço superior aos aços-carbono. São empregados em alguns serviços especiais (serviços corrosivos severos e serviços criogênicos), como também em temperaturas muito elevadas, onde não é permitido contaminação do fluido contido. PROPRIEDADES E ENSAIOS DOS MATERIAIS A norma NACE (National Association of Corrosion Engineers) MR 0175 estabelece requisitos para seleção de materiais em presença de H2S baseados em dados de laboratório e de experiências de campo. Essa norma recomenda uso de aços com dureza máxima de 22 Rockwell C, entretanto, nem sempre é possível atender tal valor num equipamento industrial devido às soldas, operações mecânicas e tratamentos térmicos ocorridos durante a fabricação e a montagem. Mesmo que sejam atendidas as normas de projeto durante a fabricação e/ou montagem é válido considerar a possibilidade de tensões localizadas muito elevadas devido principalmente às tensões residuais que normalmente ocorre durante o processo de soldagem. Também devem ser considerados as deformações localizadas, os defeitos geométricos e as impurezas ou imperfeições no material (NACE, 2000). Os ensaios devem ser realizados nas amostras após tratamento térmico que simule aqueles que são previstos na fabricação. A simulação do tratamento térmico de alivio de tensão deve ser feita antes da fabricação do equipamento. Para os testes de impacto deve ser realizado o ensaio de Charpy de acordo com a norma ASTM A-370. O ensaio de tração deve ser realizado na temperatura ambiente e na temperatura de projeto de acordo com a norma ASTM A-370, e no ensaio de dureza deve ser medido cinco pontos distintos, não podendo apresentar nenhum resultado acima de 225 HB (ASTM, 2007). 750

Quando aços de alta resistência e aços de baixo carbono estiverem expostos em concentrações superiores a 1ppm de H2S e pressões superiores a 10.000 psi (690 MPa), o risco de falha por corrosão sob tensão é bastante significativo. A probabilidade de fratura nos aços inox ferríticos aumenta, consideravelmente, quando os mesmos apresentam durezas superiores a 29 Rockwell C, e/ou quando são expostos a fluidos com pH ácido. Baixos valores de pH (altos teores de H+) propiciam uma maior formação de hidrogênio atômico e consequentemente aumenta a probabilidade de fraturas nos materiais (MAINIER et al, 2007). Segue abaixo um exemplo de uma especificação de materiais da ASTM (American Society for Testing and Materials) para as partes principais de vasos de pressão com serviço de H2S e hidrogênio, baseados nos critérios acima abordados. Tabela 1 - Especificação de materiais de componentes de vasos com serviço de H2S/H2. MATERIAL COMPONENTE Aço Carbono Aço Liga Aço Inox Casco e Tampos

A-516 Gr. 60/ 70 A-204 Gr. B/ A-387 Gr. 11

A-240 Gr. 304

Bota

A-515 Gr. 60/ 70 A- 204 Gr. B/ A-387 Gr. 11

A-240 Gr. 304

Flanges ório de tubulação Parafusos Internos Estojos e Porcas Externos

A- 105

A-182 Gr. F-11

A-182 Gr. F-304

A-234 Gr. WPB

A- 234 Gr. WP11

A-403 Gr. WP304

AISI-304

AISI-304

AISI-304

A-193 Gr. B7/ A-194 Gr. 2H

A-193 Gr. B7/ A-194 Gr. 2H

A-193 Gr. B8/ A-194 Gr. 8

CONCLUSÕES Com o objetivo de descrever os procedimentos para uma correta análise e seleção de materiais a serem utilizados em vasos de pressão, que atendesse com segurança as condições de serviço dentro de uma refinaria, foi elaborado uma filosofia de seleção de materiais que reuniu de uma forma sistemática as informações necessárias para realizar a tarefa de especificar os materiais dos vasos de pressão de separação a quente de uma unidade de HDT, através do serviço, selecionando o material base apropriado, estabelecendo os requisitos de fabricação necessários e especificando o material padronizado mais conveniente para as principais partes do equipamento. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALVISI, P.P. Nota sobre a seleção do aço para o serviço com H2S. Tecnol. Metal. Mater. Miner., São Paulo, v. 6, n. 4, p. 192-200, junho, 2010. API-941. Steels for Hydrogen Service at Elevated Temperature and Pressures in Petroleum Refineries and Petrochemical Plants. American Petroleum Institute, 1997. ASTM A370. Standart Test Methods and Definitions for Mechanical Testinhg of Steel Products, ASTM International, 2007. DIETER, G.E. Mechanical metallurgy. SI Metric ed., McGraw-Hill, UK, 1988. FALCÃO, C. Projeto Mecânico Vasos de Pressão e Trocadores de Calor de Casco e Tubos. Texto registrado sob o número 65030 no Escritório de Direitos Autorais da Fundação Biblioteca Nacional do Ministério da Cultura, 2002. GENTIL, V. Corrosão. 4a ed. Rio de Janeiro: LTC Editora, p. 341, 2003.

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JESUS, E.R.B. Materiais para fabricação de equipamentos de processo. Revista Iluminart, Ano IV, nº9, Novembro de 2012. JÚNIOR, G. Processamento Primário do Petróleo: Noções de Processo de Refino. Tecnologia em Petróleo e Gás - UNIT. Disponível em: o em julho de 2013. KRAUSE, B.B. Simulação da desativação de catalisadores NiMo/Al2O em uma unidade industrial de hidrotratamento. Dissertação UFRJ/COPPE-Programa de Engenharia Química, Rio de Janeiro, 2011. MAINIER, F.B., SANDRES, G.C., TAVARES, S.S.M. Corrosão por sulfeto de hidrogênio (H2S) e suas implicações no meio ambiente e na segurança industrial. 8º Congresso Iberoamericano de Engenharia Mecanica. Cusco, Outubro de 2007. NACE, Standard Material Requirements. Sulfite stress cracking resistant metallic materials for oilfield equipment - MR0175-2000 , Houston, USA: National Association of Corrosion Engineers, 19p, 2000. PETROBRAS N-253 – Projeto de Vaso de Pressão. Rev. K, 12/2010. RNEST – Refinaria do Nordeste. Relatório de impacto ambiental - 2006. Disponível em: o em Julho de 2013. SILVA TELLES, P. C. Vasos de Pressão. Editora LTC, 2º ed., Rio de Janeiro, 2005. SZKLO, A. S. Fundamentos de Refino de petróleo. Editora: Interciência, Pag. 208, 2005.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

ESTUDO DE PELOTAS DE MINÉRIO DE FERRO NO PROCESSO GRELHA MÓVEL EM FORNO POT GRATE SELMA DE SOUZA WENDLING1, RAMIRO DA C. DO NASCIMENTO JÚNIOR2, FLORIANO WENDLING3 1

Mestranda Eng. Metalúrgica e Materiais, IFES, (27) 9291-5226, [email protected]. Prof. Dr., Orientador, IFES. 3 Msc.,Colaborador, Radieng Consultoria Ltda. 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: É sabido que as hematitas ou minérios de ferro de alto teor estão se exaurindo. Devido a isso, atualmente, é premente a necessidade do processamento de minerais pobres. Por esse motivo, a matéria-prima selecionada neste trabalho foi um itabirito compacto do quadrilátero ferrífero. Uma das maneiras mais indicadas que a tecnologia dispõe hoje para o manuseio desses materiais é a técnica da pelotização. O presente trabalho é voltado para o estudo da queima de pelotas no processo grelha móvel, que é majoritariamente utilizado no mundo, e apresenta os resultados de experiências que agregam valor ao itabirito transformando-o em pelotas queimadas de alta qualidade. Ensaios preliminares foram executados, tais como, análises química e física, para que pudesse ser definida a porcentagem e tipo dos aditivos a serem acrescentados à mistura a ser pelotizada. As propriedades físicas das pelotas foram determinadas através dos ensaios de queda, resistência à compressão úmida e seca, densidade à granel (bulk density), porosidade, compressão e tamboramento e as propriedades metalúrgicas foram determinadas através dos testes de redutibilidade (RI), inchamento (SWI) e índice de degradação sob redução (RDI). PALAVRAS-CHAVE: itabiritos, grelha móvel, pelotização.

POT GRATE STUDY OF IRON ORE PELLETS IN THE TRAVELLING GRATE PROCESS ABSTRACT: It is known that hematite or high grade iron ores are being depleted. In view of that, a necessity exists for the processing of low grade iron ores. For this reason, the raw material selected in this work was a compact itabirites from the quadrilátero ferrífero. One of the ways that technology has given today for the handling of these materials is the technique of pelletizing. The present paper is devoted to the study of firing pellets in the travelling grate process, which is mostly used in the world, and presents the results of experiments that add value to itabirites turning it into high quality fired pellets. Preliminary tests were performed, such as chemical and physical analyses, so it could be determined the percentage and type of additives to be added in the mixture to be pelletized. The physical properties of the pellets were determined by the drop test, wet and dry compression resistance, bulk density, porosity, compression and tumble and metallurgical properties were determined by measuring reducibility (RI), swelling (SWI) and reduction degradation index (RDI). KEYWORDS: itabirites, travelling grate, pelletizing.

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INTRODUÇÃO O processo mineral tem, atualmente, sua importância conhecida e aceita, mas é interessante ressaltar que, há menos de um século, o tratamento do minério de ferro era uma operação bruta, que envolvia somente separação gravitacional e granulométrica. (WILLS & ATKINSON, 1991). O século XX trouxe mudanças e novas tecnologias, sem as quais a concentração de minérios se tornaria economicamente inviável. (WILLS & ATKINSON, 1991). Com a exaustão dos minérios de alto teor prevê-se um aumento significativo da produção e consumo de pelotas que é uma tecnologia que utiliza minérios finos oriundos da lavra de minérios pobres ou de baixo teor. (WAGNER et. al., 2009). Essencialmente, o processo de pelotização é composto por duas etapas: fabricação das pelotas verdes em disco pelotizador e o processo térmico para endurecimento das mesmas (MAJUMDER, NATEKAR & RUNKANA, 2009). O processo se inicia com a moagem do minério até finura adequada para a liberação da sílica que é separada por flotação. O pellet feed recebe água em umidade adequada e a adição de insumos essenciais para que as pelotas adquiram características físicas, químicas e metalúrgicas necessárias à sua utilização nos processos subsequentes. (MAJUMDER, NATEKAR & RUNKANA, 2009). A umidade preenche os vazios intersticiais entre as partículas sólidas, formando um sistema capilar com múltiplas ramificações. (MAJUMDER, NATEKAR & RUNKANA, 2009). O processo de pelotamento baseia-se no princípio da geração continua de núcleos que crescem até o tamanho desejado, sendo que a coesão das micropartículas, durante a formação dos aglomerados, é obtida pelos efeitos mecânicos de rolamento no disco pelotizador, efeitos de cargas elétricas, tensão superficial da água, uso de aglomerantes. (MAJUMDER, NATEKAR & RUNKANA, 2009). As várias fases que ocorrem na formação do aglomerado são mostradas na Figura 1.

Figura 1 - Etapas da formação da pelota crua. (FONSECA, 2004) A - Partículas minerais sólidas cobertas por um filme de água (umidade) B - Início da formação das pontes líquidas C - Formação do aglomerado D , E, F - Fases da densificação do aglomerado. A mistura produzida para fabricação de pelotas de minério de ferro é composta por pellet feed, carvão, calcário ou dolomita, aglomerante e agua de umidade. (MAJUMDER, NATEKAR & RUNKANA, 2009). As funções de cada um dos insumos no interior dos aglomerados são:

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Carvões: adicionados, principalmente, para introdução de energia térmica no interior da pelota. A perfeita distribuição de calor no interior do aglomerado promove consequente aumento de qualidade física e de produtividade. (BHATIA, S., 2006). Calcários: São responsáveis pela introdução de CaO e MgO e favorecem o aumento da resistência física da pelota. Aglomerantes: o mais utilizado, de origem inorgânica, é a bentonita. Trata-se de uma argila natural muito rica em montmorilonita e excelente promotora de resistência e controle de umidade da pelota crua, devido a grande capacidade de absorção de água. Já os de origem orgânica podem ser a carboximetilcelulose ou CMC, que em solução aquosa forma uma mistura com alta viscosidade, pela sua grande capacidade de imobilização da água. (VIEIRA, 2009). QUEIMA DE PELOTAS PELO PROCESSO GRELHA MÓVEL (STRAIGHT GRATE) O processo grelha móvel é, na atualidade, o mais amplamente utilizado, pela sua maior capacidade produtiva, comparativamente aos outros processos disponíveis no mercado (fornos de cuba e grelha móvel / forno rotativo). (FENG, XIE & CHEN, 2012). Consiste em um tratamento térmico que é realizado em fornos de pelotização de grelha reta (FONSECA, 2004) e tem por finalidade promover resistência física às pelotas e melhorar suas características metalúrgicas. As pelotas, são levadas pela grelha, e submetidas a agem de fluxo de gases quentes, ascendente ou descendente, de acordo com a etapa do processo e as zonas pelas quais a grelha avança (MAJUMDER, NATEKAR & RUNKANA, 2009). De acordo com a movimentação do ar, o processo pode ser dividido em seis zonas: secagem ascendente (SA), secagem descendente (SD), pré-queima (PrQ), queima (Q), pósqueima (PoQ), resfriamento (R) (MAJUMDER, NATEKAR & RUNKANA, 2009) e o esquema típico de reaproveitamento de temperatura, evidencia o sentido do fluxo de gases na Figura 2. Uma camada de pelotas queimadas, denominada camada de fundo, é carregada sobre as grelhas e outra camada de pelotas queimadas é carregada nas laterais dos carros de grelha para proteção do equipamento contra superaquecimento. (BARATI, 2008). Na primeira fase da queima, há um fluxo de ar quente ascendente, que tem por função principal secar as pelotas debaixo da camada para evitar a deformação das pelotas ainda verdes devido ao peso da camada. A fase de secagem continua com ar quente descendente, promovendo o controle rigoroso da transferência de calor e da remoção de água para evitar o rompimento e quebra precoce dos aglomerados (BARATI, 2008). As principais reações que ocorrem nesta fase são: a evaporação da umidade contida nas pelotas e a transformação da Goethita em hematita (300ºC), ambas endotérmicas. Decomposição da Goethita (200 a 500°C) – Ocorre em SD 2FeOOH → Fe2O3 + H2O (vapor) (FONSECA, 2004) Na fase de pré-queima a temperatura das pelotas alcança cerca de 1200°C e o fluxo de gases permanece descendente. Ao final desta fase, são notados os primeiros sinais da formação de elementos de liga da pelota (BARATI, 2008). A fase seguinte é a queima, quando a temperatura pode estar entre 1300 e 1340°C e começarão a ocorrer reações internas. A fase de endurecimento é responsável pelo aumento de resistência das pelotas, devido às reações que acontecem em seu interior (BARATI, 2008).

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Figura 2 - Esquema representativo da recirculação do ar no forno grelha móvel. (KLEIN, 2002) A principal fonte de energia do processo é a queima de gás ou óleo combustível, e o fornecedor de energia no interior dos aglomerados é o carvão, que é incorporado à mistura do minério de ferro (MAJUMDER, NATEKAR & RUNKANA, 2009). Após a conclusão da fase de queima, iniciam-se as fases de pós-queima, e resfriamento, quando as pelotas começam a ser resfriadas pelo ar à temperatura ambiente. (VIEIRA, 2009) A Figura 3 mostra o perfil térmico típico de um forno tipo grelha móvel.

Figura 3 - Perfil térmico típico da queima de pelotas no processo grelha móvel. (FONSECA, 2003) MECANISMO DE ENDURECIMENTO DAS PELOTAS Durante a secagem acontece a remoção de água das pelotas (VIEIRA, 2009) através da evaporação que propicia a união das micropartículas minerais que formam a estrutura interna dos aglomerados. A união das partículas e o crescimento dos grãos se intensificam após a temperatura de 1200°C. A partir dos 1300°C ocorre a formação considerável de pontes cristalinas (MEYER, 1980), conectando os grãos do material via formação de “pescoços“ (Figura 4), que crescem nos pontos de contato. Enfim, acima de 1300°C, ocorre a recristalização, amplamente favorecida pela presença de partículas extremamente finas (MEYER, 1980). 756

Figura 4 - Micrografia a partir de MEV evidenciando a formação de pescoço. (FONSECA, 2004) O objetivo principal do mecanismo de endurecimento é melhorar a qualidade, ou seja, as propriedades físicas dos aglomerados, tais como a compressão e o tamboramento, já que, quanto melhor a qualidade da pelota verde e o grau de sinterização dos aglomerados, melhores serão suas características finais (Figura 5) (FONSECA, 2004). MATERIAIS E METODOS Definiu-se fabricar pelotas de alto forno com basicidade binária igual a 1,0. O minério de ferro utilizado nos ensaios é um pellet feed de um concentrado de itabirito hematítico do Quadrilátero Ferrífero. A bentonita é de procedência nacional, da Paraíba, o carvão é antracítico e o calcário é calcítico. Para fabricação das pelotas os materiais foram caracterizados por análises químicas e físicas. Determinou-se a composição química (Tabela 1) e as características físicas do pellet feed e dos aditivos (Tabela 2). Na Tabela 3 tem-se o balanço material das pelotas. Após a mistura dos componentes as pelotas foram fabricadas em disco pelotizador de 1m de diâmetro e queimadas em forno PotGrate (Figura 6). Nas pelotas prontas, foram avaliadas a granulometria e a resistência física das pelotas cruas, secas e queimadas e nos ensaios metalúrgicos, a simulação do comportamento das pelotas no processo de alto forno. RESULTADOS E DISCUSSÃO A Tabela 4 mostra os resultados de qualidade física das pelotas cruas e a Tabela 5 mostra os resultados de qualidade física das pelotas queimadas. A Tabela 6 mostra os resultados de qualidade metalúrgica das pelotas queimadas. A observação visual dos resultados obtidos nos ensaios de queima, indicam boa repetibilidade, não havendo diferença significativa na qualidade das pelotas nos dois testes executados. As diferenças observadas entre camadas podem ser consideradas normais, pois, as camadas superior e inferior sofrem mais com os extremos térmicos. Os resultados de qualidade metalúrgica dos dois ensaios não mostram diferenças significativas. Com relação à redutibilidade (RI), apesar da amostra EX-01 ter dado melhor resultado, isto ainda está de acordo com a repetibilidade itida pela norma de teste ISO 7215, que é de 3% absoluto.

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Figura 5 – Características das pelotas cruas e sua influência nas pelotas. (FONSECA, 2003) queimadas Tabela 1- Análise química dos materiais. MATERIAIS Fetotal FeO SiO2 Al2O3 CaO MgO P TiO2 PPC Pellet Feed 66,30 0,45 1,98 0,71 0,01 0,04 0,030 0,025 1,70 Bentonita 3,45 57,80 15,50 1,00 1,95 8,50 Calcário (calc.) 3,64 49,44 3,42 42,00 Carvão (antr.) 4,80 6,40 5,01 0,56 0,20 82,00 Tabela 2 - Características físicas dos materiais. MATERIAIS +149µ +74µ +44µ -44µ Pellet Feed Bentonita Calcário (calc.) Carvão (antr.)

5,0 14,80

0,45 8,5 16,8 17,9

2,2 12,8 13,8

89 89 63 59

Blaine (cm2/g) 1900 5000 5500 5600

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Tabela 3 - Balanço de massa e análise química da pelota queimada. MATERIAIS %Adição Pellet Feed 93,40 Bentonita 0,50 Calcário (calc.) 4,80 Carvão (antr.) 1,30 Mistura 100,00 Anal..quím.pelota

Fetotal 66,30 3,45 4,80 62,00 65,25

FeO 0,52

0,49 0,40

SiO2 1,98 57,80 3,64 6,40 2,40 2,60

Al2O3 0,71 15,50 5,01 0,81 0,90

CaO 0,01 1,00 49,44 0,56 2,39 2,50

MgO P TiO2 0,04 0,030 0,025 1,95 3,42 0,20 0,21 0,03 0,02 0,25 0,035 0,025

PPC 1,70 8,50 42,00 82,00 4,71

Bas.2ª

1,00 0,96

Figura 5 – PotGrate Tabela 4 – Resultados de qualidade física das pelotas cruas e secas. Amostra EX-01 EX-02

Umidade P. Umidade Comp. Úmida Comp. Seca Porosidade Quedas (Kgf/pelota) (Kgf/pelota) Úmida (%) Feed (%) Pelota (%) 8,45 9,09

8,1 8,0

4,4 4,5

2,6 2,6

8,8 9,1

21,38 21,12

Tabela 5 – Resultados de qualidade física das pelotas queimadas. Tamboramento Porosidade Amostra Compressão (Kgf/pelota) (%) (%) Camada Superior EX-01 EX-02

Camada Meio

284 309

322 325

Camada Inferior 308 310

94,7 94,6

30,13 30,67

Tabela 6 – Resultados de qualidade metalúrgica das pelotas queimadas. Amostra EX-01 EX-02

RDI -2,8mm (%)

RI (%)

SWI (%)

2,28 2,03

66,90 64,60

9,24 9,74

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CONCLUSÃO Os resultados de qualidade das pelotas indicaram uma baixa dispersão significando boa repetibilidade. Esses resultados são representados pela compressão, pelo tamboramento e pelos dados metalúrgicos, cujos resultados são valores compatíveis com as exigências do mercado. REFERÊNCIAS BARATI, M. Dynamic simulation of pellet induration process in straight-grate system. Int. J. Miner. Process. Toronto, Canadá. 2008; v.89, n. 1-4, p.30-39, 5 Dez. 2008. Disponível em: . o em: 22 fev. 2013. BHATIA, S. Pelletizing – Technology for generation next. Newspaper Steelworld, April 2006. p. 18-19. FENG, J.; XIE, Z.; CHEN, Y. Temperature Distribution of Iron Ore Pellet Bed in Grate (School of Mechanical Engineering, University of Science and Technology Beijing). Journal of Iron and Steel Research. Beijing, China. v.9, n.2, p. 7–11, Fev. 2012. Disponível em: < http://dx.doi.org/10.1016/S1006-706X(12)60052-1>. o em: 20 fev. 2013. FONSECA, M. C. 2004. Influência da distribuição granulométrica do pellet feed no processo de aglomeração e na qualidade da pelota de minério de ferro para redução direta. Dissertação de Mestrado – UFOP/CETEC/UEMG. Ouro Preto-MG. FONSECA, V. O. 2003 Envelhecimento de pelotas de minério de ferro com diferentes basicidades e teores de MgO. Dissertação de Mestrado – UFOP/CETEC/UEMG. Ouro PretoMG. KLEIN, M. 2002 Pelotização de minério de ferro. Dissertação de Mestrado - CVRD. Ouro Preto-MG. MAJUMDER, S.; NATEKAR, P. V.; RUNKANA, V. Virtual indurator: A tool for simulation of induration of wet iron ore pellets on a moving grate. Comp.& Chem. Eng., Índia. v.33, n.6, p. 1141-1152, 2009. Disponível em: . o em: 20 fev. 2013. MEYER, K. Pelletizing of Iron Ores. 1ª Edição Düsseldorf, Alemanha: Springer-Verlag Berlin, 1980. VIEIRA, F. C. S. 2009. Um estudo sobre pelotização de minério de ferro. Trabalho de Conclusão de Curso – Instituto Federal de Ciência e Tecnologia do Espírito Santo (IFES). Vitória-ES. WAGNER, D. T. et. al. Caracterização de pelotas de minério de ferro por microscopia digital e análise de imagens. TMM, São Paulo. v.5, n.4, p. 215-218, abr.-jun., 2009. Disponível em . o em: 20 fev. 2013. WILLS B. A.; ATKINSON K. The development of minerals engineering in the 20th century. Min. Engineering, Inglaterra. v.4, n.7-11. p. 643-652, 1991. Disponível em . o em: 20 fev. 2013.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

PRODUÇÃO DE RESINA DE POLICARBONATO E ESTUDO DE CASO DESSE PLÁSTICO DE ENGENHARIA AMANDA RIBEIRO DE FRANÇA GONÇALVES1, LUANA EVILIN FELIPE BRAGA2, ROSENIR RITA DE CASSIA MOREIRA DA SILVA3 1

Engenheira Química, Universidade Federal Fluminense, (21) 8279-1842, [email protected] Engenheira Química, Universidade Federal Fluminense, (21) 7427-5914, [email protected] 3 D.Sc. em Engenharia Química, Depto de Engenharia Química e de Petróleo, UFF, (21) 2629-5559, [email protected] 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: A produção de petroquímicos de primeira, segunda e terceira geração deve crescer nos próximos anos, tendo em vista o aumento considerável da demanda por estes produtos no Brasil e no mundo. Nesse contexto, a resina de policarbonato tem se destacado, principalmente devido às suas propriedades físicas, óticas, mecânicas e térmicas muitas vezes superiores a outros materiais convencionais como a madeira e o vidro. A síntese dessa resina se dá nas indústrias petroquímicas de segunda geração e é obtida comumente através da reação entre o Bisfenol-A e o Fosgênio na presença de um catalisador. Todavia, outras tecnologias ecologicamente melhores têm sido amplamente adotadas na produção de resina de policarbonato. Nesse trabalho, algumas dessas tecnologias e a via tradicional de produção de policarbonato serão abordadas, assim como as principais vantagens e aplicações desse plástico de engenharia nos diversos setores da economia brasileira. Também serão apresentadas as perspectivas de mercado e a atual situação da indústria de policarbonato no Brasil, considerando o fato de só haver uma única empresa nacional produtora, a Unigel Plásticos, uma empresa do grupo Unigel. O aumento nas importações pelo Brasil da resina de policarbonato fomenta a discussão sobre a capacidade produtiva nacional, a falta de investimento da indústria brasileira nesse setor e a abertura para entrada de produto estrangeiro no Brasil. PALAVRAS–CHAVE: POLICARBONATO, UNIGEL, TECNOLOGIA.

POLYCARBONATE RESIN PRODUCTION AND A CASE STUDY OF THIS ENGINEERING PLASTIC ABSTRACT: The production of first, second and third generation petrochemicals is expected to grow in the coming years given the substantial increase in demand for these products in Brazil and worldwide. In this sense, the polycarbonate resin has excelled, mainly due to its physical, optical, mechanical and thermal properties often superior to other conventional materials like wood and glass. The synthesis of this resin takes place in second-generation petrochemical industries and is usually obtained by the reaction between bisphenol-A and phosgene in the presence of a catalyst. However, other environmentally better technologies have been widely embraced in the production of polycarbonate resin. In this paper, some of these technologies and the traditional route to produce polycarbonate will be discussed, as well as the main advantages and applications of this engineering plastic in several sectors of the Brazilian economy. Also will be presented the market outlook and the current situation of polycarbonate industry in Brazil, considering the fact that there is only a single national producer company, Unigel Plásticos, a company from Unigel group. The increase in imports of polycarbonate resin by Brazil promotes the discussion about the national productive capacity, the lack of investment in this sector of the Brazilian industry and the inlet opening of foreign product in Brazil. KEYWORDS: POLYCARBONATE, UNIGEL, TECNOLOGY

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INTRODUÇÃO Ao considerar a situação energética mundial é possível afirmar que o Brasil é um país em considerável vantagem. Existem diversificadas fontes de energia no Brasil, mas o petróleo ainda é a principal fonte geradora, principalmente com a recente descoberta de uma gigantesca reserva de petróleo e gás natural em águas ultraprofundas, o pré-sal. Entretanto, o petróleo não integra apenas o setor de energia. A indústria petroquímica é a indústria mais representativamente dependente desse seguimento. Um dos produtos gerados pelas indústrias petroquímicas é o plástico de engenharia. Os plásticos de engenharia são uma categoria de polímeros de desempenho elevado. Possuem propriedades físicas, mecânicas, térmicas e óticas diferenciadas, além de apresentar boa resistência a impactos. Devido a essas características, os plásticos de engenharia podem substituir metais ou outros materiais não plásticos. O alto desempenho justifica os custos mais elevados desses plásticos e, consequentemente, menores volumes consumidos (CATALAN, 2005). O Policarbonato, objeto de estudo desse trabalho, desempenha um papel importante no mercado de plástico de engenharia. É um termoplástico, ou seja, pode ser aquecido e moldado diversas vezes e ainda assim suas propriedades químicas e mecânicas permanecem inalteradas, sendo reciclável. É amplamente utilizado na substituição de materiais como metais e vidros em situações que exigem força, resistência à temperatura e à quebra (MATAR & HATCH, 1994). A mais convencional via de produção do policarbonato é através da condensação do bisfenol A (BPA) com fosgênio na presença de solvente orgânico. Entretanto, devido ao fato de o fosgênio ser altamente tóxico algumas rotas alternativas que não utilizam o fosgênio têm sido adotadas por algumas empresas. Nesse trabalho serão abordados algumas rotas de produção de policarbonato, suas principais aplicações e características e uma análise do mercado nacional de policarbonato. POLICARBONATO, PROCESSOS DE PRODUÇÃO E APLICAÇÕES O policarbonato (Figura 1) foi sintetizado pela primeira vez em 1898 pelo químico alemão Gunther Einhorn através da reação de hidroquinona, resorcinol e catecol com fosgênio em solução de piridina. ou a ser produzido comercialmente em 1958 pela Bayer e GE através da reação entre bisfenol A e fosgênio (FOX, 1987; WIEBECK & HARADA, 2005).

Figura 1: Unidade monomérica da molécula de policarbonato de BPA.

É resistente ao impacto, chegando a ser duzentas e trinta vezes mais forte que o vidro e de três a vinte vezes mais forte que outros plásticos. Possui transparência que pode chegar a 90% da luz visível. Possui resistência térmica de até 135ºC. Possui alta resistência mecânica, não propaga fogo, apresenta baixa densidade, é inerte fisiologicamente, apresenta excelentes propriedades elétricas. É inodoro, insípido e atóxico. É um dos polímeros mais resistentes ao impacto e o mais resistente dentre os materiais poliméricos transparentes. Com reforço de 30% de fibra de vidro, os policarbonatos adquirem propriedades próximas das dos metais mantendo suas características básicas de plástico, como característica dielétrica, resistência à 762

corrosão, peso leve e a cor inerente. Entretanto, possui baixa resistência química e à arranhões, além da tendência de amarelar quando exposto por um longo período de tempo a luz UV (CATALAN, 2005; WIEBECK & HARADA, 2005; EBEWELE, 2000). Atualmente, possui duas tecnologias de produção utilizadas comercialmente. São elas o processo de polimerização interfacial entre o bisfenol A e o fosgênio e o processo de transesterificação entre o bisfenol A (BPA) e o difenil carbonato (DPC). O processo através de polimerização interfacial continua sendo o mais usado atualmente, mas a procura por rotas ecologicamente corretas fez com que o processo de transesterificação crescesse ao longo dos anos, pois não utiliza fosgênio, que é altamente tóxico. Também por esse motivo, surgiu o interesse pela produção de policarbonato através de biomassa (policarbonato de isossorbida), fazendo com que algumas companhias mantenham plantas em estágio piloto para produção de isossorbida (TOPLE, 2010; NEXANT, 2002; HARRACKSINGH, 2012). No processo de polimerização interfacial, BPA é agitado em solução com uma substância capaz de controlar o peso molecular e a cadeia, como o fenol a 1-5%, em uma mistura de cloreto de metileno e água, adicionando-se fosgênio em presença de pequena quantidade de amina terciária como catalisador. Adiciona-se hidróxido de sódio para controle do pH. Continua-se com a adição de fosgênio até que não haja mais grupos fenólicos livres. O policarbonato é obtido em solução com o cloreto de metileno. Essa solução é lavada com ácido, para remoção de resíduos de amina e base. Para coletar a resina de policarbonato evapora-se o solvente através de precipitação a vapor, ou por precipitação através da adição de não solvente, como o metanol. O polímero é então extrudado e peletizado (BRUNELLE, 2003; WIEBECK & HARADA, 2005). O processo de transesterificação é um processo que envolve a polimerização de DPC com BPA catalisada com base. Não utiliza solvente, produzindo diretamente o polímero limpo. Inicialmente, mistura-se o BPA e o DPC com pequenas quantidades de catalisadores básicos em um reator de fusão, dando origem ao polímero e ao fenol como subproduto. O fenol é retirado aumentando-se a temperatura de reação, deslocando, assim, o equilíbrio para a formação de policarbonato. Utiliza-se destilação a vácuo (BRUNELLE, 2003). O interesse por rotas de produção ecologicamente corretas levou ao estudo do processo de produção de policarbonato através de isossorbida. A issosorbida é obtida através da desidratação do sorbitol. É um produto que não é tóxico e é sustentável, podendo ser reciclado. É um processo que envolve a transesterificação da isossorbida com o DPC. Com isso, não seria necessária a utilização de um produto tóxico como o fosgênio, nem do BPA, banido de certos produtos em vários países. Atualmente, a Mitsubishi Chemical desenvolve o Durabio™, policarbonato de isossorbida nas instalações da planta Kurosaki e começou a produzir o Durabio™ em agosto de 2012. Já existe uma produção anual estimada em 20.000 toneladas para 2015 (HARRACKSINGH, 2012; LAIRD, 2012). O MERCADO MUNDIAL DE POLICARBONATO O policarbonato é muito utilizado nos setores elétrico, eletrônico e técnico por causa de suas propriedades elétricas e resistência ao calor e à umidade na fabricação de conectores elétricos, dispositivos de rede de telefonia, caixa de tomada, entre outros. É também usado na fabricação de carcaças de computadores, impressoras, celulares. No setor de mídias ópticas é utilizado para produção de CD’s e DVD’s. Usado também na indústria automotiva para produção de faróis, para-choques, lanternas, painéis interiores, entre outros. É amplamente utilizado para envidraçamento, coberturas, toldos e chapas, substituindo vidro e acrílico em áreas em que há uma grande possibilidade de quebra, como janelas de avião, trens e escolas. No setor médico é usado na produção de próteses, aparelhos de hemodiálise, respiradores artificiais, etc (BRUNELLE, 2003; CATALAN, 2005; WIEBECK & HARADA, 2005). 763

Dentre outras aplicações, podemos citar capacetes, lentes de óculos, visores, garrafões de água mineral, sinais de trânsito, artigos esportivos, utensílios domésticos, réguas e transferidores, solados de sapatos femininos, rotores de bombas e ventiladores etc (WIEBECK & HARADA, 2005). O mercado mundial de policarbonato é dominado por duas indústrias principais, que detém cerca de 51% da capacidade mundial de produção. São elas a Bayer MaterialScience e a SABIC Innovative Plastics. Em seguida, temos o grupo de companhias da Mitsubishi (Mitsubishi Chemical, Mitsubishi Gas Chemical e Mitsubishi Engineering-Plastics), a Teijin e a Styron, sendo essas três responsáveis por 25% da capacidade mundial de produção de policarbonato (IHS CHEMICAL, 2013). Os Estados Unidos, a China, o Japão e a Europa Ocidental são responsáveis por dois terços do consumo mundial de policarbonato. Nos Estados Unidos é mais amplamente utilizado no setor automotivo e de transporte, consumindo 24% de policarbonato. Na Europa Ocidental, 25% do policarbonato é utilizado em folhas e filmes usados na construção civil. Na China e no Japão, seu maior mercado encontra-se no setor eletroeletrônico, sendo esse setor responsável por 30% e 27%, respectivamente, do consumo de policarbonato. A demanda mundial de policarbonato foi de 3,7 milhões de toneladas em 2012 (IHS CHEMICAL, 2013; WIESWEG, 2012). O setor de eletrônicos é o segmento de maior utilização de policarbonato, respondendo por 21% da demanda mundial, seguido pelo setor de filmes e folhas de policarbonato, responsável por 18% e pelo setor de mídias ópticas, que responde por 16% da demanda global (WIESWEG, 2012). O setor de mídias ópticas registrou o maior crescimento dentre todos os setores, obtendo crescimento de 10% ao ano entre os anos de 2001 a 2005, tendo seu pico entre 2006 e 2007. Nos anos seguintes, a demanda para esse segmento diminuiu, pois esse mercado vem sendo substituído por aparelhos de MP3/MP4, internet banda larga de alta velocidade e drives USB. A BMS já prevê uma redução de 3-6% ao ano na demanda de policarbonato para esse segmento, apesar de apresentar alguma resistência com crescimento em mercados emergentes como América Latina, Oriente Médio e Índia (ICIS, 2010). Um mercado que oferece um crescimento em potencial é o setor de vidros automotivos. Em longo prazo, além de sua ampla aplicação em faróis e lentes traseiras, espera-se quebrar uma barreira de resistência dos fabricantes de automóveis na substituição do vidro em luzes traseiras e janelas laterais de carros e caminhões. Além do setor automotivo, espera-se um crescimento no setor eletroeletrônico e no de construção, impulsionados por novas aplicações do policarbonato e pelo seu crescimento na Ásia. Além disso, vem sendo estudado o uso de policarbonato para painéis em LED. Com isso, espera-se superar a redução do mercado de mídias ópticas (ICIS, 2010). A taxa de crescimento de consumo de policarbonato varia de acordo com a região, mas estima-se que a taxa global seja de mais ou menos 4% de 2012 a 2017. A Ásia tende a crescer mais dentre todas as localidades com crescimento médio de 4,7%, sendo o da China, por exemplo, 4,9% e o da Índia de 8,0%. As Américas do Norte, Central e do Sul possuem taxa estimada em 3,0%. Já Europa, Oriente Médio e África possuem taxa de crescimento em torno de 2,5% (IHS CHEMICAL, 2013). Nos últimos anos, houve a adição de novas plantas de policarbonato. Houve implantação de novas plantas na Rússia, na China, no Japão e na Arábia Saudita, com capacidade de até 260.000 t. Para os próximos anos, há a previsão de instalação de novas plantas na China, com capacidade de até 300.000 t (WIESWEG, 2012).

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ESTUDO DE CASO - ANÁLISE DO MERCADO BRASILEIRO DE POLICARBONATO Até 2005, a empresa nacional produtora da resina de policarbonato policarbonato era a Policarbonatos de Brasil (PCdB) que dividia o controle da empresa em proporções iguais com a Idemitsu Kosan do Japão e as brasileiras Pronor Petroquímica e Unigel Ltda .Em Junho de 2005, a Unigel comprou 100% das ações da Policarbonatos do Brasil, Br tornando-se se a única empresa brasileira produtora de policarbonatos (GEEIN, 2005). Apesar das expectativas de investimento da Unigel para atender o mercado brasileiro de policarbonato o que se tem observado é o aumento nas importações de policarbonato. policarbonat Segundo dados do Guia da Indústria Química Brasileira da Associação Brasileira das Indústrias Químicas – ABIQUIM, a importação de policarbonato pelo Brasil tem aumentado, enquanto que as exportações e produção nacional desse produto diminuem (Figura 2). Esse cenário sugere uma redução no mercado interno ou até mesmo uma estagnação caso se considere aumento do consumo aparente (ABIQUIM, 2012). A análise desse cenário deve ser feita considerando situações que aconteceram antes mesmo da Unigel comprar a Policarbonatos Policarbonatos do Brasil. Até 1990, a Policarbonatos do Brasil, além de ser a única produtora nacional da resina também era a única fornecedora de policarbonato no Brasil. A partir daí, houve a abertura do mercado brasileiro para fornecedores internacionais como omo a GE Plastics, Bayer Polymers, Dow Chemical, Mitsubishi, Teijin e, consequentemente, o início da concorrência para o fornecimento de policarbonato no Brasil (CATALAN, 2005). A PCdB se utilizou de várias manobras para se manter competitiva no mercado, mas ainda assim, houve um crescente aumento no número de importações da resina de policarbonatos. A PCdB estava perdendo mercado para os fornecedores internacionais devidos ao dumping praticados por esses fornecedores (CATALAN, 2005). Dumping consiste em uma ma empresa vender em um país um produto a preço inferior ao que é comercializado no mercado doméstico da empresa exportadora. Essa diferenciação de preço é considerada desleal quando tem por objetivo eliminar os produtores concorrentes devido à prática de preços irrealistas (MDIC, 2013).

Figura 2: Dados de importação, exportação e produção de policarbonato no Brasil. Fonte: Elaboração própria a partir de dados da ABIQUIM.

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No Brasil, o combate ao dumping acontece através da imposição de direitos antidumping. Isto é, comprovado o dumping, tributos ou compensações são impostas, por um determinado período de tempo, às empresas exportadoras com o objetivo de fazer com que as empresas domésticas prejudicadas pudessem se estruturar e se tornar competitivas (CATALAN, 2005). Em 18 de agosto de 1997, a PCdB formalizou junto ao Departamento de Defesa do Comércio - DECOM a petição da abertura de investigação da prática de dumping nas importações brasileiras de resinas de policarbonato oriundos dos Estados Unidos da América (EUA) e da Alemanha. Em 22 de julho de 1999 o ministro do Desenvolvimento, Indústria e Comércio Exterior – MDIC estabeleceu o direito antidumping no percentual de 9% para as exportações vindas da Alemanha e 19% para as exportações vindas dos Estados Unidos da América (CATALAN, 2005). Após a aplicação dos direitos antidumping era esperado que a PCdB apresentasse uma recuperação nas vendas da resina de policarbonato. Entretanto, isso não foi verificado, pois as importações da resina de policarbonato aumentaram consideravelmente nos cincos anos seguintes, enquanto que o pequeno crescimento da PCdB não representou melhora de posição em relação aos concorrentes internacionais (CATALAN, 2005). A explicação para isso está no fato de naquele período os maiores importadores de resina de policarbonato (Bayer e GE) também eram os maiores produtores mundiais. Logo, essas empresas aram a importar a resina de suas filiais localizadas em outros países como Bélgica, Holanda, Espanha e Argentina. Dessa forma os importadores evitavam os pagamentos dos direitos antidumping e permaneciam concorrendo deslealmente com a Policarbonatos do Brasil (CATALAN, 2005). Outro fator que prejudicou ainda mais a situação da PCdB no mercado foi o fato de os seus maiores concorrentes (Bayer e GE) também serem seus maiores clientes. A Bayer e GE compravam resina de policarbonato para a produção de compostos que é um produto constituído de grande percentual de resina de policarbonato e por isso é classificado como resina de policarbonato pura, que tem características diferentes da que foi classificada para os direitos antidumping. Como não houve indícios de descontinuidade no fornecimento desses compostos no Brasil, provavelmente os compostos estavam sendo importados (CATALAN, 2005). Em 30 de abril de 2003 a PCdB solicitou junto ao Secretaria de Comércio Exterior SECEX do Rio de Janeiro a investigação de dumping para alguns países da Europa, mas decidiu-se expandir para todos os países da União Europeia (UE), já que as filiais da Bayer e GE que serviam de importadores estavam localizadas nessa região (MDIC, 2004). Em agosto de 2003, a PCdB solicitou a revisão dos direitos antidumping estabelecidos para a Alemanha e EUA já que o prazo de vigência do primeiro direito antidumping terminava em 2004 e ainda assim continuava a prática de dumping por esses países (MDIC, 2004). Contraditoriamente, em 28 de maio de 2004 a PCdB solicitou o arquivamento do pedido de revisão dos direitos antidumping aplicados sobre os EUA e Alemanha. E em 8 de julho 2004, a PCdB também solicitou o arquivamento da investigação de dumping para a União Europeia, exceto Alemanha (MDIC, 2004). Vale lembrar que em junho de 2005, a Unigel adquiriu a totalidade das ações da Policarbonatos do Brasil. Esse fato poderia justificar a medida de arquivamento tomada pela PCdB ao pedido de revisão e ao pedido de investigação de dumping anteriormente mencionado. Considerando o tempo necessário para a empresa adquirente assumir e conhecer a situação de seu novo negócio, pode-se entender o motivo pelo qual a ainda denominada PCdB 766

só solicitou em 19 de maio de 2006 uma nova abertura de investigação de dumping nas exportações para o Brasil da resina de policarbonato vindas dos EUA e da UE. A investigação concluiu a prática de dumping nas importações de policarbonato originárias dos EUA e da UE e o Ministro da Câmara do Comércio Exterior aplicou os direitos antidumping para esses países. Algumas empresas do grupo SABIC dos EUA e da UE firmaram um acordo de não comercializar resinas de policarbonato em preços dumping e por isso não estão incluídas na determinação dos direitos antidumping (CAMEX, 2008). Em maio de 2007 a Unigel unificou as operações da Resarbras Acrílicos e Policarbonatos do Brasil (Proquigel) na Unigel Plásticos. O grupo objetivava alcançar maiores participações no mercado brasileiro e internacional de plásticos que se mostrava em expansão. Entretanto, a Circular nº 68 de 27 de dezembro de 2011 do MDIC, relata que houve uma média de diminuição de 13,8% no período de 2006 a 2010 nas vendas da resina de policarbonato pela indústria doméstica (MDIC, 2011). A Unigel Plásticos observou o aumento considerável nas importações de resinas de policarbonatos oriundas da Coréia do Sul e Tailândia no período de 2006 a 2010 e solicitou ao Ministério do Desenvolvimento, Indústria e Comércio Exterior – MDIC em 17 de maio de 2011 uma investigação de prática de dumping para as importações de resina de policarbonato vindas desses países e de dano à indústria doméstica (MDIC, 2011). O MDIC considerou o volume de resina de policarbonato importada por cada país objeto de investigação. Durante o período ficou constatado que o volume importado para o Brasil oriundo da Coréia do Sul foi insignificante, pois não representava nem 3% de todas as importações do produto para o Brasil e diante disso, concluiu que não houve prática de dumping para as importações oriundas da Coréia do Sul (CAMEX, 2013). As investigações identificaram que durante o período de outubro de 2006 a setembro de 2011 houve um crescimento de 34,9 % no consumo nacional aparente da resina de policarbonato, o que possibilitaria uma recuperação da indústria doméstica, entretanto, verificou-se que paralelamente houve um crescimento de 38,4% nas importações oriundas dos EUA (CAMEX, 2013). Para esse mesmo período, a investigação do MDIC verificou que o volume de venda de resina de policarbonato pela indústria doméstica no mercado interno e externo diminuiu 24,7% e 77,9%, respectivamente, o que comprovava que nesse período a indústria doméstica de resina de policarbonato estava sendo prejudicada (CAMEX, 2013). A investigação conclui existência da prática de dumping para a Tailândia com dano a indústria doméstica. O MDIC determinou a aplicação dos direitos antidumping para a Tailândia por um prazo de 5 anos (CAMEX, 2013). Atualmente vigora os direitos antidumping para os Estados Unidos da América, para a União Europeia e para a Tailândia. CONCLUSÃO A demanda de resina de policarbonato no Brasil e no mundo tende a aumentar nos próximos anos, principalmente com o aumento da renda per capita da população. Conforme a demanda crescer e se tornar economicamente atrativa, os investimentos surgirão. Dessa forma, o desenvolvimento de novas tecnologias e a ampliação da aplicação da resina de policarbonato em outros setores será cada vez maior. A procura cada vez maior por produtos ecológicos coloca a produção do policarbonato pelo processo de isossorbida em destaque. Essa tecnologia se mostra atrativa e tende a ser ampliada à medida que for divulgada e conhecida.

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Entretanto, para atender a crescente demanda, as escalas de produção mundiais devem se mantidas e até mesmo aumentadas, pois assim os preços tende a ser reduzidos conforme a oferta aumentar no mercado. E diante de tantas expectativas de crescimento segue o questionamento sobre a situação da indústria nacional de produção de resina de policarbonato. Aparentemente a única produtora – Unigel - encerrou sua produção conforme informado no Guia da Indústria Química Brasileira da ABIQUIM em 2012. Não houve registro de produção nacional no informativo do referido ano pela ABIQUIM. Segundo informações do jornal Valor Econômico de 17 de maio de 2013, a crise financeira internacional e a crise no setor químico e petroquímico dos últimos anos complicaram a situação do grupo Unigel que teria uma dívida atual de 1,7 bilhões de reais, boa parte provavelmente devido aos muitos investimentos feitos pelo grupo Unigel em suas diversas linhas de produção. Devido a essa complicada situação a companhia não descartaria a possibilidade de vender seus quatros segmentos de produção em conjunto ou separadamente. O segmento de acrílicos a Unigel tem sido bastante afetado devido à queda nas vendas de resina de policarbonato. Aparentemente, a produção nacional de policarbonato não tem apresentado atrativos econômicos, principalmente devido à alta no preço da nafta petroquímica observada nos últimos anos. De qualquer forma, o interrompimento da produção nacional de resina de policarbonato por qualquer motivo tem impacto direto na economia brasileira. São diversas pessoas que perdem seus empregos, a região arrecada menos impostos, compromete toda a cadeia de indústrias consumidora de resina de policarbonato no país, além de torná-los dependentes dos produtos importados. Talvez maiores incentivos fiscais da parte do governo ou maior rigor nas importações de produtos similares ao brasileiro sejam algumas medidas iniciais para uma recuperação da indústria nacional de policarbonato. O importante é que essa indústria se fortaleça e tenha condição de competir em igualdade de preço e qualidade com os produtos importados, a fim de que toda a economia e a população sejam beneficiadas. Fato semelhante vem ocorrendo também com diversas outras indústrias de produtos químicos no Brasil. Traçar políticas estratégicas que fortaleçam as indústrias brasileiras e diminua a sua dependência de outros países deveria ser encarada como uma questão prioritária para resguardar a soberania nacional. Se esse problema persistir por muito tempo, pode haver a perda de tecnologia que faz parte do conhecimento humano e este tende a se dispersar. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DA INDÚSTRIA QUÍMICA (ABIQUIM). Guia da Indústria Química Brasileira. São Paulo, 2012. BRASIL - Câmara do Comércio Exterior (CAMEX). Resolução nº 17 de 7 de Abril de 2008. Disponível em . o em 12 de Agosto de 2013. BRASIL - Câmara do Comércio Exterior (CAMEX). Resolução nº 43 de 19 de Junho de 2013. Disponível em . o em 12 de Agosto de 2013. BRASIL - Ministério do Desenvolvimento, Indústria e Comércio Exterior (MDIC). Circular nº 46 de 28 de Julho de 2004. Disponível em < http://www.desenvolvimento.gov.br/arquivo/legislacao/cirsecex/2004/circ2004-46.pdf>. o em 12 de Agosto de 2013. 768

BRASIL - Ministério do Desenvolvimento, Indústria e Comércio Exterior (MDIC). Circular nº 68 de 27 de Dezembro de 2011. Disponível em < http://www.desenvolvimento.gov.br/arquivos/dwnl_1325169960.pdf>. o em 12 de Agosto de 2013. BRASIL - Ministério do Desenvolvimento, Indústria e Comércio Exterior (MDIC). Comércio Exterior. Dumping. Disponível em < http://www.desenvolvimento.gov.br/sitio/interna/interna.php?area=5&menu=321>. o em 12 de Agosto de 2013. BRUNELLE, D. J. Polycarbonates. In: Mark, H. F. (Ed.). Encyclopedia of polymer science and technology. 3ed. New York: John Wiley & Sons, 2003. 3003p, v.7, p. 397-426. CATALAN, F. C. M. As medidas antidumping e sua eficácia: um estudo com a resina de policarbonato. 2005. 116p. Dissertação (Mestrado em istração). Programa de PósGraduação em istração, Universidade Federal da Bahia, Salvador, 2005. EBEWELE, R. O. Polymer Science and Technology. New York: CRC Press, 2000. 483p. FOX, D.W. History: Aromatic Polycarbonates. In: Seymour, R. B.; Kirshenbaum, G. S (Ed.). High Performance Polymers: Their Origin and Development. New York: Springer, 1987. 474p. p. 67-70. GEEIN - Grupo de Estudo em Economia Industrial – UNESP. Publicação eletrônica, junho de 2005. Disponível em . o em 12 de Agosto de 2013. HARRACKSINGH, R. Polycarbonate 09/10-7 Report Abstract. ChemSystems PERP Program. Nexant, 2012. ICIS. Polycarbonate Uses and Market Data. Disponível em: . o em 9 de agosto de 2013. IHS CHEMICAL. Polycarbonate Resins. Publicação eletrônica, janeiro de 2013. Disponível em: o em 09 de agosto de 2013. LAIRD, K. Green Matter: A dash of isosorbide makes all the diference. Publicação eletrônica em Plastics Today, 29 de novembro de 2012. Disponível em: . o em 9 de agosto de 2013. MATAR, S.; HATCH, L. F. Chemistry of Petrochemical Process. 2.ed. Houston: Gulf Publishing Company, 1994. 406p. NEXANT. ChemSystems, PERP Program – New Report Alert, Polycarbonates (01/02-5), 2002. TOPLE, N. V. Aspects of Green Design in the Polymer Industry. 2010. 209f. Dissertação (Doutorado em Filosofia) – Universidade de Pittsburgh, Pittsburgh, 2010. WIEBECK, H.; HARADA, J. Plásticos de engenharia: tecnologia e aplicações. São Paulo: Artliber Editora, 2005. 350p. WIESWEG, M. PC & PP Market Update. In: MEDIA-TECH CONFERENCE, Hamburgo, 2012.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

DETERMINAÇÃO DAS PROPRIEDADES FÍSICAS DAS SEMENTES DE MUCUNA PRETA ANNA FLÁVIA NUNES DA COSTA1; THAMIRES RODRIGUES DE SÁ VALLE2; EDNILTON TAVARES DE ANDRADE3 ;ELIANE CRISTINA BRAGA4; LUIZA FERREIRA DE CARVALHO5. 1

Graduando no curso de Engenharia Agrícola e Ambiental e integrante do PET Engenharia Agrícola e Ambiental, Universidade Federal Fluminense, (21)8560-2076, [email protected]. 2 Graduanda no curso de Engenharia Agrícola e Ambiental e integrante do PET Engenharia Agrícola e Ambiental, Universidade Federal Fluminense, (21)9954-9277, [email protected]. 3 Professor no curso de Engenharia Agrícola e Ambiental e integrante do PET Engenharia Agrícola e Ambiental, Universidade Federal Fluminense, (21) 9424-6270, [email protected]. 4 Graduanda no curso de Engenharia Agrícola e Ambiental e integrante do PET Engenharia Agrícola e Ambiental, Universidade Federal Fluminense, (21)8223-4964, [email protected]. 5 Graduanda no curso de Engenharia Agrícola e Ambiental e integrante do PET Engenharia Agrícola e Ambiental, Universidade Federal Fluminense, (21)8447-5461, [email protected].

UFF – UFF – UFF – UFF – UFF –

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: A presente pesquisa teve como objetivo avaliar as propriedades físicas das sementes de Mucuna Preta quando expostas a diferentes teores de água (base seca). As propriedades estudadas foram massa específica aparente, massa específica real, porosidade, ângulo de repouso, esfericidade e circularidade, obtida através da função contorno do AutoCAD. As dimensões geométricas foram analisadas com paquímetro digital. Os testes foram desenvolvidos com nove teores de água, variando de 0,06 a 0,33 (b.s). Os resultados obtidos indicam que a metodologia utilizada neste trabalho mostrou-se adequada à determinação das propriedades físicas e identificam adequadamente as características analisadas das sementes de mucuna preta Os dados encontrados experimentalmente sugerem um padrão de comportamento das sementes que poderão ser usados como base de dados para projetos futuros. PALAVRAS–CHAVE: Mucuna preta; propriedades físicas; teor de água.

DETERMINATION OF PHYSICAL PROPERTIES OF THE SEEDS OF MUCUNA PRETA (Mucuna pruriens L.) ABSTRACT: This study aimed to evaluate the physical properties of the seeds of Mucuna Preta when exposed to different moistures contents (d.b) . The properties studied were bulk density, real density, porosity, angle rest, roundness and sphericity, found through the function “contour” of AutoCAD. The geometrical dimensions were analyzed with a digital caliper. The tests were developed with nine moistures contents ranging from 0,06 to 0,33 (d.b). The results indicate that the methodology used in this study was adequate to determine the physical properties and identify properly analyzed the characteristics of mucuna preta seeds.The experimentally found data suggest a pattern of seeds that can be used a basis for future projects. KEYWORDS: Mucuna preta; physical properties; moisture content.

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INTRODUÇÃO A Mucuna pruriens é uma leguminosa originária do sudeste da Ásia que tem estabelecimento rápido, competindo com ervas daninhas, adaptando-se aos diferentes tipos de solo, desde os arenosos até os argilosos, com média fertilidade. Além de grande produtora de matéria orgânica, quando usada como adubo verde, a mucuna também pode ser utilizada no controle de erosão e como fonte de alimentação para o gado, por meio de silagem e feno de boa qualidade. Segundo RIBEIRO et al (2005), o conhecimento das propriedades físicas dos produtos agrícolas é de grande utilidade não só para a engenharia, mas para outros ramos da ciência ou tecnologia relacionadas com o comportamento físico e processamento de frutos e vegetais. As principais aplicações desses conhecimentos são direcionadas ao dimensionamento de máquinas de processamento. Também tem grande relevância na otimização dos processos industriais e no desenvolvimento de novos projetos e equipamentos utilizados nas operações pós-colheita. O presente trabalho tem por objetivo determinar as principais características físicas das sementes de mucuna preta, em diferentes teores de água. As propriedades avaliadas foram massa específica aparente, massa específica real, porosidade, ângulo de repouso, circularidade e esfericidade. MATERIAIS E MÉTODOS Foram utilizados três quilos de sementes de mucuna preta para a realização do experimento, feito no Laboratório de Termociências LATERMO, da Escola de Engenharia da Universidade Federal Fluminense, Niterói, Rio de Janeiro. Da amostra inicial retirou-se três cadinhos, com aproximadamente 30 gramas do produto cada, para determinação de teor de água inicial, em estufa a 105 graus ± 1, durante 24 horas (INSTITUTO ADOLFO LUTZ, 2008), encontrando-se um teor de 0,06 b.s. O restante das sementes foi dividido em amostras com os seguintes teores de água: 0,06; 0,09; 0,11; 0,14; 0,18; 0,22; 0,25; 0,28; e 0,33 (b.s). Para cada teor, foram realizados testes para a determinação das propriedades físicas como dimensões, massa específica aparente, porosidade, massa específica real, ângulo de repouso, circularidade e esfericidade das sementes de mucuna preta. DIMENSÕES DAS SEMENTES As dimensões geométricas foram determinadas em um universo de 300 sementes por teor de água. Utilizou-se um paquímetro digital para a medição de comprimento (a), largura (b) e espessura (c) das sementes. MASSA ESPECÍFICA APARENTE A massa específica aparente foi determinada com o auxílio da balança hectolitro, um medidor de 1000 ml e uma balança de precisão. Foram feitas cinco repetições a cada teor de água e o procedimento adotado foi a pesagem do medidor preenchido com sementes em balança previamente tarada e cálculo da massa específica através da Equação 1.

(1) 771

Onde indica a massa específica aparente (kg/m³); indica a massa das sementes (kg); e indica o volume (m³). A Equação 2 que descreve a massa específica aparente foi obtida através do software STATISTICA 4.2, que relaciona os valores experimentais e os teores de água através da modelagem não linear pelo método Quasi-Newton. (2) Onde: teor de água (b.s.).

são parâmetros a serem determinados pelo software; e

indica o

POROSIDADE Para medição dos vazios entre as sementes, foram utilizadas provetas graduadas de 100 ml e óleo de soja. As sementes dispostas dentro de uma das provetas foram cobertas com óleo até a altura do menisco e volume restante de óleo foi correspondente à porosidade. MASSA ESPECÍFICA REAL A massa específica real foi a única propriedade determinada através de cálculos e sem medições em instrumentos (Equação 3). (3) Onde: aparente (kg/m³);

indica a massa específica real (kg/m³); indica a porosidade expressa em decimais.

indica a massa específica

ÂNGULO DE REPOUSO O ângulo de repouso foi medido através de uma caixa de madeira com dimensões 20 cm de altura, 12 cm de comprimento e 10 cm de largura, com uma comporta que permite o deslocamento de sementes quando levantada.

Figura 1 - Caixa para determinar ângulo de repouso CIRCULARIDADE E ESFERICIDADE A circularidade foi determinada através das sementes digitalizadas em scanner com auxílio da função de contorno no AutoCAD. 772

A esfericidade, por sua vez, foi obtida através da Equação 4 proposta por MOHSENIN (1986) e corresponde ao grau de aproximação da forma do produto a uma esfera. (4) Onde E representa a esfericidade, adimensional; e a, b, c indicam respectivamente os valores médios de comprimento, largura e espessura das sementes em mm. Os valores médios de esfericidade e circularidade das sementes para os teores de água analisados se encontram expressos na tabela 5.

Teor de água (b.s.) 0,06 0,09 0,11 0,14 0,18 0,22 0,25 0,28 0,33

Tabela 5 – Circularidade e esfericidade Circularidade Esfericidade 0,714 0,982 0,688 0,993 0,749 0,979 0,708 0,980 0,631 0,973 0,747 0,970 0,659 0,967 0,725 0,953 0,722 0,965

RESULTADOS E DISCUSSÕES A tabela 1 apresenta os teores de água da semente da mucuna preta, analisados no experimento. Tabela 1- Representação de teores de água Amostras Teor de água (b.s.) 1 0,06 2 0,09 3 0,11 4 0,14 5 0,18 6 0,22 7 0,25 8 0,28 9 0,33

Na Tabela 2 estão representados os valores médios dimensionais das sementes em cada amostra. Analisando-se os dados da figura 1 é possível notar que a elevação do teor de água nas sementes torna-as túrgidas, aumentando gradativamente suas dimensões.

773

Tabela 2 - Dimensões geométricas Teor de água (%bu) Espessura média (mm) Largura média (mm) 0,06 0,09 0,11 0,14 0,18 0,22 0,25 0,28 0,33

7,15 6,78 7,07 6,95 7,12 7,17 7,27 8,04 7,33

10,40 10,03 10,32 10,15 10,50 10,71 11,05 11,96 11,12

Comprimento médio (mm) 14,32 14,67 14,13 13,97 14,28 14,61 15,17 15,42 15,15

Figura 1 - Dimensões geométricas versus teor de água A Tabela 3 reúne os valores médios de massa específica aparente experimental e calculada, porosidade e massa específica específica real para cada um dos teores de água. ComparandoComparando se os dados obtidos experimentalmente, é possível observar padrões de comportamento das propriedades conforme há variação da porcentagem de base úmida. Tabela 3 – Porosidade, massa específica aparente aparente (experimental e calculada) e massa específica real. Massa específica (kg.m-³) ³) Teor de água Porosidade (%) Aparente Aparente Real (%bu) Experimental Calculada 0,06 39,25 845,34 1391,51 794,042 0,09 40,00 846,54 1459,55 794,402 0,11 43,75 845,02 1502,26 794,641 0,14 42,75 844,68 1475,42 794,999 0,18 44,75 836,60 1549,26 795,474 0,22 47,00 806,56 1493,63 795,946 0,25 45,00 798,83 1479,31 796,299 0,28 46,50 746,20 1394,77 796,651 774

1444,46 0,33 46,00 751,12 797,235 A massa específica aparente experimental experimental diminui com o aumento do teor de água, numa função de segundo grau. Já a massa específica aparente calculada, obtida pelo Software STATISTICA 5.0, é expressa pela Equação 5 e sua representação gráfica (figura 2) indica que a massa específica aparente te calculada aumenta a medida que eleva-se eleva se o teor de água da amostra.

(5)

Figura 2 – Massa específica aparente experimental e calculada em função do teor de água Conforme representado na figura 3, os valores de porosidade são diretamente proporcionais aos teores de água até determinado ponto, onde a interação entre a redução do teor de água e a contração volumétrica faz com que a massa específica volte a aumentar, reduzindo assim a porosidade.

Figura 3 - Porosidade em função do teor de água 775

Por fim,, a figura 4 de massa específica real em função do teor de água descreve uma curva característica de uma função de segundo grau, onde os dados obtidos ascendem até um valor máximo e depois decrescem. Esse comportamento pode ser explicado devido à interação da redução do teor de água e a contração volumétrica da semente.

Figura 4 - Massa específica real em função do teor de água Na tabela 4 e na figura 5 estão expressos os valores médios obtidos para ângulo de repouso segundo a variação no teor de água, indicando que o ângulo de repouso mantém um comportamento crescente conforme o aumento do teor de água. Tabela 4 - Ângulo de repouso Teor de água (%bu) Ângulo de repouso (graus) 0,06 0,09 0,11 0,14 0,18 0,22 0,25 0,28 0,33

28,44 29,85 31,81 34,77 34,92 36,65 40,77 44,07 39,09

776

Figura 5 – Ângulo de repouso em função do teor de água CONCLUSÕES Conforme os resultados obtidos, observa-se observa se que a esfericidade é diretamente proporcional ao teor de água dos grãos. Verifica-se Verifica se também um aumento gradativo das dimensões da semente (largura, comprimento e espessura) com o aumento do teor de água. Já a circularidade manteve-se se oscilando em função do teor de água. No que diz respeito à porosidade, a mesma é diretamente proporcional ao teor de água, até té o ponto em que a interação entre a redução do teor de água e a contração volumétrica faz com que a massa específica volte a aumentar, reduzindo assim a porosidade. A massa específica aparente experimental diminui com o aumento do teor de água, diferentemente mente da massa específica aparente calculada, que aumenta a medida que eleva-se eleva o teor de água da amostra. A massa específica real apresenta um comportamento parabólico, que pode ser explicado devido à interação da redução do teor de água e a contração volumétrica vol da semente. Em suma, a metodologia utilizada neste trabalho mostrou-se mostrou se adequada à determinação das propriedades físicas e identificam adequadamente as características analisadas das sementes de mucuna preta. REFERÊNCIAS INSTITUTO ADOLFO LUTZ. LUTZ Métodos físico-químicos químicos para análise de alimentos. Edição IV. 1ª Edição digital. São Paulo, 2008 p. 98-99 98 MOHSENIN,N. N. Physical properties of plant and animal material. material. Gorson and Breach Science Publishess. New York, 1986 2 ed, 742p. RIBEIRO, D. M. et al. Análise das propriedades físicas do grão de soja durante o processo de secagem. Ciênc. Tecnol. Aliment. Campinas, setembro de 2005.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

DETERMINAÇÃO DA VELOCIDADE TERMINAL DAS SEMENTES DE MUCUNA PRETA (Mucuna pruriens L.) ELIANE CRISTINA BRAGA1, LUIZA FERREIRA DE CARVALHO2, EDNILTON TAVARES DE ANDRADE3, ANNA FLÁVIA NUNES DA COSTA4, THAMIRES RODRIGUES DE SÁ VALLE5 . 1

Graduanda no curso de Engenharia Agrícola e Ambiental e integrante do PET Engenharia Agrícola e Ambiental, UFF Universidade Federal Fluminense, (21)8223-4964, [email protected]. 2 Graduanda no curso de Engenharia Agrícola e Ambiental e integrante do PET Engenharia Agrícola e Ambiental, UFF Universidade Federal Fluminense, (21)8447-5461, [email protected]. 3 Professor no curso de Engenharia Agrícola e Ambiental e tutor do PET Engenharia Agrícola e Ambiental, UFF Universidade Federal Fluminense, (21)9424-6270, [email protected]. 4 Graduando no curso de Engenharia Agrícola e Ambiental e integrante do PET Engenharia Agrícola e Ambiental, UFF Universidade Federal Fluminense, (21)8560-2076, [email protected]. 5 Graduanda no curso de Engenharia Agrícola e Ambiental e integrante do PET Engenharia Agrícola e Ambiental, UFF Universidade Federal Fluminense, (21)9954-9277, [email protected].

– – – – –

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: O presente trabalho tem por objetivo determinar, através de experimentos, a velocidade terminal das sementes de mucuna preta e comparar os resultados experimentais com os obtidos a partir de modelo matemático proposto por HAWK et al. (1966) e SANTANA & BRAGA (1999). Dessa forma, é possível caracterizar a velocidade máxima envolvida no processamento e beneficiamento do produto, como transporte e separação. Através dessa análise pode-se determinar o coeficiente de arrasto, possibilitando a regulagem de máquinas e equipamentos. Para a realização das análises experimentais, utilizaram-se amostras, com teores de água, em base seca, de aproximadamente 0,06; 0,09; 0,11; 0,14; 0,18; 0,22; 0,25; 0,28; e 0,33 (b.s). Segundo os dados obtidos e analisados experimentalmente, conclui-se que a velocidade terminal aumenta com a redução do teor de água devido à interação entre a contração volumétrica e a massa específica do produto. PALAVRAS–CHAVE: mucuna preta; velocidade terminal; teor de água.

DETERMINATION OF TERMINAL VELOCITY OF SEEDS OF MUCUNA PRETA (Mucuna pruriens L.) ABSTRACT: This study aims to determine, through the experiments, the terminal velocity of seeds of mucuna preta and compare the experimental results with those obtained from the mathematical model proposed by HAWK et al. (1966) e SANTANA & BRAGA (1999). This way it is possible to characterize the speed involved in processing and improvement of the product, such as transportation and separation. Through this analysis we can determine the coefficient of drag, allowing the adjustment of machines and equipment. For the experimental tests, the samples of seeds used for water contents of approximately 0,06; 0,09; 0,11; 0,14; 0,18; 0,22; 0,25; 0,28; e 0,33 (d.b). According to data obtained and analyzed experimentally, concludes it that’s determinal velocity increases if the reduction of the water content due to interaction between specific mass and volumetric contraction or the product. KEYWORDS: mucuna preta; terminal velocity; water content.

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INTRODUÇÃO A mucuna preta é uma leguminosa anual proveniente do sudeste da Ásia com hábito rasteiro e trepador, com caules finos e flexíveis e de folhas compostas de três grandes folíolos. Possui excelente capacidade de melhoramento e restauração de solos esgotados além de atuar no controle de erosão, adubação verde e alimentação para o gado por meio de silagem e feno de boa qualidade, embora sua palatabilidade in natura seja muito baixa. É ainda altamente recomendada para incorporação no solo, pela grande agressividade e alta produção de matéria verde. MOHSENIN (1986) estudou as propriedades físicas e aerodinâmicas de produtos agrícolas, definindo equações de velocidade de transporte de grãos, do coeficiente de arraste e suas correlações. De acordo com ZANINI et al. (2008) as propriedades físicas e aerodinâmicas dos produtos agrícolas são razoavelmente constantes, porém mesmo com o avanço da ciência, no momento não é possível produzir sementes com uniformidade de tamanho. No entanto, com a engenharia é possível otimizar a produção agrícola através das novas informações das propriedades físicas e aerodinâmicas que surgem da evolução das ciências agrárias, possibilitando novos projetos de máquinas e equipamentos que evitem o desperdício do produto desejado. A determinação dos parâmetros aerodinâmicos dos produtos agrícolas é de suma importância no desenvolvimento de máquinas operatrizes de seleção de grãos e sementes. Dentre os parâmetros aerodinâmicos, a velocidade terminal e o coeficiente de arrasto são os princípios mais utilizados nesse dimensionamento. Segundo TEIXEIRA et al. (2003) a velocidade terminal determina a velocidade a ser imposta ao ar, para que este não arraste os grãos durantes a sua agem pelos mesmos. Dessa forma, o presente trabalho tem o objetivo de determinar a velocidade terminal das sementes de mucuna preta, de forma a caracterizar a velocidade máxima do ar, possibilitando a análise entre os resultados experimentais e os obtidos por meio de modelagem matemática. MATERIAL E MÉTODOS O experimento foi realizado no Laboratório de Termociências LATERMO, da Escola de Engenharia da Universidade Federal Fluminense, Niterói, Rio de Janeiro. Realizou-se a separação de um lote de 300 sementes a partir da amostra total disponível. Uma parte dessa amostra foi dividida em três cadinhos, que foram utilizados para determinação de teor de água inicial, em estufa a 105 graus ± 1, durante 24 horas (INSTITUTO ADOLFO LUTZ, 2008), encontrando-se um teor de 0,06 (b.s). O restante das sementes foi dividido em amostras com os seguintes teores de água, 0,06; 0,09; 0,11; 0,14; 0,18; 0,22; 0,25; 0,28 e 0,33 (b.s). Em cada amostra foram separadas 10 sementes para os cálculos da velocidade terminal e de esfericidade e circularidade em autocad. Na medição de velocidade terminal foi utilizado um dispositivo de ventilação canalizada por um tubo de PVC com 150 mm de diâmetro e 104 cm de comprimento (Figura1). Essas dimensões foram utilizadas, a fim de se obter uma uniformidade de distribuição da velocidade do ar na seção transversal do duto. À distância de 7,5 cm de sua extremidade superior fixou-se uma tela para sustentação das amostras. Na entrada do dispositivo, a uma distancia de 70 cm foi fixada uma válvula de gaveta para regulagem da velocidade do fluxo de ar. A velocidade do fluxo de ar foi medida num ponto localizado a 7,5 cm acima da tela de sustentação com o auxílio de um anemômetro digital perpendicular ao fluxo de ar no momento em que a semente apenas vibra e não flutua.

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A medição velocidade terminal experimental foi realizada com sementes cuja massa variava de 0,46 a 1,36 gramas, para cada um das dez repetições correspondentes corresponde aos respectivos teores de água estudados. A fim de obter-se se um modelo representativo do fenômeno da velocidade terminal, utilizou-se se a equação proposta por HAWK et al. (1966) e SANTANA & BRAGA (1999), Equação 1, empregando-se se os dados obtidos experimentalmente. experime (1) Em que, Vt é a velocidade terminal, em m.s-¹; m.s ¹; w é o peso das partículas, em N; ρp é a massa específica da partícula, em kg.m-³; kg.m ρf a massa específica ífica do fluido, em kg.m-³; kg.m C é o coeficiente de arrasto, ensional; e Ap é área projetada das partículas, normal ao seu movimento em relação ao fluido, em m². A determinação do coeficiente de arrasto foi utilizada a Equação 2, proposta por PettyPetty John e Christiansen, citado por MOHSENIN (1986), com a finalidade de se corrigir a forma do grão. (2) Onde f é a esfericidade da semente. A esfericidade, por sua vez, foi determinada através da Equação 3 proposta por MOHSENIN (1986) e corresponde ao grau de aproximação da forma do produto a uma esfera. (3) Em que, E representa a esfericidade, adimensional; adimensional; e a, b, c indicam respectivamente os valores médios de comprimento, largura e espessura das sementes em mm. RESULTADOS E DISCUSSÃO Os teores de base seca das sementes de mucuna preta analisadas neste trabalho estão representados na tabela 1. Tabela 1 – Teor de Base Seca das sementes de mucuna preta. Amostra Teor de água (b.s) 1 2 3 4 5 6 7 8 9

0,06 0,09 0,11 0,14 0,18 0,22 0,25 0,28 0,33

780

A Tabela 2 indica os valores médios obtidos através do cálculo de esfericidade em cada teor de água analisado.

Teor de água (b.s) 0,06 0,09 0,11 0,14 0,18 0,22 0,25 0,28 0,33

Tabela 2 – Esfericidade (E) calculada. a (mm) b (mm) c (mm) 14,32 14,67 14,13 13,97 14,28 14,61 15,17 15,42 15,15

10,40 10,03 10,32 10,15 10,50 10,71 11,05 11,96 11,12

7,15 6,78 7,07 6,95 7,12 7,17 7,27 8,04 7,33

E 0,71 0,68 0,71 0,71 0,72 0,71 0,70 0,74 0,71

O coeficiente de arrasto, tabela 3, foi obtido em função dos valores médios da esfericidade correspondente a cada amostra do experimento. Tabela 3 – Coeficiente de arrasto calculado. Teor de água (b.s) Esfericidade (f) Coeficiente de Arrasto (C) 0,06 0,71 1,83 0,09 0,68 2,00 0,11 0,71 1,82 0,14 0,71 1,83 0,18 0,72 1,82 0,22 0,71 1,84 0,25 0,70 1,87 0,28 0,74 1,70 0,33 0,71 1,85

Na tabela 4, observa-se os valores médios da velocidade terminal em função do teor de água das sementes de mucuna e a velocidade terminal calculada. Verifica-se uma relação direta de proporcionalidade entre o aumento dos valores de velocidade terminal experimental e a elevação do teor de água da amostra. Já os valores obtidos através do modelo matemático superestimam os encontrados em laboratório e não possuem um padrão de comportamento segundo a variação do teor de água.

781

Tabela 4 – Velocidade Terminal Experimental e Calculada em em função do teor de água Teor de água (b.s) Velocidade Terminal Velocidade Terminal Experimental (m/s) Calculada (m/s) 0,06 8,46 5,17 0,09 8,19 6,22 0,11 8,57 6,93 0,14 8,66 8,50 0,18 8,46 8,90 0,22 8,23 9,13 0,25 7,88 9,47 0,28 7,88 8,37 0,33 7,90 8,20

Figura 1 - Velocidade Terminal Experimental e Calculada em função do teor de água

CONCLUSÃO Conforme os dados obtidos e analisados experimentalmente, conclui-se conclui que a velocidade terminal aumenta com a redução do teor de água devido à interação interaçã entre a contração volumétrica a massa específica do produto. REFERÊNCIAS ANDRADE et al. Determinação da velocidade terminal dos grãos de pinhão-manso pinhão (Jatophra curcas L.).. VII Seminário de Engenharia. Niterói – RJ: 19 de outubro de 2011. HAWK, A.L; BROOKER, OKER, D.B; CASSIDY, J. J. Aerodynamic characteristics of selected farm grains. Transactions of the ASAE, St. Joseph, Michigan, 1966 v. 9, n. 1, p. 4848 51.

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INSTITUTO ADOLFO LUTZ. Métodos físico-químicos para análise de alimentos. Edição IV. 1ª Edição digital. São Paulo, 2008 p. 98-99 MOHSENIN, N. N. Physical properties of plant and animal material. Gorson and Breach Science Publishess. New York, 1986. 2 ed, 742p. SANTANA, M.F.S ; BRAGA, M.E.D.Parâmetros aerodinâmicos que influenciam na separação de amendoim. Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, 1999 v.1, n.1, p.66-72. TEIXEIRA et al. Propriedades físicas e aerodinâmicas aplicadas ao projeto de máquinas de limpeza para grãos de milho. Engenharia na Agricultura, Viçosa, 2003. v.11, 52 n.1-4. ZANINI et al. Influência do tamanho e da forma da coluna de queda na velocidade terminal de grãos de milho e feijão. Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande: 2008, v.10, n.1, p. 53-61.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

UMA METODOLOGIA PARA A DETERMINAÇÃO DO POTENCIAL DEREDUÇÃO DE EMISSÕES DE CO2 A PARTIR DA APLICAÇÃO DO SISTEMA DE GESTÃO EFICIENTE DA ENERGIA EM ORGANIZAÇÕES TIRSO REYES CARVAJAL1, ANA EMÍLIA DINIZ SILVA GUEDES2, ALINE RAQUEL VIEIRA SILVA3 1

Doutor em ciências térmicas, Universidade Centras das Villas, Cuba, [email protected] Doutoranda, UFRN/ PPGEM/Engenharia Mecânica-, [email protected] 3 Mestranda, UFRJ/COPPE/Engenharia Metalúrgica e de Materiais, [email protected] 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Este trabalho apresenta uma metodologia para a determinação do potencial de redução de emissões de CO2 a partir da aplicação do Sistema de Gestão Eficiente da Energia em empresas situadas em Cuba, e ainda faz uma prévia de alguns resultados de aplicação desta metodologia que complementa o enfoque de muitos outros métodos existentes de gestão energética apoiado no uso de ferramentas estatístico-matemática que junto a um diagnostico energético, como cálculos térmicos e elétricos permitem quantificar a situação de uma entidade produtiva ou dos seus serviços, além disso, essa ferramenta pode gerar importantes gráficos de correlação do consumo de energia e produção que dão a conhecer a quantidade de energia não associada à missão da empresa (perdas), e ainda oferece uma análise crítica de comparação entre a aplicação de um sistema de gestão e a tecnologia de armazenamento de carbono como via para diminuir os impactos negativos do uso dos hidrocarbonetos. PALAVRAS–CHAVE: Gestão de Energia, Hidrocarbonetos, Emissão de CO2.

METHODOLOGY FOR DETERMINING THE POTENTIAL FOR REDUCING CO2 EMISSIONS BY THE APPLICATION OF MANAGEMENT SYSTEM EFFICIENT ENERGY IN COMPANIES ABSTRACT: This paper presents a methodology for determining the potential for reducing CO2 emissions from the application of the system Efficient Management of Energy in companies located in Cuba, and makes a preview of some results of applying this methodology that complements the focus of many other existing methods of energy management ed the use of statistical and mathematical tools that together with a diagnosis energy as electrical and thermal calculations to quantify the situation in a productive entity or its services, in addition, this tool can generate important charts correlation of energy consumption and production that make known the amount of energy not associated with the company mission (losses), yet provides a critical comparison between the application of a management system and technology of carbon storage as a way to reduce the negative impacts of the use of hydrocarbons. KEYWORDS: Energy Management, Hydrocarbons, CO2 emission.

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INTRODUÇÃO Com o crescimento industrial acontecendo de maneira exponencial, implicou também na necessidade de usar fontes de energia em larga escala como combustíveis fósseis, carvão e petróleo. Desta forma, uma grande quantidade do carbono que estava estocado, e fora dos ciclos biogeoquímicos atuais, começou a ser liberada para atmosfera (BARNEY et al., 2008). Devido a este aumento nas demandas globais de energia, simultaneamente surgem preocupações ambientais relacionadas com a chuva ácida, buraco na camada de ozônio e a mudança climática global. Mudanças globais acontecem em função da mudança do estilo de vida de uma população, pela mudança ou inclusão de hábitos e consumo de recursos antes não existentes na região, comprometendo toda a biosfera. No contexto global a problemática ambiental continuou escalando altas posições convertendo-se em um tema de máxima relevância na atualidade, ultraando os limites da comunidade científica, ando a interessar políticos, ONGs, estudantes e os mais amplos setores da sociedade. Dentro da grande problemática ambiental, o tema energético ocupa o primeiro lugar, dado a sua relação direta com o incremento do efeito estufa ou aquecimento global, o qual depende principalmente da concentração de CO2 na atmosfera, gás que é o causador de aproximadamente 50% do fenômeno (GREENPEACE, 2012). A provisão e o uso de energia não somente está relacionada com o efeito estufa, mais também com outros problemas ambientais como poluição do ar, precipitação ácida, destruição da camada de ozônio e emissão de substâncias radioativas. A principal ação impactante das usinas termoelétricas vem de suas emissões aéreas, que se originam da descarga de material particulado e de gases resultantes da queima do combustível. A combustão incompleta do combustível pode ainda resultar em monóxido de carbono, hidrocarbonetos e compostos orgânicos complexos, tais como policíclicos, poliaromáticos, e aldeídos. E em relação às usinas hidrelétricas, que para apenas começar a sua construção, ocorrem mudanças drásticas na paisagem, afetando os animais e as plantas do local (GREENPEACE, 2013). Climatologistas em todo o mundo associam a intensificação dos desastres naturais como as inundações e secas, com a produção de energia, pois só alguns países têm estratégias concretas para o aumento da eficiência energética, que contribuiria no uso mais racional dos recursos energéticos, resultando na diminuição das emanações de CO2 e efeito estufa (BRANDÃO, 2006). A aplicação de um sistema de gestão energética que aqui denominamos de Sistema de Gestão Eficiente da Energia - SGEE, que permitiu conhecer o potencial de diminuição das emissões de CO2 na atmosfera. Este trabalho mostra o resultado de sua aplicação em algumas organizações. MATERIAL E MÉTODOS Definição do SGEE (Sistema de Gestão Eficiente da Energia): O sistema tem como e o uso de matemática e ferramentas estatísticas, que junto ao diagnóstico do profissional avaliador, cálculos térmicos e elétricos permitem quantificar a situação energética da instituição, apresentando as correlações consumo de energia e produção de energia através de tabelas que geram a quantidade energia não associada à missão da empresa, ou seja, as perdas energéticas. Este estudo foi feito em uma área que representam entre 75 a 85% do consumo de Cuba. Etapas realizadas no SGEE: 1. Definição dos portadores energéticos;

785

2. Estabelecimento da estrutura de consumo da empresa, indústria e ou centro de serviço; 3. Determinação das áreas com maior concentração de consumidores; 4. Identificação dos operários e chefes que tomam decisões nas concessionárias de energia; 5. Estabelecimento e cálculo de indicadores energéticos (Índices de consumo); 6. Estabelecimento de parâmetros de operação eficiente; 7. Calculo do potencial de economia de energia; 8. Estratificação dos resultados; 9. Elaboração de um diagnóstico; 10. Realização de pesquisa com os dirigentes, técnicos e operários sobre o que podem melhorar frente aos resultados; 11. Proposta de projetos de melhora. O SGEE foi aplicado em 63 organizações (indústrias e centros de serviços) na região central de Cuba (CARVAJAL, 2007). Com base na etapa 1 do SGEE e segundo Carvajal (2007), foi feita a escolha dos portadores de energia estudado com base no consumo, preferindo aqueles que são mais solicitados que estão representados na Tabela 1. Tabela 1 - Consumo de portadores de energia avaliado em TEP- Tonelada equivalente de Petroleo- tep. Portador (tipo de energía utilizada)

Unidade de Medida

Consumo Físico

Fator de Conversão

Consumo TEP

Eletricidade

MWh/ano

114.511

0,375

42.941,5

Diesel

t/ano

37.147,3

1,053

39.130,9

Óleo Combustível

t/ano

7.672,42

0,993

7.618,7

Gasolina

t/ano

3.411,92

1,354

4.619,7

Lubrificantes

t/ano

991,8

1,000

991,8

Lenha

t/ano

1.044

0,359

375

GLP

t/ano

215,85

1,163

251,1

Grasas Lubrificantes

t/ano

39,85

1,000

39,9

Nafta

t/ano

10,71

1,097

11,7

Álcool

t/ano

9,86

0,631

6,2

Total

95.986,6

Para os cálculos das economias possíveis seguiu-se a seguinte metodologia: Para o portador do tipo eletricidade tomou-se como base de cálculo o petróleo cru (bruto) cubano, com 80% de carbono em sua composição elementar. Sabendo que a massa molecular do carbono é Mc=12kg/kmol e a massa molecular do oxigênio é Mo=16kg/kmol, então a massa molecular do dióxido de carbono é Mco2 = 44kg/kmol. Dividindo o Mco2 por 12, resulta que por cada unidade de massa de carbono se formam 3,66 de CO2,

786

consequentemente têm-se que por cada tonelada queimada de petróleo cru são emitidas 2,93 toneladas de CO2 (Resultado do produto de 3,66*0,80). Após a análise dos portadores, escolhem-se aqueles que têm consumo maior para o cálculo das emissões de CO2, conforme a Tabela 2. Tabela 2 - Consumo e emissões dos maiores portadores de energia da região. Consumo do Portador Ton/ano

Emissões de CO2 Ton/ano

Diesel

37.147,25

118.284,3

Fuel Oil

7.672,42

22.480,19

Gasolina

3.411,92

10.614,48

Electricidade

42.941,5

125.389,2

GLP

215,85

663,61

Portador

Total

277.861,2

Para os demais portadores energéticos foram calculados a porcentagem de carbono em sua composição elementar, conforme Tabela 3. Tabela 3 - Percentual da composição elementar de carbono em portadores de energia. Portador Energético

Composição Elementar C (%)

Diesel

87

Fuel Oil

80

Gasolina

85

GLP

84

RESULTADOS E DISCUSSÃO Em média durante a utilização de energia elétrica se consomem entre 340 e 360 gramas de combustível por kWh, tendo uma perda por transmissão e distribuição em linha, equivalente a uma média de 12% de energia. De acordo com os consumos do portador eletricidade pelas empresas analisadas se obtém uma contribuição de 125.389,2 (42.941,5*2,92) toneladas de CO2 à atmosfera e para o potencial de economia obtida se obtém um valor de 33.905,5 (11.611,5*2,92) toneladas potenciais de economia em términos de emissão de CO2 Nas Tabelas 4 e 5 são apresentados os valores de possíveis economias, quando há um bom gerenciamento da energia.

787

Tabela 4 - Economias possíveis calculadas com o SGEE. Portador

Economias Possíveis/ano

Tep/ano

Valor US$/ano (92US$/Barril)

Eletricidade (MWh/ano)

30.963,96

11.611,49

7 477 799,56

Diesel (t/ano)

395,67

4.209,04

2 710 621,76

Óleo Combustível (t/ano)

579,41

573,6

369.398,4

Gasolina (t/ano)

12,5

16,9

10.883,6

Lubrificantes (t/ano)

13,51

13,51

8.700,44

16.424,54

10 577 403,76

Total

Tabela 5 - Economias dos portadores energéticos com SGEE. Portador

Economias Potenciais de Portadores Energéticos Ton/ano.

Potencial de Sequestro de CO2/ano

Diesel

3.995,67

12.723,01 (3,66*3,18)

Fuel Oil

579,4

1.697,67 (3,66*2,92)

Gasolina

12,5

38,88 (3,66*3,11)

Eletricidade

11.611,49(tcc)

33.905,55 (3,66*2,92)

GLP

-------

-------

Total

48.365,11

O Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL) do Protocolo de Kioto (PK) financia projetos de redução de emissões do GEE (Gases do Efeito Estufa) mediante a implementação de sistemas de gestão de energia (GREENPEACE, 2012). As tarifas vigentes se movem na fila de 10 a 20 US$/ton de CO2 equivalente deixada de emitir. Os preços atuais se fixam ao redor do valor mínimo, mas se prevê uma tendência especuladora podendo ultraar o valor máximo, chegando inclusive a mais 25 US$/ton de CO2. Baseado no SGEE foi montado alguns cenários que relacionam o potencial de sequestro de carbono em cada portador, com a quantidade de carbono deixado de emitir, transformando isso em dinheiro (Tabela 6). A diferença entre cada cenário é o valor estipulado em dólar por tonelada, variando de 20 a 35 dólares, do primeiro ao quarto cenário.

788

Tabela 6 - Cenário de sequestro de carbono X moeda. Primeiro Cenário Potencial de sequestro Portadores de CO2/ano Total Diesel, fuel oil, gasolina, eletricidade 48.365,11 Segundo Cenário Potencial de sequestro Portadores de CO2/ano Total Diesel, óleo combustíveç, gasolina, eletricidade 48365,11

1º Cenário para 20 US$/ton deixada de emitir Total 967 302,2 US$ 2º Cenário para 25 US$/ton deixada de emitir Total 1 209 127,75US$

Portadores

Terceiro Cenário Potencial de sequestro de CO2/ano Total

3º Cenário para 30 US$/ton deixada de emitir Total

Diesel, óleo combustível, gasolina, eletricidade

48365,11

1 450 953,3US$

Portadores

Quarto Cenário Potencial de sequestro de CO2/ano Total

4º Cenário para 35 US$/ton deixada de emitir Total

Diesel, óleo combustível gasolina, eletricidade

48365,11

1 692 778,85US$

Após vermos quanta energia e dinheiro são desperdiçados, podemos fazer algumas perguntas que simultaneamente proporemos as respostas: O incremento da eficiência energética sobre a base da aplicação de um sistema de gestão energética é a melhor via para a diminuição das emissões de CO2 no setor industrial e dos serviços? 1. Há muita especulação sobre o potencial e tecnologias de sequestro e armazenamento de carbono (SAC) como uma solução para a mitigação de mudanças climáticas. 2. O SAC não será seriamente implementado antes de 2020 e provavelmente não se tornará comercialmente viável como uma opção de mitigação eficiente até 2030. Mediante a esses questionamentos, nos deparamos com algumas limitações e preocupações tais como: • O SAC levanta uma série de preocupações financeiras e ambientais. • O SAC é caro. Com isso aumenta os custos da geração de energia entre 40% e 80% em comparação com usinas convencionais, dependendo da localização da usina, do local de armazenamento, da tecnologia de transporte e tipo de sequestro utilizada. • A tecnologia de SAC reduz a eficiência das usinas. Uma quantidade adicional entre 10 e 40% de combustível fóssil deve ser queimada quando o SAC é usado para conseguir o mesmo resultado energético. • O SAC produz custos adicionais em longo prazo. A monitoração e a verificação ao longo dos anos são necessárias para garantir a retenção do dióxido de carbono armazenado. Ainda assim, oportunidades de intervenção a fim de impedir ou controlar vazamentos inesperados são provavelmente limitadas. 789

•

•

•

•

•

Usinas existentes e as que serão construídas nos próximos cinco a dez anos, não serão repotenciadas com tecnologia SAC depois desse período. A eficiência de uma usina antiga de 33% de eficiência seria reduzida à faixa de 20 a 25%, deixando de ser economicamente viável. A tecnologia de SAC se tornaria economicamente viável apenas com um forte mercado global de carbono, com preços bem acima da faixa de US$ 25 a 30 por tonelada equivalente de carbono. Tecnologias de energia renovável e eficiência energética estão prontas para serem empregadas agora, tanto em termos tecnológicos quanto de mercado. Políticas climáticas sérias demandariam o emprego destas opções, o mais imediato e abrangente possível. Tecnologias de captura e armazenamento de carbono podem desempenhar uma função, mas mesmo o relatório do IPCC (Intergovermental on Climate Change) sugere que estas serão mais importantes na segunda metade deste século. O clima não pode esperar. Um cenário com um aumento moderado de eficiência energética resultaria numa redução de emissões até 2030 em quantidade parecida aos do SAC, mas com emissões acumuladas em dobro e isto seria conseguido a um custo zero ou mesmo negativo.

CONCLUSÕES A implementação de medidas de economia permitiriam deixar de emitir à atmosfera 48.365,11 toneladas de CO2, o qual resulta em uma importante contribuição à redução do efeito estufa. Se as toneladas de CO2 fossem negociadas no MDL (Mecanismo de Desenvolvimento Limpo) do PK representariam um benefício econômico de entre US$ 967 302.00 e US$ 1 692 778.00 de acordo com os cenários analisados anteriormente, e este dinheiro poderia ser investido em projetos de aumento da eficiência energética ou educação ambiental. O SAC pode ser uma opção no futuro quando todas as perguntas tiverem sido respondidas e os problemas resolvidos, entretanto, agora alcançar maiores níveis de eficiência energética é a solução mais viável. A importância de alcançar níveis mais elevados de eficiência energética não se limita aos problemas de poluição ambiental, mas também tem grande importância nos custos associados com a produção ou serviços. A determinação do potencial de economia energética nas empresas para entrar no MDL do Protocolo de Kioto (PK) a partir da aplicação de um SGEE não tem precedentes na literatura, com uma contribuição deste trabalho. “Somente se nós entendermos o significado do uso eficiente de energia, é que poderemos desfrutar de um futuro mais prazeroso”. REFERÊNCIAS BARNEY L. CAPEHART, B.L., TURNER, W.C., KENNEDY, W.J. Guide to Energy Management: International Version. 5 Ed. Published by The Fairmont Press, Inc, 2008. BRANDAO, J.C. Aciones de eficiência energética troco climático no Europa. Power Mex Clean Energy & Efficiency. XII Seminário de Economia de Energia, Cogeneración e Energia Renovável, 2006. CARVAJAL, T.L.R. Coletivo de autores. Caracterização energética do setor empresarial na provincial Villa Clara. XV Fórum Nacional de Ciência e Técnica. Dpto. Energia. Universidad Central de Las Villas. Cuba, 2007. 790

GREENPEACE. Sequestro e Armazenamento de Carbono. Disponível em: o em Dezembro de 2012. GREENPEACE. Clima e Energia: Energias Renováveis Contra o Aquecimento Global. Disponível em: o em Março de 2013.

791

I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

ANÁLISE DA INDÚSTRIA DE CAPROLACTAMA NO BRASIL E NO MUNDO: ROTAS DE PRODUÇÃO, HISTÓRICO E PROJEÇÕES ANDRÉ M. R. SOUZA1, LUIZA A. L. DOMINGUEZ2, PEDRO D. GEAQUINTO3, ROSENIR R. C. M. SILVA4 1,2,3 Alunos de graduação em Eng. Química, Departamento de Engenharia Química e de Petróleo, Escola de Engenharia , UFF, (21) 2629-5429, [email protected], [email protected], [email protected] 4 D.Sc., Departamento de Engenharia Química e de Petróleo, Escola de Engenharia , UFF, (21) 2629-5429, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: O setor petroquímico é um dos mais importantes da indústria química Brasileira, sendo uma área estratégica para o desenvolvimento social e econômico do país. A Caprolactama, presente objeto de estudo, é um importante petroquímico precursor do Nylon 6, utilizado na fabricação de carpetes, fibras têxteis e plásticos amplamente utilizados em produtos do cotidiano. No presente trabalho foi realizado um estudo de toda a cadeia produtiva de caprolactama desde a obtenção de matéria prima, com as principais tecnologias existentes e as que estão em desenvolvimento. Também foi feito um estudo de caso a respeito da produção de caprolactama no Brasil e no mundo, baseado em dados obtidos nos anos mais recentes e em projeções para o futuro. Os resultados indicam a China como principal atuante no mercado mundial, com um grande volume de importações de caprolactama na última década e plantas em construção que iniciarão suas operações nos próximos anos. O Brasil, que teve a sua única planta desativada em 2009, apresenta condições favoráveis de mercado e de disponibilidade de matéria prima, porém é importante que haja engajamento do governo em melhorias na infraestrutura e no desenvolvimento da indústria petroquímica. PALAVRAS–CHAVE: caprolactama, poliamida, indústria petroquímica

ANALYSIS OF CAPROLACTAM INDUSTRY IN BRAZIL AND IN THE REST OF THE WORLD: MANUFACTURING ROUTES, HISTORY AND FORECAST ABSTRACT:The petrochemical sector is among the most important ones in the Brazilian chemical industry, being a key area for social and economic development of the country. Caprolactam, present object of study, is an important petrochemical precursor to Nylon 6, which is used in the manufacture of carpets, textile fibers and plastics widely applied in everyday products. In the present work a study of the entire caprolactam's production chain since raw materials obtainment was made, concerning the main existing technologies and some that are still being developed. A case study was also made about caprolactam manufacture and market in Brazil and the rest of the world, based on data obtained from recent years and on projections for the future. Results indicate China as the most active country with a great amount of caprolactam imported during the last decade and new plants under construction, which will start operating over the next years. Brazil, having its only caprolactam plant shut down since 2009, presents favourable market conditions and good raw material availability, however it is important to have government in the improvement of infrastructure and in the development of the petrochemical industry. KEYWORDS:caprolactam, polyamide, petrochemicalindustry

792

INTRODUÇÃO A indústria química exerce um papel fundamental na economia e produção industrial brasileiras. No primeiro semestre de 2013, as importações de produtos químicos no Brasil chegaram a US$ 22 bilhões, o que representa um crescimento de 13,4% com relação ao mesmo período de 2012. O acumulado de julho/2012 a julho/2013, ou seja, 12 meses, atingiu cerca de US$ 45 bilhões. No âmbito das exportações, neste primeiro semestre elas somaram US$ 7 bilhões, representando uma queda de 5,1% com relação ao primeiro semestre de 2012. Estes dados permitem calcular um déficit de US$ 14,9 bilhões em produtos químicos somente no primeiro semestre (ABIQUIM, 2013). O setor petroquímico é o mais importante da indústria química. Em 2009, representou cerca de um terço do total de vendas no mundo. No Brasil, correspondeu a cerca de 50% dos produtos de uso industrial, sendo não apenas responsável pela geração de produtos finais, como também fornecendo diversos intermediários e insumos para indústrias como fertilizantes, vernizes, tintas e sabões (ABIQUIM, 2010). A caprolactama, objeto de estudo deste trabalho, é um intermediário petroquímico aplicado majoritariamente como precursor da poliamida nylon 6. A nível mundial, a produção de caprolactama vem sendo influenciada principalmente pelos países asiáticos nos últimos anos, sobretudo a China, devido ao grande crescimento e demanda do setor petroquímico desta região. Alguns dos grandes produtores mundiais são BASF, Toray, Sinopec, DutchState Mines (DSM) e Sumitomo e, apesar de existirem muitas possibilidades de rotas, as mais utilizadas são as que am pela ciclohexanona (NEXANT, 2011). Nesse trabalho, será realizada uma análise do histórico recente, dos processos e da cadeia produtiva de caprolactama, bem como um estudo de mercado acerca da produção mundial, analisando a situação do Brasil e como este pode se posicionar. ROTAS DE FABRICAÇÃO VISÃO GERAL Atualmente, a grande maioria das plantas de produção de caprolactama utilizam compostos aromáticos como matéria prima, ultraando 95% de plantas utilizando aromáticos. Nestes processos, o precursor convencional é a ciclohexanona, geralmente obtida pela oxidação do ciclohexano produzido a partir do benzeno, porém se utiliza também fenol e tolueno. Rotas reacionais que partem de outras matérias primas como o butadieno e a lisina também têm sido estudadas, e têm apresentado resultados promissores. A Figura 1 apresenta as principais rotas para a produção de caprolactama.

Figura 1: Rotas de fabricação de Caprolactama

Muitos dos processos existentes atualmente são derivados da tentativa de reduzir a quantidade de sulfato de amônio, co-produto formado pelos processos tradicionais, de mais de quatro toneladas de sulfato para cada tonelada de caprolactama. Dentre eles, destacam-se o da 793

BASF e o DSM, com larga rga aplicação industrial ao redor do mundo. A multinacional japonesa Toray propôs a fotonitrosação do ciclohexano (PNC), em que a oxima é gerada diretamente a partir do ciclohexano por meio de um processo fotoquímico. Como há também a geração de resíduo durante durante a fase de rearranjo da oxima, a Sumitomo propõe um método em fase gasosa com um catalisador à base de zeólita que elimina completamente a formação de sulfato de amônio, tornando o processo mais limpo. Este, combinado com uma rota de oximação que também também não produz subprodutos, criada pela Enichem, permitem uma produção de caprolactama virtualmente livre de resíduos (CHAUVEL; LEFEBVRE, 1989; RITZ et al., 2007; WEISSERMEL; ARPE, 1997). Outro processo que se destaca é o baseado em tolueno (SNIA Viscosa), que, embora ainda produza grandes quantidades de sulfato, é aplicado em diversas plantas na China. Além deste, o processo ALTAM, a partir de butadieno e monóxido de carbono, está disponível para licenciamento, embora ainda não seja usado industrialmente, e um processo utilizando lisina como matéria prima também está em fase de estudos (CAVANI et al., 2009; CHAUVEL; LEFEBVRE, 1989; WEISSERMEL; ARPE, 1997). PROCESSO CONVENCIONAL O processo mais antigo e convencional se baseia na obtenção da ciclohexano oxima ox a partir da ciclohexanona em reação com hidroxilamina, sendo esta produzida na própria planta pelo método Raschig. A ciclohexano oxima é o componente chave, que na etapa posterior sofrerá um rearranjo e se transformará em caprolactama. O método de rearranjo rearranjo mais aplicado na indústria (inclusive neste processo tradicional) é o Rearranjo de Beckmann. As etapas da rota reacional do processo serão mostradas a seguir. A primeira etapa, que consiste na formação da hidroxilamina pelo método Raschig, consiste naa combustão da amônia para a geração de óxidos de nitrogênio, que são em seguida absorvidos em solução de carbonato de amônio. O nitrito de amônio produzido durante a absorção reage, em seguida, com dióxido de enxofre, formando o dissulfonato de hidroxilamina, ina, que será decomposto em sulfato de hidroxilamina e sulfato de amônio. As principais reações são esquematizadas na Figura 2 (CHAUVEL; LEFEBVRE, 1989; YANG, 2007).

Figura 2: Etapas reacionais da produção de hidroxilamina

A segunda etapa consiste na oximação oximação da ciclohexanona com a hidroxilamina. Esta etapa ocorre com liberação de ácido sulfúrico, que requer neutralização. Esta é realizada com amônia, de forma a gerar sulfato de amônio. A reação principal é mostrada na Figura 3.

Figura 3: Reação de oximação imação da ciclohexanona

Em seguida, a ciclohexanona oxima é encaminhada para a etapa de Rearranjo de 794

Beckmann, novamente com subprodução de sulfato. A reação é mostrada na Figura 4 (CHAUVEL; LEFEBVRE, 1989; RITZ et al., 2007).

Figura 4: Rearranjo de Beckmann ckmann

PROCESSOS BASF E DSM Estes processos foram desenvolvidos na intenção de reduzir a quantidade de sulfato de amônio como subproduto, como dito anteriormente. Ambos modificam, essencialmente, as etapas de produção de hidroxilamina e de oximação da ciclohexanona. c O primeiro processo BASF consistia na hidrogenação do óxido nítrico sobre catalisadores de platina ou grafite, em presença de ácido sulfúrico diluído, com formação do sulfato de hidroxilamina. Embora não haja produção de sulfato de amônio nesta nesta etapa, a oximação é convencional, gerando subproduto. A reação é mostrada na Figura 5 (FISCHER; CRESCENTINI, 2001). Figura 5: Reação que ocorre no primeiro processo BASF

Posteriormente, foi desenvolvido um novo método de produção de hidroxilamina e oximação, chamado de oximação ácida. Neste processo, ao invés de ácido sulfúrico diluído, se utiliza sulfato hidrogenado de amônio na etapa de hidrogenação do NO, formando sulfato ácido de hidroxilamina-amônio, amônio, como pode ser visualizado na Figura 6 (MAXWELL, (MAXWEL 2005). Figura 6: Reação que ocorre no segundo processo BASF: Produção de Hidroxilamina

A etapa de oximação é realizada, e, uma vez que é gerado sulfato ácido de amônio como subproduto, este não necessita neutralização e pode ser reciclado para a etapa etap anterior, eliminando a produção de sulfato de amônio também na oximação (apenas traços deste são formados). A reação pode ser visualizada na Figura 7 (METTU, 2009).

Figura 7: Reação de oximação ácida

Como dito anteriormente, o processo DSM (ou HPO) altera altera principalmente as etapas de preparo de hidroxilamina e oximação. Na primeira etapa reacional, uma solução tamponada de ácido fosfórico e nitrato de amônio reage com hidrogênio na presença de um catalisador à base de paládio ado em grafite ou alumina. alumina. O mecanismo envolve a hidrogenação dos íons nitrato, formando hidroxilamina, e a reação desta com o ácido fosfórico gerando fosfato de hidroxilamônio. A reação é mostrada na Figura 8 (METTU, 2009).

Figura 8: Reação que ocorre no Processo DSM, primeira pri etapa

A etapa de oximação, cuja reação está representada na Figura 9 (METTU, 2009), de forma 795

semelhante ao segundo processo BASF, ocorre na presença de tampão, sem formação de subproduto. O ácido fosfórico é reciclado junto com o excesso de hidroxilamina e o restante do tampão para a etapa anterior, após a realização de um processamento para adequar às condições daquela etapa (RITZ et al., 2007; VAN ROOIJ, 2007; WEISSERMEL; ARPE, 1997).

Figura 9: Reação que ocorre no Processo DSM, segunda etapa.

PROCESSO SNIA VISCOSA (TOLUENO) Um processo baseado em tolueno foi desenvolvido pela Snia Viscosa. Tal tecnologia continuou sendo utilizada na Itália até a década de 1990 e agora é empregada na China. Essa rota é caracterizada por três etapas reacionais: oxidação do tolueno resultando ácido benzoico, hidrogenação do ácido benzoico resultando em ácido ciclohexanocarboxílico (CHCA) e conversão para caprolactama (RITZ et al., 2007; WITTCOFF; REUBEN; PLOTKIN, 2012). A oxidação do tolueno, mostrada na Figura 10 (WEISSERMEL; ARPE, 1997), ocorre em fase líquida, é favorecida por metais de transição e a conversão é mantida abaixo de 40% para alcançar alta seletividade (CHAUVEL; LEFEBVRE, 1989).

Figura 10: Reação de oxidação do tolueno

A hidrogenação do ácido benzoico é realizada em presença de um catalisador de paládio, onde ocorre a reação demonstrada na Figura 11(WEISSERMEL; ARPE, 1997).

Figura 11: Reação de Hidrogenação do ácido benzoico

A conversão de CHCA para caprolactama se faz em um reator de multi-estágios, em presença de ciclohexano como solvente, com injeção de ácido nitrosil sulfúrico em cada estágio, em quantidades diferentes, onde ocorre a reação da Figura 12. O ácido carboxílico que não reagiu é, então, separado e reciclado (CHAUVEL; LEFEBVRE, 1989).

Figura 12: Reação de Nitrosodescarboxilação de ácido ciclohexanocarboxílico

Tradicionalmente, a fase ácida de caprolactama é neutralizada por amônia, produzindo sulfato de amônio. Entretanto, esse método gera 4,2 toneladas de sulfato de amônio por cada tonelada de caprolactama, o que fomentou duas propostas de modificação do processo. Na primeira, ao invés da neutralização pela amônia, é feita uma extração por um alquilfenol. Na 796

segunda proposta, ao invés de empregar o CHCA, se utiliza um produto produto de seu craqueamento, a ciclopentilcetena. Estas modificações reduzem a produção de sulfato de amônio a 2 toneladas por cada tonelada de caprolactama (CHAUVEL; LEFEBVRE, 1989; RITZ et al., 2007; WITTCOFF; TTCOFF; REUBEN; PLOTKIN, 2012). ESTUDO DE CASO A CAPROLACTAMA LACTAMA NO MUNDO A demanda por Nylon 6 tem apresentado crescimento relativamente estável durante os anos 2000, excetuando-se se 2000-2001 2000 e 2008-2009 2009 devido às recessões econômicas. A partir de 2011, com a grande expansão do mercado petroquímico na China, acentuou acentuou-se a demanda. Estudos de mercado mostram que a tendência para o futuro é crescer a necessidade por nylon 6. Esta demanda será alavancada principalmente pela utilização de resinas e fibras têxteis, que representam maior tendência de crescimento percentual. percentual. Por outro lado, a demanda por carpetes deve apresentar redução. A Figura 13 representa a demanda de nylon 6 por região e o padrão de consumo, nos anos de 2005 e 2012 para efeito de comparação. Na América do Norte houve redução no consumo total, embora embora tenha aumentado a demanda por resinas de poliamida 6. Este padrão se deve ao fato de que os países desta região ainda não se recuperaram totalmente da recessão de 2008.Na Europa, é possível observar que o consumo total aumentou no período observado. No entanto, dados anuais mostram que tem havido decréscimo nos últimos anos, e o aumento aparente se deve à grande escalada na demanda entre 2005 e 2008. A demanda se deve principalmente à indústria automobilística. A indústria automobilística também gerou um crescimento na demanda por plásticos de engenharia e resinas na Ásia, sobretudo no nordeste asiático e na China. No entanto, a indústria têxtil não obteve o mesmo desempenho no nordeste asiático, que foi afetado pela crise, que enfraqueceu oconsumo total. Já na China,houve um aumento geral na demanda, inclusive com um enorme crescimento para fibras têxteis (HONG, 2013; ICIS, 2010a). A Figura 14 apresenta o percentual da capacidade de produção de nylon 6 em cada região do mundo. Entre 2011 e 2012, o nordeste nordeste asiático e China possuíam 58% da capacidade mundial de produção, contra 17% da Europa ocidental e 12% da América do Norte. Em contrapartida, a América do Sul representou apenas 1% da produção mundial.

Figura 13:: Comparação na demanda de nylon 6 entree os anos de 2005 e 2012, em diversas regiões do mundo (milhares de toneladas métricas). Fonte: Adaptado de (TECNON ORBICHEM apud HONG, 2013).

Figura 14:: Percentual do total de capacidade de nylon 6 para cada região. Fonte: Adaptado de (IHS apud BLANCHARD, 2013).

A Figura 15 apresenta a variação no consumo mundial de caprolactama com o tempo. A 797

área em marrom, representando o consumo, mostra que este acompanhou o desenvolvimento da indústria e da economia mundiais. No início dos anos 90, a Guerra do Golfo causou grandes aumentos no preço de matéria-prima e consequentemente retração no consumo e produção de caprolactama, uma vez que envolvia países produtores de petróleo. Houve, também, grandes quedas durante as crises de 2000 e 2008. Nos últimos anos, o consumo tem apresentado crescimento bastante acentuado acompanhando o consumo de resinas e fibras de nylon, sobretudo na Ásia. A linha laranja, que demonstra a capacidade mundial de produção, mostra que esta acompanhou razoavelmente as tendências da demanda, inclusive em 2010 quando houve desativação de plantas ao redor do planeta devido à baixa lucratividade no período de crise. Os grandes incrementos na produção a partir de 2012 representam a construção de novas plantas de grande capacidade, principalmente na Ásia. Estas plantas levarão a uma situação de sobreoferta mundial, visto que a China, grande importadora, não terá mais a necessidade de comprar (HONG, 2013; ICIS, 2010a, 2010b). A Figura 16 demonstra o comércio líquido de caprolactama por região do mundo, de 2004 a 2012. Valores positivos representam países que exportam caprolactama, e valores negativos representam importação. É possível observar que regiões como América do Norte, Europa ocidental, Leste Europeu e Japão têm destaque nas exportações, sendo que a demanda por nylon 6, diminuindo fortemente na América do Norte, pode ser a causa do crescimento nas exportações nesta região. A China e outros países do nordeste asiático apresentam capacidades abaixo da demanda, de forma a serem grandes importadores de caprolactama.

Figura 15: Variação do consumo de caprolactama e capacidade de produção mundiais, em milhares de toneladas. Fonte: Adaptado de (TECNON ORBICHEM apud HONG, 2013).

Figura 16: Balança comercial de caprolactama em diversas regiões do mundo por ano, em milhares de toneladas. Fonte: Adaptado de (TECNON ORBICHEM apud HONG, 2013).

Outro fator importante a ser notado é o caso da América Latina: até 2009 a região exportava, ainda que em menores quantidades, a caprolactama. No entanto, com a hibernação da planta pertencente à Braskem a partir de 2009, a balança comercial se tornou levemente negativa, de forma que nos anos subsequentes houve maior importação (ABIQUIM, 2012). Com a instalação de plantas com grande capacidade na Ásia nos próximos anos, como citado anteriormente, a tendência será no sentido de favorecer a balança comercial dos países do nordeste asiático, reduzindo bastante a necessidade de importações. Consequentemente, a tendência para os grandes exportadores será de redução nas exportações, uma vez que os grandes compradores deverão diminuir a aquisição de caprolactama externa (HONG, 2013). Como demonstrado nas seções anteriores, a China vem alavancando o crescimento da produção e demanda de produtos químicos no mundo, ainda que tenha havido grandes recessões econômicas nas últimas décadas. Especificamente falando sobre a caprolactama, estudos mostraram que o crescimento da demanda na China se manteve forte, mesmo nos 798

períodos de recessão mundial, contrariando as tendências observadas em todas as outras regiões (HONG, 2013). A criação de sistemas de transporte e eficiência energética, por meio de planos governamentais, tem favorecido o desenvolvimento da indústria chinesa, permitindo a realização de melhorias em toda a estrutura social da China. Além disso, investimentos em combate às desigualdades, educação e desenvolvimento tecnológico foram responsáveis pelo aumento da urbanização e poder aquisitivo. Embora a China ainda esteja relativamente longe de indicadores sociais perfeitos, os fatores citados acima, somados à enorme população que vem se urbanizando (grande potencial de consumo), geram um grande aumento na demanda, inclusive dos produtos finais derivados de petróleo, o que justifica o grande desenvolvimento da indústria petroquímica, visando à redução nas importações (WITTE, 2013; YONG, 2012). A CAPROLACTAMA NO BRASIL As Figuras17 e 18 apresentam dados de produção e venda declaradas de caprolactama no Brasil entre 2007 e 2011, bem como dados de importação e exportação. Pode-se observar que houve um incremento na produção entre 2007 e 2008, que, porém, não se repetiu no ano seguinte devido à desativação da fábrica em julho de 2009. Esta desativação foi reflexo da crise econômica de 2008, que levou a problemas na demanda de L e nylon 6 ao redor do mundo, como citado anteriormente.

Figura 18: Importação e Exportação de Figura 17: Produção e vendas de caprolactama caprolactama no Brasil, em toneladas por no Brasil, em toneladas por ano. ano. Fonte: elaboração própria a partir de dados da Fonte: elaboração própria a partir de dados ABIQUIM (2012) e ALICEWEB (2013). da ABIQUIM (2012) e ALICEWEB (2013). Os gráficos mostram que houve um decréscimo quase que completo na exportação, devido à hibernação da planta da Braskem. No entanto, o aumento na importação mostra que há uma forte demanda de caprolactama no país, e que, uma vez que a produção cessou, ocorreu a necessidade de maior importação. O consumo aparente, apresentado pela linha roxa, demonstra que a demanda por caprolactama seguiu as tendências observadas no resto do mundo (exceto a China, como já citado anteriormente), ou seja, apresentou queda devido à crise econômica. Este cenário demonstra que há potencial de consumo de caprolactama no Brasil, ainda que este seja relativamente pequeno quando comparado ao de grandes produtores de nylon como China e Estados Unidos. Outro fator importante a ser tratado é a disponibilidade de matéria-prima no Brasil. A 799

Figura 19 mostra que o Brasil tem grande capacidade de produção de benzeno, maior do que a demanda nacional, ou seja, deve haver benzeno disponível para a fabricação de caprolactama. As Figuras 20 e 21 apresentam dados de produção de ciclohexano e ciclohexanona, mostrando que há capacidade instalada e disponibilidade no Brasil. No caso da ciclohexanona, a produção cessou em 2009, visto que a capacidade instalada era voltada praticamente apenas para alimentar a planta de caprolactama. Já a Figura 22 apresenta dados relativos ao sulfato de amônio. Pelo gráfico, é possível observar que há enorme demanda por sulfato no país, para aplicação como fertilizante. Mais de 90% do sulfato de amônio consumido no Brasil é importado, de forma que há um grande mercado para comercialização do sulfato produzido como subproduto da fabricação de caprolactama.

Figura 19: Produção, importação e exportação de benzeno no Brasil, em toneladas por ano. Fonte: elaboração própria a partir de dados da ABIQUIM (2012) e ALICEWEB (2013).

Figura 21: Produção, importação e exportação de ciclohexanona no Brasil, em toneladas por ano. Fonte: elaboração própria a partir de dados da ABIQUIM (2012) e ALICEWEB (2013).

Figura 20: Produção, importação e exportação de ciclohexano no Brasil, em toneladas por ano. Fonte: elaboração própria a partir de dados da ABIQUIM (2012) e ALICEWEB (2013).

Figura 22: Produção, importação e exportação de sulfato de amônio no Brasil, em toneladas por ano. Fonte: elaboração própria a partir de dados da ABIQUIM (2012) e ALICEWEB (2013).

CONCLUSÕES A respeito do mercado de caprolactama no Brasil, pode-se concluir que o país tem 800

potencial para investimentos no setor. A disponibilidade de matéria prima, bem como a demanda por sulfato de amônio e caprolactama, uma vez que importamos estes em grande quantidade, fazem com que este se torne um setor estratégico para o desenvolvimento petroquímico brasileiro. A caprolactama a por um momento de crescimento na demanda ao redor do mundo, sendo este alavancado principalmente pelos países do norte asiático, sobretudo a China, que vêm importando enormes quantidades devido à demanda de Nylon 6 para os setores têxtil e de resinas. Para que seja viável a expansão do setor petroquímico e de caprolactama no Brasil, no entanto, alguns problemas ainda devem ser observados. Seguindo o exemplo da China, podese observar que os padrões de consumo interno e externo desempenham um papel chave na viabilidade e atratividade do negócio. Um exemplo no caso da caprolactama é o aumento do poder aquisitivo da população em geral na China, que ocasionou uma forte demanda de fibras têxteis de nylon 6, tendo em vista o aumento nas vendas de peças de vestuário. No caso do Brasil, a situação é um pouco menos favorável do que na China, uma vez que a população é consideravelmente menor e o poder aquisitivo absoluto da mesma ainda não é tão grande quanto na China, ainda que o consumo de resinas tenha crescido. Neste caso, além do mercado interno, há a possibilidade de exploração do mercado latente presente em alguns países vizinhos com potencial de consumo. Além disso, o crescimento da demanda e da produção de petroquímicos não pode ocorrer na ausência de infraestrutura adequada. Seriam necessários investimentos em logística de transporte, tanto para a caprolactama (e petroquímicos) quanto para o fertilizante que poderia ser produzido. Além disso, a expansão dos portos para escoamento da produção também se faz necessária. O governo deve, então, fornecer subsídios para fomentar a construção de portos, aeroportos, ferrovias e estradas, além de cobrar maior agilidade na execução das obras cujas concessões já foram feitas. No âmbito petroquímico, devem ser criados planos de complexos integrados de refinarias com plantas de petroquímicos básicos, podendo, inclusive, chegar à terceira geração com produtos finais, reduzindo o impacto dos custos de transporte e logística e trazendo maior valor agregado ao produto. A ampliação na exploração de petróleo e gás no pré-sal também se faz importante para aumentar o fornecimento de matéria-prima, porém somente acompanhado de expansão na capacidade de refino. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ABIQUIM. Associação Brasileira da Indústria Química. Anuário da Indústria Química Brasileira. São Paulo, 2010. ABIQUIM. Associação Brasileira da Indústria Química. Anuário da Indústria Química Brasileira. São Paulo, 2012. ABIQUIM. Associação Brasileira da Indústria Química. Déficit em produtos químicos atinge US$ 14,9 bilhões no primeiro semestre de 2013: Desonerações de PIS e Cofins de matériasprimas devem influenciar a balança comercial do setor no 2º semestre. São Paulo, Disponível em: . o em: 20 jul. 2013. ALICEWEB. Sistema Alice. Ministério do Desenvolvimento, Indústria e Comércio Exterior. Disponível em: . o em: 06 jul. 2013. BLANCHARD, Paul. Polypropylene & Nylon Market Overview. In: Motor Vehicle Metals & Resins Conference: Presentations; 23 mar 2013; Troy, United States. Troy: IHS, 2012. p. 1 39. Disponível em: . o em: 21 jul. 2013. 801

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

GÊNERO E ÁGUA: O PAPEL DA MULHER NA GESTÃO COMUNITÁRIA DA ÁGUA ANNA VIRGÍNIA MACHADO1, ANA PAULA PEREIRA BIS2, FERNANDA DE FREITAS MORAES3 1Engenheira Civil, MSc, Universidade Federal Fluminense, 21 81123070, [email protected] 2 Graduando em Engenharia Agrícola, Universidade Federal Fluminense, 21 80075590, [email protected] 3 Graduando em Engenharia de Petróleo, Universidade Federal Fluminense, 21 99360447, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: O objetivo geral desse estudo consistiu em apontar algumas diretrizes para a reflexão de gênero e água baseado em levantamentos bibliográficos em busca de exemplos, experiências e informações referentes a essa temática. Esse trabalho ainda tem como foco enfatizar a relação entre as mulheres e a água, suas necessidades, interesses e dificuldades, contribuindo para que haja uma gestão e um uso mais racional da água existente e disponível. Os métodos utilizados na elaboração desse estudo contaram com pesquisas bibliográficas e exemplificações de locais que apresentam distinções no papel da mulher no gerenciamento da água com o intuito de ampliar a produção científica sobre questões relacionadas. Os resultados são distribuídos em tópicos que relatam experiências de algumas mulheres, como: a posição da mulher, a mulher e a gestão do abastecimento da água. Conclui-se que devem ser apoiadas campanhas públicas de conscientização que enfatizem a igualdade de gênero e promovam os papéis de mulheres no planejamento, tomada de decisão e implantação de programas de água e engajar as mulheres líderes para servirem de exemplo para outras mulheres. PALAVRAS–CHAVE: Gênero, Água, Mulheres.

GENDER AND WATER: WOMAN AS STAKE HOLDER AT COMMUNITY MANAGEMENT OF WATER ABSTRACT: The general objective of this study was to point out some guidelines for reflection on gender and water based on bibliographic references and experiences searching for examples, experiences and information related to this issue. This work also focuses on emphasizing the relationship between women and water, their needs, interests and problems, contributing to that there is a management and a more rational use of existing and available water. The methods used in the preparation of this study relied on literature searches and examples of sites that present distinctions in the role of women in water management in order to increase production on scientific issues. The results are divided into topics that relate experiences of some women, such as the position of the woman, the woman and the management of water supply. We conclude that should be ed public awareness campaigns that emphasize gender equality and promote women's roles in planning, decision making and implementation of water programs, and engage women leaders to serve as role models for other women. KEYWORDS: Gender, Water, Women.

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INTRODUÇÃO A água é um recurso estratégico para a humanidade, pois mantém a vida na Terra, sustenta a biodiversidade e a produção de alimentos além de ar todos os ciclos naturais. O homem tem necessidade e direito de água de qualidade adequada e em quantidade suficiente, não somente para proteção de sua saúde, como também para seu desenvolvimento econômico. (CAMPOS, 2010) Segundo o Fundo das Nações Unidas para a Infância (Unicef), citado por Campos (2010), “As doenças provocadas pela utilização de água contaminada ou pela falta de higiene tem como consequência a morte, por ano, de cerca de dois milhões de crianças motivada por doenças relacionadas com a diarreia, ou seja, cerca de 4.500 meninos e meninas morrem diariamente por causa do consumo de água imprópria e pela falta de higiene e instalações sanitárias.” A fixação do homem em uma determinada região está diretamente ligada à disponibilidade de um recurso hídrico, mesmo que esse não se encontre distribuído uniformemente e de forma qualitativa. Nas grandes cidades, o tratamento e abastecimento da água seguem padrões adequados para uma melhor qualidade e distribuição da água. Entretanto, comunidades rurais por falta de um atendimento de qualidade consomem o recurso hídrico na maioria das vezes contaminado, com o manejo e disposição final impróprios de resíduos sólidos e líquidos. “É importante ressaltar que, o o à água enquanto exercício de um direito, assim como a possibilidade de participar de uma gestão, estão mediados por diferenças sociais fundamentadas nas relações de poder vigentes nas diferentes sociedades.” (PNUD, 2006) Nas zonas rurais, as mulheres são as principais responsáveis pela gestão dos recursos naturais. Elas têm um papel proeminente, uma vez que percorrem distâncias em busca de água e são responsáveis pelo uso e o controle do desperdício. Além disso, recai sobre elas o trabalho doméstico e a atuação em atividades agrícolas para o incremento da renda familiar. MATERIAL E MÉTODOS Os métodos utilizados na elaboração desse estudo contaram com pesquisas bibliográficas utilizando-se das bases disponíveis no Periódico CAPES com especial atenção na Biblioteca Virtual de Saúde (BVS). Foram também pesquisadas as instituições internacionais que se dedicam ao tema gênero e água. Na etapa seguinte para levantamentos de campo foi realizada uma visita técnica às comunidades rurais do SISAR da Bacia Hidrográfica do Rio Banabuiu, com sede no município de Quixadá no Ceará. Para registro de experiências foi realizada uma oficina com mulheres que desempenham o cargo de presidente de associações de moradores e portanto , gestoras de sistemas abastecimento de água, ocorrida durante o IV Seminário de Gestão dos SISAR’s e Centrais em junho de 2013, em Sobral/ CE. O do Fourth World Water Forum (FWWF, 2006) “Incorporação da Perspectiva de Gênero e Água para o Crescimento e Desenvolvimento: a Diversidade como Elemento de Transformação” apresentado por Soares (2009), acentua a situação das mulheres especialmente na África, Ásia e América Latina como principal responsável em coletar, transportar e gerir a água. Já o Forum sobre Gênero e Água realizado durante a Conferencia de Alto Nivel sobre Cooperação da Água, ocorrida em Agosto de 2013, indica que a participação das mulheres na gestão de fontes de água pode apoiar o equilíbrio dos interesses dos vários grupos e a

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segurança hídrica. O engajamento das mulheres ajuda a ampliar o conjunto de capacidades, recursos e habilidades e para trazer novo potencial para a comunidade na construção de instituições fortes. Os resultados da participação das mulheres nas fases de planejamento e projeto são múltiplos, desde a redução da corrupção, aumentando a transparência e melhorando a gestão financeira. RESULTADOS E DISCUSSÃO Há um conjunto de experiências que demonstra a importância crucial dos serviços de água, esgotamento sanitário e higiene não só para a saúde humana, mas também para o desenvolvimento econômico e social de comunidades e nações ao redor do mundo. A Resolução 1325 do Conselho de Segurança da ONU reconhece o importante papel das mulheres na prevenção e resolução de conflitos e apela a todos os governos para permitir maior participação das mulheres em todos os níveis. Dentre esses serviços, é necessário uma proposta para a divisão do trabalho mais equitativa entre os gêneros, que garante a inclusão de ambos os sexos na tomada de decisões. Consistindo assim, um processo de empoderamento das mulheres e uma consciência maior por parte dos homens, levando a redistribuição do poder e a reconfiguração das relações de gênero. (SOARES, 2009) As mulheres estão sub-representadas no "mundo da água", sendo a gestão de água dominada por homens. Se a água deve ser democrática e transparente, e representam as necessidades das pessoas, tanto homens quanto de mulheres, devem também ter uma divisão de poder mais igualitária. (GWTF, 2006). O serviço de abastecimento de água de algumas comunidades do estado do Ceará utiliza-se do Sistema Integrado de Saneamento Rural (SISAR). É uma organização não governamental, sem fins econômicos, formada pelas associações de moradores das comunidades atendidas com saneamento rural. O SISAR é uma alternativa de gestão para garantir a continuidade e a qualidade dos sistemas de abastecimento de água em localidades rurais do Estado do Ceará e Piauí. Anualmente é realizado um Seminário de Gestão para o aprimoramento de seus conhecimentos dos gestores com participação de presidentes das associações, além detécnicos envolvidos. Neste seminário as mulheres que gerenciam suas comunidades também marcaram presença e afirmam que ser mulher ajuda no gerenciamento e que elas têm uma forma diferente de lidar com a comunidade. No levantamento realizado nas 99 comunidades atendidas pelo SISAR da Bacia Hidrográfica do Rio Banabuiu, foi verificado que nas associações de moradores responsáveis pela gestão da água, existem 28 em a presidência é exercida por mulheres, enquanto os homens exercem este cargo em 71 comunidades . Existem também apenas 3 casos em que a operação do sistema é exercida por mulheres. De acordo com as entrevistas realizadas a baixa incidência de mulheres nestas funções é devido à costumes antigos, quando estas funções eram destinadas exclusivamente aos homens. Há estudos que demonstram que as mulheres executam um papel ativo mais eficiente nos serviços de abastecimento de água e saneamento. Segundo Soares (2009) a contribuição das mulheres normalmente representa uma maior porcentagem dos seus rendimentos ou do seu tempo do que os homens. “As diferentes atividades realizadas pelas mulheres e homens definem um determinado o à água, à sua propriedade, controle, uso e manejo, assim como a participação na tomada de decisão em relação aos usos e destinos da água. Ao mesmo tempo, as diferenças de classe entre mulher entre homem e acrescentam uma variável substancial que não deve se perder de vista na análise dos vínculos entre os recursos, em particular a água e

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as relações entre mulheres e homens.” (PNUD, 2006) O presente artigo apresenta a importância de colocar as mulheres no centro nas práticas do abastecimento de água onde os resultados são distribuídos em tópicos que serão discutidos. 1) A posição da mulher na gestão do abastecimento da água Segundo o Relatório Indicativo da WASH (WSSCC, 2004) a forma como as mulheres se mantêm firmes num mundo de homens, evidência a extensão das suas conquistas. Isso ocorre, porque elas são capazes de demonstrar habilidades que abrangem todos os aspectos do planejamento e da implementação de projetos para o abastecimento de água. Deste modo, o trabalho e o saber das mulheres são essenciais à preservação e utilização dos recursos hídricos. Exemplos em que a mulher assume com sucesso a responsabilidade de gerar ou istrar recursos para implantação de projetos: De acordo com a WSSCC (2004), na Mauritânia, as cooperativas de mulheres ficaram muito dinâmicas e produtivas além de ter um papel muito relevante através da capacitação e oferta de crédito. Por exemplo, em Lesoto as mulheres têm o costume de economizar pequenas quantidades de dinheiro a cada mês com o propósito de complementar créditos de ONGs ou outras fontes, para investimentos, por exemplo, em instalação de água e de esgoto. Também no Brasil, na oficina realizada em Sobral/CE em Junho de 2013 foi evidenciada a experiência de uma associação comunitária de gestão da água liderada por Maria de Fátima Barbosa que utiliza recursos financeiros para melhoria da sociedade local, conforme a entrevista transcrita a seguir: “A associação é comunitária, são 100 famílias carentes. Tem a taxa istrativa que é paga caso alguém precise viajar para buscar melhorias para a comunidade, é com essa taxa, e que estamos fazendo economia, estamos construindo uma pequena sede.” “Woiz Yaleme é casada e com quatro filhos. Ela é a presidente e membro ativo do Grupo de Gênero Kebele (KGG) em Kebele, Etiópia, que é composto de três mulheres e dois homens. No princípio ela sofreu muita oposição da comunidade e dos parentes pelo seu envolvimento. Com o tempo diminuiu a oposição e, agora, ela é vista como uma mulher campesina “modelo”, em termos de seu trabalho doméstico e da horta jardim produtiva - que são o resultado de um poço que ela e o marido cavaram para fins de uso na irrigação.” (WSSCC, 2004) Isso é afirmado de acordo com a presidente Germana Moreira Alves, da associação de moradores de Sobral, da comunidade de Boa Esperança: “Com certeza, nós mulheres somos mais dinâmicas, mais carinhosas com o povo. Fazemos cursos de capacitação para mulheres, mas para homens também. Damos espaço para todos que querem.”

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Figura 1: Presidentes das Associações de Moradores dos SISAR’S 2) Bem estar das mulheres De acordo com o Relatório Indicativo da WASH, o abastecimento de água resulta em melhorias de saúde difundidas para a comunidade inteira, pois reduz a incidência de doenças, além de assegurar privacidade às mulheres conduzindo uma maior confiança delas sobre seus corpos e sobre elas mesmas como mulheres. “Quando as mulheres na aldeia de Songambele, na Tanzânia puderam tomar banho regularmente durante a menstruação, elas relataram que a higiene pessoal foi melhorada e com isso, a confiança aumentou. Antes disso, as mulheres tinham problemas para manter níveis de limpeza sofriam intensa humilhação sendo levadas diante dos mais velhos para serem aconselhadas.” (WSSCC, 2004) “No Nepal, é sabido que lavar roupa de baixo durante a menstruação requer mais água do que o normal e as mulheres de projetos apoiados por ONGs se arriscam buscando água extra à noite.” (WSSCC, 2004) Água, esgotamento sanitário e intervenções de higiene resultam em melhorias de saúde difundidas para a comunidade inteira, reduzindo-se o índice de doenças transmitidas pela água e doenças contagiosas. Isso é vantajoso para mulheres, não só com relação à própria saúde delas, mas também por serem as principais responsáveis pelos doentes. As mulheres ainda sofrem com os danos causados pela tarefa de carregar água, frequentemente muito pesadas (figura 3), por longas distâncias. Esses danos são geralmente problemas nas costas e no pescoço. A presidente Mirian da associação de moradores da comunidade de Santa Teresa, município de Aracati – Ceará, relatou essa experiência: “Você imagina o que é pra uma dona de casa amanhecer o dia e não ter um pingo d’água. Porque a maioria das vezes, o meu pai que é agricultor, levantava cedinho, tomava café e ia pra roça e a preocupação dele era chegar em casa e ter almoço pronto pra saciar a fome. Mas ele não sabe muitas vezes da onde que vinha aquela água. Eles não sabem muitas vezes como a mulher foi até o poço. Eu vou para as comunidades e ainda vejo aquilo que minha mãe ou, lá em Aracati mesmo tem umas comunidades, as mulheres puxando água na cacimba, levando aqueles baldes de água na cabeça.”

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Figura2: Mulheres carregando água. Fonte: Bárbara Golveia em http://www.cienciahoje.pt/index.php?oid=42625&op=all As dificuldades encontradas no o da água podem acarretar sérios problemas principalmente para as mulheres. Com a obtenção inadequada desse recurso hídrico, uma mãe durante o parto pode adquirir doenças correndo graves riscos. As mulheres que precisam buscar água à noite ou em lugares isolados podem sofrer um estupro ou uma agressão física. Quando a escola não tem banheiros separados de acordo com o gênero e água limpa, as meninas desanimam de ir estudar, principalmente quando o ciclo menstrual está ativo. 3) Mais tempo para atividades que geram rendas extras O Relatório Indicativo da WASH (2004) diz que uma fonte de água adequada pode proporcionar oportunidades geradoras de rendas adicionais em atividades que requerem água abundante e de qualidade, como preparação de bebidas fermentadas, ter um comércio de chás e lavar roupa. Tais negócios podem tornar-se uma fonte de renda segura e sustentável para mulheres. “Em Gana, as oleiras tiveram tempo e recursos para aumentar sua produção e comercializá-la devido aos serviços melhorados de água. Água também está disponível agora para a produção de refrigerante à base de noz de cola e processamento de óleo de palmeira e para destilar Akpeteshie, uma bebida alcoólica local.” (WATER SANITATION HYGIENE, 2004) Esse fator foi verificado na oficina realizada com mulheres no estado do Ceará: “O sisar de Piauí, que tem como presidente uma mulher, lá tem curso de capacitação, como cabeleireiro, agricultura para incentivar as pessoas criarem galinha, piscicultura, para gerarem mais renda pra sua família. [...] Uma das sócias já montou um salão e falou que esta indo muito bem com esse incentivo.” (Maria de Fátima Barbosa, presidente da associação de moradores da Colônia do Piauí-Piauí) 4) Funções extras Além da gestão de associações de moradores como no SISAR, as mulheres são responsáveis

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pelas tarefas domésticas, pelos hábitos higiênicos nas crianças, pelos doentes da família e pelos indivíduos portadores de deficiência. Como consta a moradora da Germana Moreira Alves da associação de moradores de Boa Esperança. “A única dificuldade é do fato da mulher não ser reconhecida como deveria ser. Porque a mulher hoje faz tudo que um homem faz. A mulher é mãe, é esposa, trabalha fora, faz tudo. Porque o homem não consegue ficar em casa cuidando dos filhos igual à mulher. Então eu acho que a mulher tem um pouco a mais do que o homem.” Quaisquer medidas e intervenções que possam ajudar as mulheres no uso da água e instalações de esgotamento sanitário tornam mais fáceis o trabalho. (WSSCC, 2004) CONCLUSÕES Observa-se que, a mulher tem um papel fundamental em relação ao uso, manejo e gestão da água além de responsabilidades domésticas, higiênica e da saúde de toda família. A falta de água pode acarretar muitos problemas à sociedade tanto no quesito saúde como no quesito social, ambiental, político e econômico. Então é necessário que haja um consentimento entre todas as partes para istrar democraticamente este recurso natural renovável e fundamental a vida, que garante a conservação dos ecossistemas e o desenvolvimento sustentável. Uma alternativa é a implementação de associações de moradores para um melhor gerenciamento da água e maior equidade nas atividades entre homens e mulheres. Foram avaliadas experiências que mostram as mulheres se interessando e se envolvendo no planejamento e na implantação de melhorias no abastecimento de água. Os exemplos vêm de uma extensa escala em locais ao redor do mundo, mas o impacto é sempre o mesmo. Pode-se constatar que a intervenção da mulher é frequentemente benéfica às associações trazendo evoluções tanto para mulheres quanto para os homens. Este papel das mulheres esta se fortalecendo, porém ainda não são reconhecidas como deveriam ser pela sociedade. É necessário o apoio dos governantes e da sociedade para serem feitas campanhas de conscientização que enfatizem a igualdade de gênero e incentivem os papéis de mulheres no planejamento, tomada de decisão e implantação de programas de água. Engajar mulheres na liderança para servirem de exemplo para outras mulheres e divulgar assuntos relacionado a gênero. Disseminar exemplos da importância do abastecimento de água para o desenvolvimento sustentável e de programas bem sucedidos, boas práticas e outros tipos de experiências apropriadas para comprovar a importância de gênero e o resultado significativo que podem promover. Incorporar capacitação e treinamento para todos os níveis dos setores de profissionais, funcionários, tomadores de decisão e pessoal técnico em instituições em nível nacional e internacional relacionado à gestão da água.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

USO DE CIRCUITO RC PARA ESTIMATIVA DA UMIDADE DO SOLO. WELLINGTON ALVES DE FREITAS1, JACINTO DE ASSUNÇÃO CARVALHO2, EWERTON FERREIRA DILELIS3, MARIA EDUARDA GUARRIDO VIANA4. 1

Eng. Agrícola, Doutorando em Rec. Hídricos, UFLA/Lavras - MG,(0**35) 9140-1171, [email protected] Eng. Agrícola, Prof. Doutor, UFLA/Lavras – MG. 3 Graduando em Agronomia, UFLA/Lavras – MG. 4 Graduanda em Eng. Agrícola, UFLA/Lavras – MG 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Na agricultura moderna observa-se o emprego massivo de diversos sensores eletrônicos ao longo de uma cadeia produtiva favorecendo as tomadas de decisões, inclusive, no manejo da irrigação. O principal entrave para a aquisição dos sensores tem sido o custo, pois, a maioria destes dispositivos é importada. Nesse contexto, o presente trabalho teve como objetivo o desenvolvimento e calibração de capacitores cilíndricos capaz de estimar a umidade do solo. Para construção dos eletrodos foram utilizados tubos de cobre e como material dielétrico, gesso tipo IV. Para o processo de calibração foi utilizado um circuito RC. As equações ajustadas demonstraram correlação significativa da capacitância com o teor de água no solo. PALAVRAS–CHAVE: capacitores cilíndricos, gesso, sensores.

USE OF RC CIRCUIT FOR ESTIMATING SOIL MOISTURE ABSTRACT: In modern agriculture, there is the massive employment of various electronic sensors along a production chain favoring decision-making, including in irrigation management. The main obstacle to the acquisition of the sensors has been the cost, because most of these devices are imported. In this context, the present study aimed to the development and calibration of cylindrical capacitors capable of estimating soil moisture. For construction of the electrodes were used copper pipes and as a dielectric material, gypsum type IV. For the calibration process was used an RC circuit. The adjusted equations showed significant correlation with the capacitance the water content in the soil. KEYWORDS: cylindrical capacitors, gypsum, sensors.

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INTRODUÇÃO O aumento dos custos de produção em decorrência, sobretudo, da elevação das tarifas de energia elétrica na agricultura irrigada com sistemas pressurizados, aliado as exigências dos mercados consumidores por alimentos mais seguros e a preocupação com práticas conservacionistas do ambiente agrícola são fatores que têm contribuído para intensificar a utilização de instrumentos eletroeletrônicos e sensores nos campos agrícolas. No que tange ao manejo da irrigação, uma variedade de técnicas para medir a tensão de água no solo ou a umidade do solo tem sido desenvolvida a fim de auxiliar os usuários da agricultura irrigada. Atualmente, os métodos eletrométricos vêm ganhando espaço, devido sua maior versatilidade e possibilidade de automação dos sistemas de irrigação. PIRES et al. (2011), destaca o uso de sondas de capacitância Diviner2000 e EnvriroSmart por pesquisadores do IAC (Instituto Agronômico de Campinas) no manejo da irrigação de algumas culturas (batata, tomate, cana, citros e café). CORRAL (2010), usando sonda capacitiva (FDR) portátil para o manejo da irrigação na cultura da maça, no município de Guerrero – México, durante o período de 2005 a 2008 obteve uma economia significativa de água de irrigação de até 45%. Diante a relevância do monitoramento da umidade do solo, para fins de irrigação, o trabalho em questão teve como o desenvolvimento de dispositivos alternativos (capacitores cilíndricos) e calibração. MATERIAL E MÉTODOS Os dispositivos alternativos (DA) foram construídos no Laboratório de Hidráulica do Departamento de Engenharia da Universidade Federal de Lavras, município de Lavras - MG, no período de junho a agosto de 2012. Para sua construção dos DA foi utilizado tubos de cobre com 15 e 22 mm de diâmetro externo (eletrodos), tubo de PVC de ¾, solda à base de estanho, fôrma de alumínio, cabo de cobre tipo PP de 0.75 mm2, ferro de solda, paquímetro digital e material cerâmico (gesso tipo IV). Para caracterização desse material, amostras foram montadas em stubs, metalizadas no aparelho evaporador de carbono modelo Union CED 020 e observadas em Microscópio Eletrônico de Varredura (FIGURA 1a) modelo LEO EVO 40 XVP Zeiss e qualificadas/quantificadas quanto à composição química por Espectroscopia de Raios X de Energia Dispersiva no aparelho Quantax XFlash 5010 Bruker (FIGURA 1b).

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(a) (b) Figura 1 – Microscópio eletrônico de varredura (a), Instrumento de EDS (b). Utilizando cortador específico, realizou o corte dos tubos de cobre e de PVC nas dimensões adotadas (12 mm e 14 mm) respectivamente. Em seguida, o eletrodo de 22 mm de diâmetro foi ajustado no interior do tubo de PVC, para não haver contato do eletrodo com o solo. A etapa seguinte consistiu em soldar o cabo PP de 0.75 mm2 no interior do eletrodo. Na sequência, esse conjunto foi colocado na fôrma de alumínio para preenchimento com a mistura (1mL água destilada/2,5 gramas de gesso), após 5 minutos o eletrodo de 15 mm de diâmetro foi inserido no interior do eletrodo de 22 mm de maneira concêntrica. Após secar ao ar durante um período mínimo de 24 horas, esse conjunto foi retirado da fôrma de alumínio para soldagem do outro terminal no eletrodo menor (FIGURA 2).

Figura 2 - Etapas da construção dos dispositivos alternativos. Terminado a construção dos DA, prosseguiu-se com a calibração. Para correlação (umidade do solo x tensão de água no solo) foi utilizado um solo, classificado como Latossolo Vermelho Distroférrico segundo novo sistema hierarquizado (EMBRAPA, 2006) de classe textural argilosa. Os parâmetros da equação da curva de retenção de água no solo, segundo um modelo potencial, foram obtidos com auxílio do aplicativo Solver do programa Microsoft Excel®. Após esse procedimento, amostras de terra fina seca ao ar (TFSA) foram coletadas e saturadas em um recipiente com furos de 500 µm de diâmetro para drenagem. Em seguida, quatro DA foram instalados, um em cada recipiente, contendo 1L de solo. Os recipientes foram vedados com lona plástica para não ocorrer evaporação da água. Após um período de 813

24 horas, a voltagem de saída dos eletrodos cilíndricos foi medida com auxílio de um circuito RC, submetendo cada DA a um sinal senoidal de frequência de 1KHz e amplitude de 5000 mVpico. A voltagem advinda dos DA era mensurada utilizando um osciloscópio digital (modelo MO 2025 25 MHz). Realizou tal procedimento para vários valores de umidade do solo (determinada pelo método padrão de estufa), com a finalidade de correlacionar teor a tensão de água no solo e a voltagem de saída dos DA. RESULTADO E DISCUSSÃO Na FIGURA 3 são mostrados os percentuais e a constituição química do material usado para fabricação dos DA. 45.25 % 33.30 % 20.85 %

0.60 % Oxigênio

Alumínio

Enxofre

Cálcio

Figura 3 - Constituição química do material usado na fabricação dos dispositivos alternativos (DA) A determinação da constituição química do material cerâmico foi necessária, a fim de identificar a possíveis “impurezas” na amostra utilizada, haja vista a existência de diferentes tipos de gessos no mercado. Pode-se afirmar que o material utilizado é constituído predominantemente de sulfato de cálcio (gesso). Na FIGURA 4 é mostrada a característica microestrutural do gesso.

(a) (b) Figura 3 - Caracterização da microestrutural. Aumento: (a) 50 vezes, (b) 2000 vezes. 814

A microestrutura observada na FIGURA 4 refere-se à mistura de 1mL água destilada por 2,5 gramas de gesso. Vale ressaltar que, a água no bloco de gesso tem comportamento distinto para diferentes relações de mistura. PERSSON et al. (2006), desenvolvendo sensor para determinação da tensão de água no solo com tecnologia TDR, comprovaram que a relação água/gesso afeta a distribuição do tamanho dos poros. Na FIGURA 5 é mostrado o modelo ajustado da curva de retenção de água no solo.

Figura 4 - Curva de retenção de água no solo. As ondas senoidais da FIGURA 6 foram obtidas por meio de um circuito RC. Esse tipo de circuito foi utilizado por MOHSEN-NIA et al. (2010) para estimar constante dielétrica de alguns fluídos, dentre eles a água. Os autores usaram a voltagem de saída, do aparato experimental, para estimar a capacitância em função do tipo de fluído. 5000 4000 Tensão de saída - mV

3000 2000 1000 0 -1000 -2000 -3000 -4000 Tempo - ms

-5000 0 1 Sensor 01 - 17.00 % Sensor 01 - 32.62 %

2 3 Sensor 01 - 24.72 % Sensor 01 - 49.44 %

4 5 Sensor 01 - 29.81 %

815

5000 4000 Tensão de saída - mV

3000 2000 1000 0 -1000 -2000 -3000 -4000 -5000 0 1 Sensor 02 - 20.44 %

2 Sensor 02 - 25.52 %

Sensor 02 - 32.87 %

Sensor 02 - 48.51 %

3

Tempo - ms 4 5 Sensor 02 - 28.03 %

5000

Tensão de saída - mV

4000 3000 2000 1000 0 -1000 -2000 -3000 -4000 -5000 0

1

2

3

4

Tempo - ms5

Sensor 03 - 24.84 % Sensor 03 - 33.52 %

Sensor 03 - 28.86 % Sensor 03 - 51.13 %

Sensor 03 - 31.40 %

0 1 Sensor 04 - 15.00 % Sensor 04 - 31.30 %

2 3 Sensor 04 - 19.44 % Sensor 04 - 53.83 %

4 5 Sensor 04 - 27.00 %

5000 4000 Tensão de saída - mV

3000 2000 1000 0 -1000 -2000 -3000 -4000 -5000

Tempo - ms

Figura 5 - Umidade volumétrica x Tensão de saída. CONCLUSÕES A amplitude da tensão de saída dos dispositivos alternativos demonstrou relação inversa com a umidade do solo. REFERÊNCIAS 816

CORRAL, A.L.O. Uso eficiente del agua de riego mediante sondas de capacitancia. AquaLAC, v. 2, p. 56- 66, 2010. EMPRESA BRASILEIRA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA. Centro Nacional de Pesquisas de Solos. Sistema brasileiro de classificação de solos. 2 ed. Rio de Janeiro: Embrapa Solos, 2006. 306p. MOHSEN-NIA, M. et al. Dielectric constants of water, methanol, ethanol, butanol and acetone: measurement and computational study. Journal of Solution Chemistry, New York, v. 39, n. 5, p. 701-708, May 2010. PERSSON, M. et al. A small-scale matric potential sensor based on time domain reflectometry. Soil Science Society of America Journal, Madison, v. 70, n. 2, p. 533-536, 2006. PIRES, R. C. de M.; SAKAI, E.; SILVA, T. J. A.; ARRUDA, F. B. Aspectos práticos na utilização da técnica de capacitância. In: III Workshop de Aplicações de Técnicas Eletromagnéticas para o Monitoramento Ambiental, 3, 2011. Anais... Araras: UFSCar, 2011. CD-Rom.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente - Niterói – RJ – Brasil 21 a 25 de Outubro de 2013

CULTIVO DE ALFACE ROMANA (Lactuca sativa) SOB DIFERENTES TENSÕES DE ÁGUA NO SOLO WELLINGTON ALVES DE FREITAS1, JACINTO DE ASSUNÇÃO CARVALHO2, EWERTON DILELIS FERREIRA3, MARIA EDUARDA GUARRIDO VIANA4. 1

Eng. Agrícola, Doutorando em Rec. Hídricos, UFLA/Lavras - MG,(0**35) 9140-1171, [email protected] Eng. Agrícola, Prof. Doutor, UFLA/Lavras – MG. 3 Graduando em Agronomia, UFLA/Lavras – MG. 4 Graduanda em Eng. Agrícola, UFLA/Lavras – MG. 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: O desenvolvimento da alface é influenciado diretamente pelas condições de umidade do solo, sendo, portanto, primordial o manejo racional da irrigação. O uso de dispositivos que monitoram a umidade do solo pode auxiliar neste manejo proporcionando melhores resultados de produção. O trabalho em questão teve como objetivo avaliar a produção de alface romana submetida a diferentes métodos de manejo da irrigação e tensão de água no solo. Foi utilizado delineamento inteiramente casualizado em esquema fatorial 2 x 3, sendo 2 métodos (capacitância e tensiometria) e 3 valores de tensão de água no solo (15kPa, 30kPa e 60kPa). Observou-se que independente do método empregado, a produção da alface foi maior na tensão de 15kPa. PALAVRAS–CHAVE: capacitância, tensão de água no solo, tensiometria.

CULTURE OF ROMAN LETTUCE (Lactuca sativa) UNDER DIFFERENTS SOIL WATER TENSION ABSTRACT: The development of lettuce is directly influenced by the conditions of soil moisture, therefore, the rational irrigation management is primary condition. The use of devices that monitor soil moisture can help in its handling providing better production results. The work in question was to evaluate the production of lettuce under different methods of irrigation management and soil water tension. We used a completely randomized design in a factorial 2 x 3 with 2 methods (capacitance and tensiometry) and 3 values of soil water tension (15kPa, 30kPa and 60 kPa). It was observed that independent of the method used, the lettuce was higher in soil water tension 15kPa. KEYWORDS: capacitance, soil water tension, tensiometry.

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INTRODUÇÃO Originária da Ásia e trazida para o país pelos imigrantes portugueses no século XVI, a alface (Lactuca sativa L.) está entre as hortaliças folhosas mais consumidas pela população brasileira. Segundo Macieira (2011), o volume comercializado no ano de 2010, de alface no entreposto da CEASA – Minas Gerais foi aproximadamente 1.465, 4 toneladas, independente do tipo. De acordo com esse mesmo autor, no Brasil, 2 bilhões de dólares por ano são movimentados com o mercado do alface , sendo cultivados cerca de 31 mil hectares, com geração de 5 empregos diretos por hectare. As maiores áreas de cultivo são de cultivares do tipo crespa e lisa. Nos Estados Unidos da América, a produção de alface romana, no ano de 2010 foi de 11.180 toneladas (USDA, 2011). Diante do crescente interesse nesse tipo de alface e da importância do manejo adequado de irrigação, propôs-se avaliar a produção de alface romana (cv. Azaléia) submetida a diferentes métodos de manejo da irrigação e tensão de água no solo. MATERIAL E MÉTODOS O experimento foi conduzido na Universidade Federal de Lavras, município de Lavras - MG, no período de dezembro de 2012 a janeiro de 2013. O município está localizado na Região Sul do Estado de Minas Gerais, a 918 m de altitude, 21° 14’ de latitude sul e 45° 00’ de longitude oeste. Segundo a classificação de Köppen, a região apresenta um clima Cwa, ou seja, clima temperado suave, chuvoso, com inverno seco (DANTAS et al., 2007). O solo, classificado como Latossolo Vermelho Distroférrico segundo novo sistema hierarquizado (EMBRAPA, 2006) de classe textural argilosa. O mesmo foi submetido a tamisagem utilizando peneira com malha de 2 mm. Foram realizadas análises físicas e químicas do solo. Os parâmetros da equação da curva de retenção de água no solo, segundo um modelo potencial, foram obtidos com auxílio do aplicativo Solver, do programa Microsoft Excel®. As plantas de alface romana (cv. Azaléia) foram transplantadas, em 5 L de solo, uma planta em vaso de polietileno. A partir dos 10 DAT (dias após o transplantio) iniciou-se a diferenciação entre os tratamentos. Adotou-se o sistema de irrigação localizada com gotejadores autocompensantes, com vazão de 4 L3.h-1. Foi utilizado o delineamento experimental inteiramente casualizado em esquema fatorial 2x3, sendo dois métodos (capacitivo e tensiometria) e três valores de tensão de água no solo (15 kPa, 30 kPa, 60 kPa) e quatro repetições, totalizando 24 parcelas experimentais. A irrigação foi realizada quando as leituras médias de 3 tensiômetros registrava as tensões correspondentes a cada tratamento . O mesmo procedimento foi adotado para o método capacitivo. Nesse método, utilizou-se um circuito RC, para estimar a tensão de água no solo por meio da variação da voltagem de saída. O sinal (voltagem), advindo dos capacitores, foi mensurado com multímetro digital. Utilizando, uma equação pré-ajustada correlacionando valores de capacitância e tensão de água no solo, realizou-se o manejo da irrigação. As análises de variância e o teste de média foram realizados utilizando-se o Software SISVAR, versão 5.3 Build 75 (FERREIRA, 2000). Para comparação das médias dos métodos utilizouse o teste Scott-Knott a 5 % de significância. RESULTADO E DISCUSSÃO Na FIGURA 1 é mostrada a alface romana submetida a diferentes métodos de manejo da irrigação e tensões de água. A colheita das plantas ocorreu aos 35 dias após o transplantio.

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(a) Figura 1 - Alface romana: método alternativo (a) e tensiometria (b).

(b)

Na Tabela 1 é apresentado o resumo dos resultados das análises de variância para os seguintes parâmetros: massa fresca comercial por planta (MFC), volume de água aplicado (VAP) e eficiência de uso da água (EUA). Tabela 1 - Resumo das avaliações Quadrado Médio FV GL MFC VAP EUA (gramas) (mL.vaso-1) (mg.L-1) Método (M) 1 84,56ns 2709,37 ns 25,34 ns * * Tensão (T) 2 19956,42 18485517,17 17,88ns Interação (M x T) 2 300,02ns 325286,00ns 1,56ns Resíduo 18 607,64 165581,35 6,14 CV (%) 17,23 8,90 7,81 Média geral 143,09 4571,21 31,71 * Significativo ao nível de 5 % de probabilidade pelo teste F; ns - não significativo pelo teste F a 5% de probabilidade; FV: fator de variação; GL: grau de liberdade; CV: coeficiente de variação. Diante dos valores da tabela ficou constatado que, a interação entre os métodos de manejo da irrigação com a tensão de água no solo, foi não significativa, demonstrando que o método proposto tem potencial para ser utilizado. Na FIGURA 2 é mostrado o comportamento da MFC, nas diferentes tensões. De acordo com a equação ajustada, a tensão ótima para a massa fresca foi de 15 kPa, independente do método. SANTOS e PEREIRA (2004), avaliando o comportamento da alface americana (cv. Raider) sob diferentes tensões de água no solo, em ambiente protegido concluíram que, no emprego de tensões em torno de 15 kPa, há tendência em obter plantas mais altas, com maior peso de matéria fresca comercial.

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Figura 2 - Massa fresca comercial. GEISENHOFF (2008), avaliando a produção de alface americana (cv. Raider-Plus), sob diferentes tensões de água no solo, menciona que, a produtividade da cultura foi reduzida linearmente em função do aumento da tensão de água no solo no intervalo entre 12 a 70 kPa. Com o objetivo de determinar a tensão ideal de água no solo para um desenvolvimento adequado da cultura da alface, FRENZ e LECHL (1981) citado por LIMA JÚNIOR (2008), conduziram um experimento em ambiente protegido, utilizando sistema de irrigação por gotejamento e tensões de 6, 14, 22, 30 kPa, observaram que, a tensão de 14 kPa proporcionou uma maior quantidade de matéria fresca e produtividade. Diante dos trabalhos supramencionados, observa-se que, a massa fresca comercial da alface romana seguiu o mesmo comportamento da alface do tipo americana (FIGURA 2). Observa-se que, independente do método de manejo da irrigação, o volume de água aplicado foi maior utilizando no tratamento de 15 kPa (FIGURA 3).

Figura 3 - Volume de água aplicado.

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Na Tabela 2 são mostrados os valores médios da EUA nos diferentes métodos de manejo e tensões. Os resultados evidenciam que não houve diferença significativa nos valores de EUA para todas as tensões e métodos de manejo da irrigação Tabela 2 - Valores médios da EUA (mg.Litro-1) Tensão (kPa) 15 30 60 Capacitores 31,70 Aa 32,38 Aa 31,29 Aa Tensiômetros 31,32 Aa 30,56 Aa 29,43 Aa As médias seguidas com a mesma letra minúscula na vertical e maiúscula na horizontal, não diferem estatisticamente entre si ao nível de 5% de probabilidade, pelo teste Scott-Knott. Métodos

CONCLUSÕES Neste experimento observa-se que, independente do método empregado, a tensão de água no solo de15 kPa proporcionou maiores valores massa fresca comercial (MFC). REFERÊNCIAS DANTAS, Antonio Augusto Aguilar; CARVALHO, Luiz Gonsaga; de FERREIRA, Elizabeth. Classificação e tendências climáticas em Lavras, MG. , vol.31, no.6, p.18621866. ISSN 1413-7054, 2007. EMPRESA BRASILEIRA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA. Centro Nacional de Pesquisas de Solos. Sistema brasileiro de classificação de solos. 2 ed. Rio de Janeiro: Embrapa Solos, 2006. 306p. FERREIRA, D. F. Análises estatíticas por meio do Sisvar para Windows versão 4.0 In: REUNIÃO ANUAL DA REGIÃO BRASILEIRA DA SOCIEDADE INTERNACIONAL DE BIOMETRIA, 45., 2000, São Carlos, SP. Anais... São Carlos: Sociedade Internacional de Biometria, 2000. P. 255-258. GEISENHOFF, L. O. Produção de alface americana utilizando mulching dupla face, sob diferentes tensões de água no solo. 2008. 77 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Agrícola /Engenharia de Água e Solo) – Universidade Federal de Lavras, MG. LIMA JÚNIOR, J. A. Análise técnica e econômica da produção de alface americana irrigada por gotejamento. 2008. 74 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Agrícola /Engenharia de Água e Solo) – Universidade Federal de Lavras, MG. MACIEIRA, G. A. A. Competição de cultivares de alface romana no outono e primavera no município de Boa Esperança – Minas Gerais. 2011. 36p. Dissertação (Mestrado em Agronomia/Fitotecnia) – Universidade Federal de Lavras, MG. SANTOS, S. R.; PEREIRA, G. M. Comportamento da alface tipo americana sob diferentes tensões da água no solo, em ambiente protegido. Engenharia . Agrícola, Jaboticabal, v.24, n.3, p.569-577, set./dez. 2004 USDA – U.S.Dept. of Agriculture. Statistics of vegetables and melons, 2011. Disponível em: . o em 21 de Abril de 2013.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

POSSÍVEIS CAUSAS DO TURNOVER NO COMÉRCIO VAREJISTA ALMEIDA, FERNANDA DE SOUZA 1, SILVA, MARIA LUCINÉIA DE SÁ 2, COUTINHO, RHANICA EVELISE TOLEDO 3 1

Bacharel em istração, FaSF, (24) 9912-3353, [email protected] Bacharel em istração, FaSF, (24) 9849-0676, [email protected] 3 Mestre em Ensino de Ciências da Saúde e do Meio Ambiente, FaSF, UniFOA, (24) 8852-5178, [email protected].

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Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: No ambiente corporativo tornou-se comum conflitos funcionais que afetam o desempenho dos colaboradores. Estes conflitos geram tensão e prejudicam o clima organizacional das empresas ocorrendo, entre outras coisas, um alto índice de turnover (rotatividade). Diante do exposto, o objetivo deste estudo consiste em verificar quais são as variáveis que causam o alto índice de turnover no comércio varejista, por meio de pesquisa bibliográfica e da releitura do estudo de caso realizado através de análise da Rede de Supermercado Vida Londrina, situada na cidade de Londrina, disponíveis na internet. Acredita-se que a literatura nos traga algumas respostas acerca da importância da manutenção de um bom clima organizacional que poderá reduzir a rotatividade nas empresas (CHIAVENATO, 1999). Dessa forma, buscar a excelência e cuidar do clima organizacional podem ser fatores relevantes e essenciais para redução do alto índice de turnover. Os resultados encontrados apresentaram que a rotatividade de funcionários pode ser consequência de inúmeros problemas dentro da organização que afetam o clima organizacional e fazem com que os funcionários optem pela saída da mesma, fatos que permitiram afirmar que os fatores: cultura organizacional, a prática de higiene e segurança, benefícios e as habilidades istrativas dos gestores, apontadas tanto pela literatura pesquisada, como no estudo de caso, representam fatores preponderantes para redução do turnover no comércio varejista. PALAVRAS–CHAVE: Turnover, Clima organizacional, Gestão de Recursos Humanos.

POSSIBLE CAUSES OF TURNOVER IN RETAIL ABSTRACT: In the corporate environment has become common functional conflicts that affect the performance of employees. These conflicts create tension and undermine the organizational climate of the companies taking place, among other things, a high rate of turnover (turnover). Given the above, the objective of this study is to ascertain what are the variables that cause the high rate of turnover in retail trade, by means of literature and case study through analysis of Supermarket Life Network Londrina, located in the city Londrina, available on the internet. It is believed that literature brings us some answers about the importance of maintaining a good organizational climate that can reduce turnover in companies (CHIAVENATO, 1999). Therefore, strive for excellence and take care of the organizational climate factors can be relevant and essential to reduce the high rate of turnover. The results showed that employee turnover can be a result of numerous problems within the organization that affect the organizational climate and make employees opt out of the same facts that allow us to affirm that the factors: organizational culture, the practice of hygiene and security benefits and istrative skills of managers, appointed by both the literature, as in the case study, represent important factors for reducing the turnover in retail trade. KEYWORDS: Turnover, Organizational Climate, Human Resource Management.

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INTRODUÇÃO As empresas varejistas enfrentam um problema muito grave e nem todas se dão conta disto: o alto índice de turnover, que afeta o clima organizacional da empresa, e a sua estrutura. Pode-se dizer que o clima organizacional consiste no ambiente constituído a partir da estrutura física e humana das empresas (FOREHAND e GILMER, 1964). Este ambiente poderá afetar a qualidade dos serviços assim como a imagem da empresa. Desta forma, cabe questionar: segundo a literatura quais são as variáveis do clima organizacional que influenciam no turnover do varejo? Acredita-se que buscar a excelência e cuidar do clima organizacional podem ser fatores relevantes e essenciais para redução do alto índice de turnover. Diante do exposto, nosso objetivo consistiu em verificar quais são as variáveis que causam o alto índice de turnover no comércio varejista. O ser humano permanece muito tempo no seu trabalho, pois precisa do mesmo e em contrapartida as empresas buscam pessoas para desempenhar as tarefas na organização. Essa necessidade fez surgir o nome de Recursos Humanos. As pessoas eram tratadas exatamente como recursos, “robôs”, prontos para produzir e cumprir suas tarefas. Segundo Chiavenato (2009, p. 2) “a expressão Recursos Humanos refere-se às pessoas que participam das organizações e que nelas desempenham determinados papéis no sentido de dinamizar os recursos organizacionais.” A Área de RH, conhecida anteriormente como Relação Industrial, originou-se no século XX depois da Revolução Industrial por consequências do aumento do trabalho que se tornava cada vez mais complexo nas organizações e ou a ser vista com outros olhos, tendo uma grande importância na diminuição dos problemas entre as pessoas dentro da organização e na sua relação com o foco organizacional na indústria. A origem e evolução do RH à luz de Marras (2000, p. 26) pontua 5 fases. A primeira denominada de “Fase Contábil” surge antes de 1930, denotando que a área de Recursos Humanos foi surgindo gradativamente por necessidade, e muitas vezes intuitivamente. Segue a “Fase Legal” entre 1930 a 1950, em que a etapa legal se concretiza quando as empresas legalizaram as verdadeiras funcionalidades dos empregados na organização, junto com a criação das leis trabalhistas. Na sequência emerge a “Fase Tecnicista” no período de 1950 a 1965 onde aumentou as responsabilidades do setor sendo denominada como uma área de Recursos Humanos. Após este tecnicismo surge a “Fase istrativa” ocorrida entre 1965 a 1985 e a área de RH volta-se para tratar dos reais direitos dos colaboradores junto ao sindicato. Enfim, a “Fase Estratégica” iniciada no ano de 1985 vigente aos dias atuais surge a etapa estratégica que distancia os gerentes dos funcionários subordinados, sendo caracterizada pela importância que os gestores na empresa tem em traçar objetivos para o futuro da empresa e dos empregados. A área de Recursos Humanos vem sofrendo mudanças no decorrer dos tempos, e com isso, a necessidade quanto à ampliação das competências, torna-se essencial para as empresas se manterem competitivas neste mercado que se encontra em constante evolução (CHIAVENATO, 2010). Na atualidade as empresas am por vários processos de mudanças em sua gestão. Por conta da evolução acelerada na tecnologia e a competitividade cada vez mais agressiva, acertar na estratégia a a ser de fundamental importância para garantir sua posição no mercado, sendo obrigados a manter sempre um padrão de alto nível dos produtos. Chiavenato (2010, p. 4) reforça que as pessoas am a “significar o diferencial competitivo que mantém e promove o sucesso organizacional: elas am a constituir a competência básica da organização, a sua principal vantagem competitiva em um mundo globalizado, instável, mutável e fortemente concorrencial”. 824

Os primeiros estudos sobre clima organizacional aconteceram nos Estados Unidos por volta da década de 60, iniciados por Forehand e Gilmer (1964, p. 362), que definiram clima organizacional como: "o conjunto de características que descrevem uma organização, e que distingue uma organização da outra; mantém-se de certa forma permanente e influência o comportamento dos indivíduos na organização". No Brasil os trabalhos sobre clima organizacional foram difundidos e adaptados por Souza na década de 1977 a 1983. Ele diz que o clima organizacional significa “um conjunto de valores ou atitudes que afetam a maneira pela qual as pessoas se relacionam umas com as outras, tais como ‘sinceridade’, padrões de autoridade, relações sociais etc. (SOUZA, 1977, p. 144)”. Com o intuito de aumentar a produtividade e obter bons resultados, as empresas preocuparam-se em criar um ambiente de trabalho harmônico entre os colegas e gestores, a fim de incentivar os funcionários a buscarem o seu melhor em prol da organização e de si mesmo (CHIAVENATO, 2003). Portanto, pode-se definir clima organizacional como um conjunto de fatores que podem ser melhorados dentro de uma organização, a fim de buscar satisfação e o bem-estar dos colaboradores. Sendo assim, pode-se afirmar que o clima organizacional exerce o poder de alterar o ambiente corporativo, uma vez que o mesmo influencia vários fatores relacionados ao desempenho profissional (CHIAVENATO, 1994). Para simplificar o entendimento pode-se dizer que clima organizacional seria a harmonia da empresa com seus clientes internos. No decorrer deste trabalho poderão ser observadas as variáveis que impactam sobre o clima organizacional trazendo mal estar entre a empresa e seus colaboradores e consequentemente causando turnover. Segundo Chiavenato (1999, p. 69), “a rotatividade de pessoal é o resultado da saída de alguns funcionários e a entrada de outros para substituí-los no trabalho”. A movimentação de entrada e saída do funcionário em uma determinada empresa entende-se como normal, uma vez que em pequenas proporções. Para Marras (2000, p. 66), a rotatividade “é o número de empregados desligados da empresa num determinado período comparativamente ao quadro médio de efetivos”. O autor citado também destaca que o turnover no contexto de Recursos Humanos, refere-se à relação entre issões e demissões ou à taxa de substituição de trabalhadores antigos por novos de uma organização. No entanto, para Chiavenato (1999, p. 70), a rotatividade “não é uma causa, mas o efeito de algumas variáveis externas e internas”. O teórico Maertz (2001 apud RICO, 2010, p. 7) agrupou as forças motivacionais que levam o indivíduo ao turnover em oito categorias, sendo elas: afetivas, contratuais, constituintes, alternativas, calculativas, normativas, comportamentais e morais. Na busca da quantificação para o índice de rotatividade, Chiavenato (2002, p. 180) sugere para este resultado o uso de uma fórmula que: “é baseado no volume de entradas e saídas de pessoal em relação aos Recursos Humanos disponíveis na organização, dentro de certo período de tempo, e em termos percentuais”. O comércio varejista caracteriza-se pela venda direta aos consumidores finais. Confunde-se muitas vezes com a loja física, espaço onde se vende os produtos a varejo, que podem ser por vários meios, assim como na casa do consumidor, por telefone, correio, internet etc. (KOTLER & KELLER, 2005). Conforme Terra (2003, p. 9), o principal papel do comércio varejista na economia “é a distribuição de produtos ou serviços em locais específicos que garantam ao cliente um mix de produtos mais adequado às suas necessidades”. As atividades do comércio varejista são importantes, pois geram uma grande quantidade de empregos no Brasil, segundo dados do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística IBGE, a Pesquisa Anual de Comércio realizada 2010 movimentou cerca de R$ 2 trilhões de receita e ocupou perto de 9,5 milhões de pessoas. Também apresenta os resultados da 825

Pesquisa Anual de Comércio – PAC referentes ao ano de 2010, indicando que o setor comercial brasileiro gerou R$ 1,9 trilhão de receita operacional líquida e ocupou 9,4 milhões de pessoas, totalizando o pagamento de R$ 112,4 bilhões em salários, retiradas e outras remunerações. Foram estimadas 1.526 mil empresas comerciais, distribuídas por 1.651 mil unidades locais que exerciam a atividade de revenda de mercadorias. Diante das constantes mudanças que ocorrem no mercado de trabalho, as organizações estão buscando novas formas de gestão com o intuito de melhorar e alcançar os resultados. Segundo dados do CAGED (2013) o comércio “é o setor que possui o maior índice de issões e demissões, contando com 23,91% em relação ao número de itidos contra 23,09% em relação ao número total de desligados”. Outro apontamento relevante vem do Departamento Intersindical de Estatística e Estudos Socioeconômicos - DIEESE (2007) “o comércio apresenta taxa mensal de rotatividade em 3,7% e anual de 44,4%”. O turnover pode tanto ser considerado positivo como negativo. Se por um lado, a saída de um empregado com baixo desempenho, substituído por outro com um desempenho satisfatório pode trazer ganhos para a empresa, por outro lado, perder um colaborador de elevado potencial poderá trazer prejuízos aos negócios da empresa. Custos de rotatividade são todos os gastos da empresa no processo de contratação, treinamento, capacitação e desligamento. O turnover gera um grande custo de mão de obra para empresa, uma vez que se perde um funcionário imediatamente existe a necessidade de substituí-lo. Este capital que pode ter sido investido pela empresa em treinamento, recrutamento e seleção do colaborador, não volta (CHIAVENATO, 1999). Desta forma, segundo o Portal RH (2013) torna-se essencial a existência de um índice que auxilie a medir o percentualmente, num determinado período, das variações que ocorrem e que estatisticamente poderá nos fornece informações de interesse da empresa. Existem variados métodos para obter o percentual de turnover e até mesmo de custos com a rotatividade. Os custos de rotatividade se dividem em três categorias: primário, secundário e terciário. Os custos primários de acordo com Chiavenato (2002, p. 187), são “os custos diretamente relacionados com o desligamento de cada empregado e sua substituição”. Estes são os custos com recrutamento, seleção e treinamento de um novo colaborador e também o de desligamento do antigo empregado. Secundário conforme Chiavenato (2002, p. 188) são os custos que “envolvem aspectos intangíveis e difíceis de avaliar numericamente e de características predominantemente qualitativas”. Portanto os custos secundários são as perdas de produtividade até que o novo funcionário entre no ritmo dos demais colegas. Já os custos terciários para Chiavenato (2002, p. 189) “estão relacionados com efeitos colaterais mediatos da rotatividade, que fazem sentir a médios e a longos prazos”. Estes são os custos com a imagem do produto que pode ficar abalada com a queda na qualidade dos produtos causados por empregados inexperientes ou em fase de treinamento. Um bom gestor deve estar sempre atento à equipe que está liderando. Para se atingir o auge, deve-se ter a melhor equipe, formada pelos melhores colaboradores (Recursos Humanos), que devem ser motivados por bons gestores, onde todos sejam competitivos, comprometidos, mas acima disso, satisfeitos, serenos e felizes por trabalharem em uma organização que os valorizam e lhes proporcionam segurança (MAYO, 1946). Mas se ao contrário do que se espera, em alguns casos os funcionários encontram uma gestão pacata, sem criatividade e perspectiva, e dessa forma não se relacionam com a equipe e am a desejar apenas lucros, com isso o resultado será um ambiente desagradável, funcionários descontentes se sentindo inertes e desmotivados sem a possibilidade de progredir e crescer. Mayo (1946, p. 38) aponta que “a qualidade do tratamento dispensado pela gerencia aos trabalhadores influencia fortemente seu desempenho. Bom tratamento, bom desempenho”. O convívio diário dentro da empresa faz com que pessoas se relacionam e criem um vínculo de 826

amizades, amizades essas que tem que ser bem istradas, uma vez que se a equipe trabalha em prol do seu setor, e não em prol da organização pode afetar diretamente os resultados da empresa. Para tanto Mayo (1946, p. 38) apresenta que o sistema social constituise de grupos que definem “o resultado do indivíduo, que é mais leal ao grupo do que à istração”, com isso, compreendem-se a lealdade do funcionário à empresa como efeito positivo, uma vez que o contrário poderá ser prejudicial a empresa. Os líderes da organização precisam se atentar à forma com que tratam seus funcionários, pois ao contrário do que pensam o dinheiro não é um fator motivacional e o que o colaborador realmente espera é ser valorizado enquanto profissional (HUNTER, 2004). O ser humano necessita de reconhecimento pelo esforço no trabalho, nada melhor do que a troca de seus serviços prestados pelo reconhecimento do seu gestor, através de gestos concretos de respeito e reconhecimento. A cultura interna torna-se o cartão de visita da organização, ela deve ser apresentada ao colaborador desde o seu recrutamento, uma vez que ela representa o alicerce do empreendimento (MOTTA, 1995). Os líderes da organização devem atualizar-se quanto às transformações externas e adequar-se a novas culturas sempre que preciso. As novas gerações precisam se identificar em algum momento com as características da empresa para que se crie um vínculo entre ambos. A cultura empresarial contextualiza uma estrutura de relações, porém Motta (1995, p. 191), afirma que “a cultura não é e não deve ser vista como um poder que determina os comportamentos. A cultura é algo que permite que os comportamentos sejam descritos de maneira inteligível, porque os seus significados variam". O colaborador precisa entender que a empresa consiste em um corpo que possui características que devem ser respeitadas. Existindo respeito entre as duas partes a cultura organizacional poderá não sofrer o impacto negativo no clima organizacional. Entende-se a remuneração como fator importantíssimo na concepção do colaborador. Quando o mesmo não condiz com a atividade exercida causa descontentamento e falta de motivação facilitando a perda dos talentos da empresa para a concorrência. O salário do comércio tornou-se um dos mais desvalorizados levando em consideração outros setores da economia. Os planos de benefícios sociais também são imprescindíveis na retenção de talentos, pois compõem um atrativo para permanecer no emprego e estimula a motivação na execução das atividades laborais. Entende-se como o único benefício obrigatório por lei a concessão de vale-transporte de acordo com as leis complementares à CLT, enunciado através da Lei nº. 7.418/85 que institui o vale-transporte (BRASIL, 2013). Todos os demais benefícios comumente concedidos pelas empresas, como convênio médico, ou vale-refeição, só são oferecidos em função de acordos com os sindicatos de trabalhadores, conhecidas por Convenções Coletivas de Trabalho. O bem-estar dos profissionais consiste em um fator que conta muito na hora dos funcionários optarem por uma nova proposta. Nem sempre uma proposta financeiramente melhor será o fator decisivo para que um profissional troque a companhia em que trabalha. Mas provavelmente, o ambiente e os benefícios terão maior peso na hora da decisão, mesmo com um salário inferior ao atual. O benefício não consiste apenas em um gasto a mais para a organização, na verdade entende-se como uma forma da organização reter talentos. A respeito disso, Chiavenato (1998, p. 142) diz que “os benefícios procuram trazer vantagens, tanto à organização quanto ao empregado”. A higiene e a segurança estão muito ligadas ao objetivo de garantir condições de bom desempenho e manter a saúde dos colaboradores. Saúde não é apenas a ausência de doenças ou enfermidades, mas sim, um estado de bem-estar físico, mental e social (GONÇALVES, 2000). Torna-se bastante desmotivador para um funcionário entrar no banheiro de seu local de trabalho e se deparar com mau cheiro, fezes, umidade, sanitários quebrados, ausência de 827

água ou produtos de higiene e limpeza. Sendo um fato do descaso de alguns empregadores, que não se atentam para a importância do respeito a algumas necessidades básicas do trabalhador. Às vezes, um simples bebedouro ou copo de água (limpos) valem mais do que dinheiro. Em relação à segurança, a adequada utilização dos EPI´s (Equipamentos de Proteção Individual), seguida de manutenção nos equipamentos e constantes orientações sobre como evitar acidentes são fundamentais. A segurança deve estar presente a partir do momento em que o colaborador entra na empresa para trabalhar. Existem empresas que querem cobrar de seus colaboradores um trabalho ágil, de qualidade e baixo custo sem oferecer um local adequado e equipado para o trabalho. Acredita-se ser fundamental que a empresa se preocupe com a higiene e segurança de seus clientes internos, pois desta forma eles se sentem valorizados e respeitados. MATERIAL E MÉTODOS O presente artigo foi delineado sob a abordagem da pesquisa qualitativa do tipo descritiva pautada nas Dimensões Novikoff. Esta “[...] trata-se de uma abordagem teóricometodológica, com todas as dimensões de preparação, estudo, desenvolvimento e apresentação de pesquisa acadêmico-científica” (NOVIKOFF, 2010). As dimensões am por cinco etapas, didaticamente organizadas para nortear cada fase da pesquisa: epistemológica, teórica, técnica, morfológica e analítico-conclusiva. Como uma primeira tarefa das dimensões, foi realizada a seleção de um Estudo de Caso já existente no banco de dados do Simpósio de Excelência em Gestão e Tecnologia - SeGET, cujo critério de seleção consiste na afinidade do estudo com a problemática abordada neste trabalho para compreender os conceitos de turnover e do clima organizacional na gestão de pessoas. Assim, foi investigado o trabalho: “Turnover no Segmento Varejista: Um Estudo de Caso na Rede de Supermercados de Londrina”, desenvovido por Dellovo et al. (2010), neste sentido, o córpus, ou seja, o material recolhido para nosso estudo pretendeu tipificar atributos conhecidos (BAUER; GASKELL; ALLUM, 2002 in BAUER; GASKELL, 2002) viabilizando a análise de conteúdo do artigo estudado. A análise de conteúdo, segundo Bardin (2002) é um conjunto de técnicas de análise das comunicações e trata-se, portanto, de uma técnica que não tem modelo pronto, mas que se constrói através de um vai-e-vem contínuo ao texto em análise e tem que ser reinventada a cada momento, conforme Bardin (2002, p. 31). A análise de conteúdo se realiza em três momentos: a pré-análise, a exploração do material e identificação. A análise de conteúdo se realiza em três momentos, pré-análise, exploração do material e tratamento dos resultados: a inferência e a interpretação. RESULTADOS E DISCUSSÃO A partir desse estudo nomeado “Turnover no Segmento Varejista: Um Estudo de Caso na Rede de Supermercados de Londrina” desenvolvido por Dellovo et. al. (2010). Fez-se o recorte da página 6 à página 12 para posterior análise. A seguir apresentamos um recorte destas páginas para discussão. Segundo Dellovo et. al. (2010) a loja de supermercado compõem-se atualmente por 13 (treze) lojas, que estão espalhadas em Londrina, em Cambé e também em Ibiporã. (…) A amostragem foi não probabilística por conveniência junto aos colaboradores selecionados (…). O objetivo foi verificar a validade ou relevância dos quesitos, a adequação do vocabulário empregado, o número e a ordem das perguntas formuladas, para identificar e corrigir possíveis falhas ou dificuldades na compreensão das questões (…). A pesquisa foi 828

realizada no período de 31 de agosto a 5 de setembro de 2009, (…) “Os dados abaixo decorrem da pesquisa de campo feita na Rede de Supermercados de Londrina (RSL), conforme já mencionado. Os dados utilizados são de 7 (sete) das 13 (treze) lojas que a rede de supermercados Vida Londrina possui. Em seu estudo Dellovo et al. (2010) aponta que: 1. “a função em que atuam na empresa não é motivo de insatisfação. Contudo, observase que não se deve deixar de lado o percentual ligado àquelas que afirmam estar pouco satisfeitas, indicando que há certo descontentamento, devendo ser investigadas as causas.” Embasado por Bergamini (1997) que ressalta as dificuldades que os gestores enfrentam com as pessoas “devem ser vistas como desafios necessários a serem enfrentados, de forma a atrair a sua mão-de-obra e criar condições para que tais pessoas permaneçam desempenhando com eficácia e satisfação as atividades que fazem parte dos seus cargos”. 2. demonstra que 34,00% das entrevistadas possuem visão negativa quanto às perspectivas de crescimento na empresa, sendo que 47,00% veem sempre boas perspectivas de crescimento, enquanto 19,00% veem quase sempre. 3. verifica que a “diversidade de interesses percebida entre os indivíduos permite aceitar, de forma razoavelmente clara, que as pessoas não fazem as mesmas coisas pelas mesmas razões” e mais uma vez se baseia em Bergamini (1997). 4. “as operadoras de caixa, na maioria dos casos, não possuem instrução acadêmica, colaborando assim para o não interesse em almejar cargos que exijam delas maior conhecimento, como o setor istrativo e a gerência, por exemplo”. 5. Também constatou que a oferta de plano de carreira “é motivo para a permanência na empresa, segundo a opinião de 87,00% das entrevistadas”. Para este dado se ancorou em Pontes (1996), que afirma que “para se obter o crescimento profissional dentro da organização, se faz necessário um plano de carreira para que haja o desenvolvimento profissional dos funcionários. Esse desenvolvimento é resultado da continuação de dois fatores: disposição do profissional para se qualificar; e as oportunidades que lhes são oferecidas nas organizações. 6. Considerou interessante o fator de que nas entrevistas aparece a ideia de que para que “as funcionárias permaneçam na empresa entre outros fatores, é o clima favorável (96,00%)”. Para sustentar sua discussão lança mão de Coda (1997), apontando que “o clima organizacional é o indicador do grau de satisfação dos membros de uma empresa, em relação a diferentes aspectos da cultura ou realidade aparente da organização, tais como: política de recursos humanos, modelo de gestão, missão da empresa, processo de comunicação, valorização profissional e a identificação com a organização, conforme constatado na pesquisa”. 7. Destaca que “o fator benefício (77,00%) também representa um motivo pelo qual as funcionárias optam por permanecer na empresa. Entretanto, para 23,00% delas, os benefícios não são fatores relevantes” e nesta descrição percebe a contradição teórica “frente as afirmações de Lacombe e Heilborn (2003, p. 118), de que: os benefícios são indispensáveis para manter os empregados satisfeitos com a organização”. 8. Outro ponto observado foi de que o “fator relevante na determinação do compromisso do empregado para o bom atingimento dos objetivos da empresa, a relação entre o tipo de trabalho e sua carga horária (…) revelaram que 81,00% das entrevistadas alegam que a carga horária exercida condiz com a função exercida.” 9. Os dados em relação a carga horária denotaram que as operadoras de caixa “trabalham oito horas por dia, e também em alguns sábados, domingos e feriados, dependendo da escala de folga, sendo necessário o acompanhamento dos acréscimos decorrentes das horas-extras consideradas ao se trabalhar além dos dias de semana e banco de horas.” Neste ponto, Dellovo et al (2010) busca Bulgacov (1999), que indica que “quando a empresa, pela sua atividade, trabalha aos domingos, terá que ser feita uma escala de 829

revezamento para o descanso semanal de seus empregados”. Na sequência traz Wagner III e Wagner e Hollenbeck (1999) e seu estudo que assinalaram “por causa das horas extras, muitas organizações enfrentam demandas judiciais desnecessárias, o que deixa o funcionário duplamente insatisfeito com a empresa.” 10. O ambiente físico foi traçado como “Outro fator importante investigado neste cenário entre trabalho e trabalhador”, mostrando que “apenas 30,00% das entrevistadas estão satisfeitas com as instalações oferecidas pela empresa. A maioria (70,00%) acredita que poderia usufruir de um ambiente melhor que o utilizado no momento”. Mais uma vez resgata o estudo de Wagner III e Hollenbeck (1999) em que dizem que “vários dados documentados demonstram que algumas características físicas do local de trabalho podem estimular reações emocionais negativas nos trabalhadores e, assim pontua que no caso investigado, as entrevistas não pontuaram quais seriam os fatores considerados negativos no ambiente físico”. A partir destes 10 pontos do estudo de caso analisado e com base na fundamentação teórica pautada por esta pesquisa entende-se que as colocações e considerações, do autor Dellovo et al. (2010), a partir do qual foi realizado este recorte são de fundamental importância para embasamento deste trabalho. Uma vez que as variáveis analisadas tais como remuneração, benefícios, hora extra, higiene e segurança entre outros são um dos fatores predominante na decisão do funcionário em permanecer na empresa ou não. A seguir apontamos a análise entre o estudo de caso de Dellovo et al (2010) descrito acima e os unitermos “Turnover”, “Clima organizacional”, “Gestão de Recursos Humanos” eleitos como delimitação temática deste artigo. Em relação ao “clima organizacional” como uma das palavras chaves deste trabalho, confirmaram com 96% das opiniões que este elemento tem um grande peso na hora da decisão de sair ou ficar na empresa. Pode-se dizer que a teoria provou na prática através deste trabalho e deste estudo de caso. Conforme a teoria investigada neste trabalho, o mau relacionamento entre os funcionários e os gestores apresenta-se como um problema que leva a insatisfação, no entanto, os gestores da empresa em questão mantêm um bom relacionamento com seus funcionários, mostrando um ponto positivo para a empresa. A gestão de recursos humanos é afetada pela istração da carga horária que no comércio varejista é de 44 horas semanais, tornando-se desgastante para o funcionário, mesmo que se exista um período de descanso. Identifica-se como outra questão relevante o fato de se trabalhar aos sábados, domingo e feriados além de que os funcionários deverão estar à disposição para o cumprimento de horas extras quando necessário. Os benefícios, também como um item da gestão de recursos humanos são indispensáveis para complementar a remuneração dos funcionários e motivá-lo, 77% dos entrevistados consideram os benefícios um bônus a ser considerado na hora da decisão de permanecer ou não na empresa. Como já discutido, é de vital importância que a empresa ofereça aos seus funcionários um local de trabalho limpo e seguro com uma estrutura física adequada ao desenvolvimento do trabalho. A partir do estudo de caso eleito foi possível comprovar nosso pressuposto de que os conflitos geram tensão e prejudicam o clima organizacional das empresas ocorrendo, entre outras coisas, um alto índice de turnover (rotatividade). Também verificamos que a literatura vigente possibilita delinear algumas respostas acerca da importância da manutenção de um bom clima organizacional em prol da redução desta rotatividade nas empresas a gestão dos Recursos Humanos. CONCLUSÕES A realização deste trabalho possibilitou concluir através do confronto das teorias com uma situação real delimitada, que o clima organizacional influência de fato o turnover. Com 830

base na revisão bibliográfica realizada pode-se observar a importância da gestão de pessoas para a identificação dos fatores que possam causar turnover dentro da empresa. Como por exemplo, pode-se destacar como uma das variáveis a carga horária extensa de trabalho que leva o funcionário a ficar muito tempo na empresa perdendo o convívio familiar e gerando estresse, além de outras variáveis como por exemplo: a má remuneração e os benefícios que muitas vezes não compensam. Conclui-se que esta pesquisa permite afirmar ainda que as características tais como cultura organizacional, sua prática de higiene e segurança, benefícios e suas habilidades tais como a istração dos gestores apontadas pela literatura pesquisada como importantes para redução do turnover teve sua relevância confirmada pela pesquisa. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BARDIN, Laurence. Análise de Conteúdo. Lisboa/Portugal: Edições 70, 2002. BAUER, Martin W. & GASKELL, G. Pesquisa qualitativa com texto, imagem e som: um manual prático. 2ª ed. Pedrinho A. Guarechi (Trad). Petrópolis: Editora: Vozes, 2003. BERGAMINI, C. W. Motivação nas organizações. 4. ed. São Paulo: Atlas, 1997. BRASIL. Lei no 7.418, de 16 de dezembro de 1985. Disponível em http://www.planalto.gov.br/ccivil_03/leis/l7418.htm, o em 29 de Maio de 2013. BULGACOV, Sergio. Manual de gestão empresarial. São Paulo: Atlas, 1999. CHIAVENATO, Idalberto. Gerenciando Pessoas. 3ª edição. São Paulo: Makron books, 252 p, 1994. CHIAVENATO, Idalberto. Gestão de pessoas: o novo papel dos Recursos Humanos nas organizações. Rio de Janeiro: Campus, 1999. CHIAVENATO, Idalberto. Gestão de pessoas: o novo papel dos Recursos Humanos nas organizações. Rio de Janeiro: 3. ed. Elsevier, 2010. CHIAVENATO, Idalberto. Introdução à teoria geral da istração: uma visão abrangente da moderna istração das organizações. Rio de Janeiro: 7. ed. Elsevier, 2003. CHIAVENATO, Idalberto. Recursos Humanos. 7. ed. São Paulo: Atlas, 2002. CHIAVENATO, Idalberto. Teoria Geral de istração. 4ª ed. Rio de Janeiro: Campus, 1998. CHIAVENATO, Idalberto. Recursos Humanos: o capital humano das organizações. Rio de Janeiro: Elsevier, 2009. CODA, Roberto. Pesquisa de clima organizacional e gestão estratégica de recursos humanos. São Paulo: Atlas, 1997. DELLOVO, Márcio et al. Turnover no Segmento Varejista: Um Estudo de Caso na Rede de Supermercados de Londrina. SEGeT – Simpósio de Excelência em Gestão e Tecnologia. 2010. DIEESE, Departamento Intersindical de Estatística e Estudos Socioeconômicos. Disponível em . o em 01 de junho de 2013. FOREHAND, G.A.; GILMER, B.H. Environmental variation in studies of organizational betiavior Psychological Bulletin. v. 62, n. 6, p. 361-382, 1964. GONÇALVES, E. A. Manual de segurança e saúde no trabalho. São Paulo: LTr, 2000. HUNTER, James C. O monge e o Executivo. Uma História Sobre a Essência Da Liderança.Tradução de Maria da Conceição Fornos de Magalhães. Rio de janeiro: Sextante. p.36. 2004. IBGE. Sala de imprensa. Disponível em , o em 02 de Junho de 2013. KOTLER, P. & KELLER, K.K. Marketing Management. 12a. Ed. New Jersey: 831

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

PRODUÇÃO E CARACTERIZAÇÃO CROMATOGRÁFICA DE BIODIESEL FEITO A PARTIR DE ÓLEOS DE SOJA E CANOLA KARINE MARINHO DO NASCIMENTO 1 Graduanda em Engenharia [email protected].

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Fluminense,(21)

81051392,

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: O biocombustível, que tem óleos vegetais como fonte de matéria – prima é utilizado como alternativa ao diesel de petróleo, sendo alvo de vários estudos na malha de energias alternativas. O presente trabalho tem como objetivo a produção e caracterização por análise cromatográfica de biodieseis feitos a partir de soja e canola, como fontes oleaginosas. Estas fontes foram escolhidas por serem uma das mais utilizadas atualmente. Como objetivos específicos foram abordados a produção de biodiesel através da técnica de “retransesterificação” ou transesterificação em duplicata; a análise comparativa do uso de antioxidante em biodiesel e a análise cromatográfica do biodiesel produzido. O processo de transesterificação é o mais utilizado na obtenção do biodiesel, por apresentar fatores técnicos e econômicos viáveis. Para analisar o material produzido foi utilizada a técnica de Cromatografia Gasosa por padronização interna e externa. Os resultados foram satisfatórios, sendo os biodieseis utilizados com antioxidante TBHQ, referentes à amostra de canola 02 e soja 03, apresentaram melhor desempenho em valores de ésteres totais e mono, di e tri glicerídeos do que os produtos sem a presença do antioxidante. O biodiesel de soja apresentou melhor desempenho em todas as análises do que o biodiesel de canola. Para o futuro, pesquisas como o cálculo do custo econômico da reação de transesterificação e índice de acidez são indicados. PALAVRAS–CHAVE: biodiesel, cromatografia.

PRODUCTION AND CHARACTERIZATION CHROMATOGRAPHIC BIODIESEL MADE FROM SOYBEAN OILS AND CANOLA ABSTRACT: The biofuel, which has vegetable oils as a source of raw - material is used as an alternative to petroleum diesel, the subject of much research in the mesh and promising alternative energy. According to the National Agency of Petroleum, Natural Gas and Biofuels all diesel sold throughout Brazil since January 2010 contains 5% biodiesel. Thus, studies and increased scientific knowledge about biodiesel are essential in the real situation in Brazil. This study aims at the production and characterization by chromatographic analysis of biodiesels made from soy and canola oil as sources. These sources were chosen because they are the most widely used today. Specific objectives were addressed biodiesel production through the technique of "retransesterificação" or transesterification in duplicate; comparative analysis of antioxidant use in biodiesel and chromatographic analysis of biodiesel produced. The transesterification process is the most used in obtaining biodiesel, by presenting viable technical and economic factors. To analyze the material produced was used the technique of gas chromatography by internal and external standardization. The results were satisfactory, and the biodiesels used with TBHQ antioxidant, relative to a sample of canola and soybean 02 03 performed best in amounts of total esters and mono-, di-and tri-glycerides than products without the presence of an antioxidant. The soy biodiesel showed better performance in all analyzes of the canola biodiesel. For the future, research and calculate the economic cost of the transesterification reaction and acid value are indicated. KEYWORDS: biodiesel, chromatography.

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INTRODUÇÃO O consumo de energia é um dos principais indicadores do desenvolvimento econômico e do nível de qualidade de vida de qualquer sociedade. Por sua vez, a crescente preocupação em relação ao meio ambiente e a rápida diminuição das reservas de combustíveis fósseis no planeta, além do aumento no preço do petróleo, levaram à exploração de óleos vegetais na produção de combustíveis alternativos. (COSTA NETO et. al, 2006) De acordo com Lima, Santos e Moura (2006), o biodiesel é definido como éster monoalquílico de óleos vegetais e ou gordura animal, de ocorrência natural e que pode ser produzido, juntamente com a glicerina, a partir de uma reação de transesterificação. Como o biodiesel tem óleos vegetais como fonte de matéria – prima, ele é utilizado como uma dessas alternativas, sendo alvo de muitas e promissoras pesquisas na malha de energias alternativas. Com a utilização do biodiesel, ocorre uma redução das emissões de poluentes, onde as plantas que capturam o dióxido de carbono, CO2 emitido pela queima do biodiesel, também são responsáveis pela separação do CO2 em Carbono e Oxigênio, neutralizando suas emissões, que promovem a combustão completa e também minimizam a geração de poluentes. Além disso, as fontes do biodiesel são óleos vegetais, que ao serem formados pelas plantas de origem, captam o CO2 da atmosfera, fechando o ciclo do biodiesel. A biomassa vegetal é a principal fonte alternativa de energia renovável de pronto o, e o Brasil reúne as melhores vantagens comparativas nessa área, por apresentar clima tropical e subtropical, é favorecido com uma gama de matérias primas para extração de óleo vegetal tais como baga de mamona, polpa de dendê, amêndoa de coco de babaçu, semente de girassol, caroço de algodão, grão de amendoim, semente de canola, grão de soja, nabo forrageiro, e outros vegetais em forma de sementes, amêndoas ou polpas. (FARIA, 2013) Outras fontes de matéria prima podem ser citadas como óleos de gorduras animais, oriundos de sebo bovino, óleos de peixes, óleos de mocotó, banha de porco entre outros. Também podem ser citados os óleos residuais de frituras, matérias graxas de esgoto e óleos oriundos de microalgas. (FARIA, 2013) Segundo a Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis todo o óleo diesel comercializado em todo Brasil desde janeiro de 2010 contém 5% de biodiesel. Por meio da Resolução de n° 6/2009 do Conselho Nacional de Política Energética (CNPE), ficou estabelecida a regra que aumenta de 4% para 5% a obrigatoriedade de mistura de biodiesel ao óleo diesel. Resumidamente, pode-se dizer que o biodiesel é virtualmente livre de enxofre e aromáticos; tem alto número de cetano, possui teor médio de oxigênio em torno de 11%; possui maior viscosidade e maior ponto de fulgor que o diesel convencional, possui nicho de mercado específico, diretamente associado a atividades agrícolas, se caracteriza por um grande apelo ambiental, tem preço de mercado relativamente superior ao diesel comercial. (BIODIESEL, 2010) Este estudo tem como objetivo produzir e caracterizar por análises cromatográficas biodieseis feitos a partir de soja e canola, como fontes oleaginosas, sendo seus objetivos específicos produzir o combustível através da técnica de “retransesterificação” ou transesterificação em duplicata; análise comparativa do uso de antioxidante nos biodieseis produzidos e analise cromatográfica dos biodieseis produzidos. MATERIAL E MÉTODOS A produção do biodiesel foi realizada no Instituto Virtual de Mudanças Globais, IVIG, o qual pertence à diretoria da Coppe - Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e

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Pesquisa de Engenharia da Universidade Federal do Rio de Janeiro, localizado na Ilha do Fundão, Rio de Janeiro. Os procedimentos foram feitos com a orientação do professor Luiz Guilherme da Costa Marques. A análise cromatográfica foi feita na Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, em seu Laboratório de Biocombustíveis (LABIO), localizado no Rio de Janeiro. Os biodieseis foram produzidos a partir do óleo de soja e canola, comercializados na região em frascos de 900 mL e adquiridos no mercado varejista. A produção se deu por batelada em volume de um litro, pelo processo de transesterificação por rota metílica. O processo de transesterificação é o mais utilizado na obtenção do biodiesel, por apresentar fatores técnicos e econômicos viáveis. Quimicamente, os óleos e/ou gorduras possuem moléculas de triglicerídeos constituídos de três ácidos graxos de cadeias longas, os quais são ligados a uma única molécula do glicerol. Estes ácidos graxos diferem pelo comprimento da cadeia carbônica, do número, da orientação e da posição das duplas ligações presentes na cadeia. (ENCARNAÇÃO, 2007) A mistura acontece entre um ácido graxo com um álcool e um catalisador, sendo mais comum o uso de hidróxido de sódio (NaOH), hidróxido de potássio (KOH), metilato de sódio (MeOH) ou metilato de potássio (KOMe). A reação química, que pode ser observada na Figura 2.1, possibilita a ruptura das moléculas de triglicerídeos em metil ésteres, chamados de biodiesel, e glicerol - glicerina ou 1,2,3-propanotriol- como subproduto. No processo de produção, para cada 1000L de biodiesel produzido, aproximadamente 100L de glicerol são obtidos.

Figura 2.1- Reação de Transesterificação.

Para a produção do metóxido, com o auxílio de um bécher, o hidróxido de potássioKOH- foi pesado em balança analítica. O volume do catalisador foi de 1% em relação à massa da amostra. No mesmo recipiente, foi acrescentado o metanol, sendo seu volume de 20 % da massa do óleo inicial. Após a solubilização, foi adicionado vagarosamente ao metóxido o óleo refinado. Após a mistura do metóxido ao óleo, ocorreu a reação de transesterificação, que teve seu tempo inicial cronometrado após todo o óleo ser introduzido na solução de metanol e catalisador. A transesterificação ocorreu durante 1 hora e 30 minutos, sob agitação constante em misturador a 50º.C de temperatura. Após os 30 primeiros minutos, a coloração se mostrava diferenciada. Terminada a reação, iniciou-se a separação de fases. A fase mais pesada é constituída pela glicerina e a fase leve pelo biodiesel. Através da decantação, as fases podem ser separadas. O produto reacional então foi colocado em um funil de decantação para separação do material. Como incremento no processo de carreamento da glicerina na separação de biodiesel, utilizou-se 10 % de água destilada calculados a partir do volume total de éster previamente produzido. Essa água foi adicionada sobre a reação, com posterior homogeneização e separação de fases. Após a separação, a glicerina foi retirada e iniciou-se a preparação para uma nova transesterificação. 835

Paralelamente a reação do óleo de soja, foi feita a reação do óleo de canola. A produção de metóxido e posterior transesterificação aconteceram da mesma forma em relação ao primeiro óleo. Após a produção, o metóxido foi inserido no bécher contendo óleo de canola e posteriormente solubilizado em agitação constante, durante 1 hora. Nesta segunda fase, o cálculo feito para a reação de transesterificação foi recalculado a partir da massa de glicerina retirada, que foi novamente pesada e armazenada. Assim, a nova solução de metóxido foi preparada com 0,5% de catalisador e 10% de metanol em relação ao peso do éster, ocorrendo por uma hora. O éster produzido foi introduzido novamente em funil de separação, para decantação do material. Por dois dias o material foi separado gradativamente. Após a produção dos biodieseis de canola soja, o material teve seu volume divido em 4 para o armazenamento correto em vidro âmbar. Em uma parte de cada óleo, foi introduzido em um o antioxidante THBQ, na porção de 1 % do volume do éster. O material foi armazenado em vidro âmbar e levado ao Laboratório de Mecânica dos Fluidos e Tecnologias Ambientais do Departamento de Engenharia Agrícola e Meio Ambiente, ambos situados na Escola de Engenharia da Universidade Federal Fluminense, para armazenamento. Após a espera de 11 meses, foi feita a análise cromatográfica das amostras. As análises foram feitas no Laboratório de Biocombustíveis (LABIO), pertencente ao Instituto de Química da Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, na data de na data de 22 de Julho de 2013. Foi analisada no estudo a normalização do álcool metílico e etílico. Também foram quantificados os glicerídeos individualmente e o éster total, sendo este a soma de todos os ésteres. No caso dos álcoois foi utilizada a técnica de padronização interna e para os ésteres a técnica de padronização externa. RESULTADOS As amostras foram identificadas com a tarja “UFF-UFRJ COOPE IVIG” e de acordo com a tabela abaixo: Tabela 3.1 - Amostras Amostras Canola 1- BD canola A002 – 06/11/2012 2- BD Canola A002 com TBHQ – 06/11/2012 Soja 3- BD Soja A001 com TBHQ – 06/11/2012 4- BD Soja A001 – 06/11/2012

De acordo com as análises realizadas, alguns dos cromatogramas estão disponíveis nas figuras a seguir. Em cada cromatograma, os gráficos foram feitos indicando a concentração injetada no eixo vertical e o tempo de corrida na coluna no eixo horizontal.

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Análise de Ésteres totais:

Figura 3.1 : Glicerídeos em Biodiesel de Canola 01

Figura 3.2 : Cromatograma de Glicerídeos em Biodiesel de Canola 01

Análise de álcoois

Figura 3.4 - Cromatograma de Álcool em Biodiesel de Canola 02

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Tabela 3.2: Resultado Final da Cromatografia Canola Canola 02 Soja 03 01 TBHQ TBHQ Glicerina Livre, máx. <0,01 <0,01 <0,01 (% g/g) Monoglicerídeos 0,24 0,24 0,11 (%g/g) Diglicerídeos(%g/g) 0,04 0,04 0,03 Triglicerídeos (%g/g) 0,05 0,05 0,05 Glicerina Total, máx 0,07 0,07 0,04 (%g/g) Ensaio de Ester Total

Teores

Ester, Total, max. 96,7 (%g/g) NI (%g/g) 0,63 NE(%g/g) 2,35 Ensaio de Álcoois Metanol (%g/g) Etanol(%g/g)

<0,01 <0,01

Soja 04 <0,01 0,11 0,03 0,05 0,04

97,2

99

96,08

1,53 0,94

0,49 0,32

1,73 1,31

<0,01 0,02

<0,01 <0,01

<0,01 0,01

Nota: NI- Não identificados NE- Não eluídos

DISCUSSÃO E CONCLUSÃO Os ésteres representados pelas amostras 1, 2, 3 e 4 apresentam diferentes percentuais em função de suas características quanto à fonte de materia prima e a adição de oxidante. A amostra 1 e 2 são formadas por ésteres da oleaginosa canola, na amostra 2 o éster formado contém antioxidante TBHQ e apresenta maior percentual de éster comparada a amostra 1. Mesmo fenômeno também ocorre entre as amostras 3 e 4, amostras de biodiesel de soja, onde a maior quantidade reacional foi identificada a partir da presença de TBHQ. Já na relação de amostras não identificadas e não eluídas, como o material não eluído ou não identificado se remete a produtos da reação que não comportam entre os fatores analisados, é possivel ver a diferença entre as amostras analisadas. Concluindo, a indetificação cromatográfica apresentou excelente resultado em relação aos fatores. Esse fato pode ser comprovado na tabela a seguir, onde é vista a comparação dos valores obtidos com os valores da norma. Tabela 5.1 : comparativa dos resultados da cromatografia com a norma brasileira para especificação do biodiesel. Teores Canola Canola Soja 03 Soja Norma 01 02 TBHQ TBHQ 04 (*) Glicerina Livre, máx. (% <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 0,02 g/g) Monoglicerídeos (%g/g) 0,24 0,24 0,11 0,11 0,80 Diglicerídeos(%g/g) 0,04 0,04 0,03 0,03 0,20 Triglicerídeos (%g/g) 0,05 0,05 0,05 0,05 0,20 Glicerina Total, máx 0,07 0,07 0,04 0,04 0,25 (%g/g) Ensaio de Ester Total

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Ester, Total, max. (%g/g) NI (%g/g) NE(%g/g)

96,7 0,63 2,35

97,2 1,53 0,94

99 0,49 0,32

96,08 1,73 1,31

96,5 -

Ensaio de Álcoois Metanol (%g/g) <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 0,20 Etanol(%g/g) <0,01 0,02 <0,01 0,01 0,20 (*) Nota:Valores da norma para éster total são os valores mínimos e nos demais itens, são os valores máximos.

Os valores de ésteres totais foram acima do valor mínimo da norma. Como todas as análises foram feitas a partir do mesmo protocolo experimental, é possível concluir que o protocolo foi realizado com sucesso, e que a qualidade do biodiesel está dentro dos padrões exigidos pela norma. Como a listagem de qualificações do biodiesel é muito extensa, seriam necessárias outras análises para averiguar outros indicativos do mesmo, porém a cromatografia já apresentou um resultado dentro do esperado. As amostras de soja tiveram melhor rendimento na reação, tanto nas análises com ou sem TBHQ. Este fato pode ser analisando comparando o teor de óleo entre canola e soja. Sendo assim, acredita-se que a reação se deu em maior rendimento para a análise de soja pelas características químicas da reação em si, e também por aumento da quantidade de óleo nas sementes de soja, devido a fabricação. Dentro da análise do bom resultado dos dois óleos também é relevante à origem dos óleos, sendo os dois oriundos de refino. O refinamento produz material de boa qualidade, pois retira as impurezas do óleo. O tempo de espera para feitura das analises de 11 meses não impediu com que as mesmas apresentassem bom resultado, validando a tese inicial de que as análises armazenadas por longo período de tempo poderiam ser usadas em laboratório posteriormente. Oxidação: Entre os principais e mais conhecidos antioxidantes primários incluem-se o butil-hidroxianisol (BHA), butil-hidroxitolueno (BHT), terc-butil-hidroquinona (TBHQ) e propil galato (PG). A estrutura fenólica destes compostos permite a doação de um hidrogênio ao radical livre, regenerando, assim, a molécula do éster e interrompendo o mecanismo de oxidação por radicais livres (BORSATO et al.,2010). Dessa maneira, os derivados fenólicos transformam-se em radicais livres, entretanto estes podem se estabilizar sem promover ou propagar reações de oxidação (RAMALHO, 2010). O excesso de álcool: Apesar do excesso de álcool, as amostras foram isentas de grandes valores de álcool. Esse fator pode se referir por meio do procedimento de secagem da amostra, e também da volatilização dos álcoois. Fator financeiro: O custo da reação não foi calculado. Porém, é notória a necessidade do mesmo, para que a reação possa ser prevista financeiramente e produzida em grande escala. Como o material utilizado foi maior do que a reação de transesterificação comum faz-se necessário esse cálculo. Outros testes: As analises devem ser submetidas a outros testes para maiores comprovações de suas características em relação a outros índices da norma. Isso por que o biodiesel deve ser estabelecido dentro das normas, que tem outras características além das apresentadas neste trabalho. Assim é possível dizer que os objetivos do presente trabalho foram alcançados com êxito, onde a produção e caracterização por análise cromatográfica de biodieseis feitos a partir de soja e canola, como fontes oleaginosas foi feita com sucesso.

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REFERÊNCIAS BIODIESEL. Vantagens e desvantagens do biodiesel. Revista “Biodieselbr”.2010. Disponível em < http://www.biodieselbr.com/biodiesel/vantagens/vantagensbiodiesel.htm> o em 27 de Julho de 2013. BORSATO, D.; Dall'Antonia, L. H.; Guedes, C. L. B.; Maia, E. C. R.; Freitas, H. R.; Moreira, I.; Spacino, K. R.; Quim. Nova 2010, 33, 1726. COSTA NETO P. R; ROSSI, L. F. S.; ZAGONELI,G.F. E RAMOS, L.P, Transesterificação de óleo combustível usado para produção de biodiesel e uso em transporte. 2008.Disponível em: www.biodieselbr.com/biodiesel/biocombustivelalternativo.htm. ado em 12 de Julho de 2013. ENCARNAÇÃO, Ana Paula Gama – Geração de Biodiesel pelos Processos de Transesterificação e Hidroesterificação, Uma Avaliação Econômica - Rio de Janeiro: UFRJ/EQ, 2007. FARIA, R. D, Fátima. Desenvolvimento de metodologias analíticas alternativas por cromatografia gasosa para análise de biodiesel. Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2013. LIMA NETO, A.F., SANTOS, L.S.S., MOURA, C.V.R. Biodiesel de mamona obtido por via etílica, 2006. Disponível em: http://www.biodiesel.gov.br/. o em: 23 de Julho 2013. RAMALHO, F. Antonio. Zoneamento agroecológico, produção e manejo da cultura de palma de óleo na Amazônia / editores: Antonio Ramalho Filho et al. Rio de Janeiro: Embrapa Solos, 2010.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

ESTUDO TÉORICO DOS COMPOSTOS BENZIMIDAZOL E BENZOTRIAZOL COMO INIBIDORES DE CORROSÃO ALAN C. LIMA1, LILIAN WEITZEL C. PAES2 1 2

IC, UFF/EEIMVR, [email protected] PQ, UFF/EEIMVR/VCE, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Os problemas de corrosão são freqüentes e ocorrem em vários processos industriais. Os inibidores de corrosão eliminam ou pelo menos reduzem significativamente o processo de corrosão. Estudos com moléculas orgânicas com a finalidade de inibidores de corrosão são usualmente restritivamente experimentais, o que não permite a elucidação do mecanismo e nem a previsão da eficiência de inibição de diferentes moléculas. Neste trabalho foram realizados cálculos, utilizando a Teoria do Funcional de Densidade (DFT) com a finalidade de associar propriedades moleculares à estrutura geométrica dos compostos benzimidazol (BZM) e benzotriazol (BTAH) foram utilizados três funcionais de densidade o B3LYP, M06L e o TPSSTPSS associado à base 6-31G(d). Foi analisado neste trabalho o HOMO que está relacionado com a facilidade de transferência eletrônica: um acréscimo na energia deste orbital implica em aumento da eficiência de inibição, o momento de dipolo, que indica quanto maior mais eficiente será o inibidor e a diferença HOMO-LUMO, pois quanto menor for esta diferença maior será seu potencial de inibição. Os cálculos computacionais permitiram estabelecer que o composto benzimidazol utilizando o funcional TPSSTPSS apresentou uma energia do HOMO maior do que a do benzotrialzol, entretanto a menor diferença HOMO-LUMO calculado foi para o benzotriazol, que pode apontar para um efeito sinérgico inibidor para a mistura [BTAH]/ [BZM], observada experimentalmente. PALAVRAS–CHAVE: Benzimidazol, Benzotriazol, DFT

THEORETICAL STUDY OF CORROSION INHIBITION OF BENZIMIDAZOLE AND BENZOTRIAZOLE ABSTRACT: Corrosion problems are frequent and occur in various industrial processes. Corrosion inhibitors eliminate or reduce corrosion. Studies with organic molecules with the aim of corrosion inhibitors are usually strictly experimental which does not allow the elucidation of the mechanism and the prediction efficiency or inhibition of different molecules. In this work we performed calculations using the Density Functional Theory (DFT) with the o B3LYP, M06L and TPSSTPSS functional with 6-31G (d) basis set to obtain parameters electronic and structural properties in order to associate the molecular geometric structure of the compounds benzimidazole (BZM) and benzotriazole (BTAH). It was analyzed in this work that the HOMO is related to the facility electron transfer: an increase in the energy of this orbital results in increased efficiency of inhibition, the dipole moment, indicating the greater will be the most effective inhibitor and HOMO-LUMO gap, because the smaller this difference the greater its potential inhibition. The computational calculations allowed establishing that the benzimidazole compound using the functional TPSSTPSS showed a higher HOMO energy than the benzotrialzol, however the smallest HOMO-LUMO difference was calculated for benzotriazole, which may point to a synergistic effect for inhibiting blend [BTAH] / [BZM], observed experimentally KEYWORDS: Benzimidazole, Benzotriazole, DFT.

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INTRODUÇÃO A corrosão é um processo químico que acarreta vários problemas ambientais e econômicos (COUTINHO, C.B., 1992). Nos processos industriais, os equipamentos estão suscetíveis à corrosão afetando sua estrutura, durabilidade e desempenho, podendo torná-lo inadequado para o uso e assim causar prejuízos financeiros. Estruturas metálicas de aplicação industrial geralmente são expostas a meios que facilitam os processos corrosivos, como água do mar e o solo. Atualmente é de fundamental importância o desenvolvimento de métodos cada vez mais eficazes de combate à corrosão, sendo essencial o conhecimento dos diferentes meios agressivos responsáveis pelas reações químicas e eletroquímicas que provocam a deterioração dos materiais (GENTIL, V., 2007). A maioria das técnicas utilizadas promove o isolamento do metal de agentes corrosivos, diminuindo a possibilidade de haver corrosão. Estas técnicas são: os revestimentos, a proteção anódica e catódica e os inibidores de corrosão. Um dos métodos adotados pela indústria para prevenir a corrosão é o uso de inibidores específicos. Um inibidor é uma substância, ou mistura de substâncias, que quando presente em concentrações adequadas no meio corrosivo reduz a velocidade de corrosão do metal, e, conseqüentemente, minimiza ou elimina o processo de corrosão Os inibidores mais eficazes para proteger materiais metálicos em meios ácidos são os de adsorção ou orgânicos, que formam películas protetoras nas regiões anódicas e/ ou catódicas do metal, interferindo na ação eletroquímica A adição de um inibidor orgânico a um sistema eletroquímico promove a adsorção das moléculas do inibidor na interface metal/solução, causando em geral uma mudança de potencial nesta interface, devido à formação de um quelato na superfície do metal, ocorrendo à transferência de elétrons do inibidor orgânico para a superfície metálica (processo de adsorção química). Esta interface metal/solução é caracterizada por uma dupla camada elétrica a presença de um inibidor dentro da dupla camada afeta suas propriedades eletrônicas e estruturais (KUZNETSOV, Y. I., 1996). A adsorção do inibidor é caracterizada por uma carga residual na superfície do metal, pela natureza e estrutura química do inibidor. O modelo da adsorção para um inibidor pode ser representado pelo esquema 1: M(nH2O)ads + I(sol) → MI(ads) + n H2O(sol) Onde o inibidor (I) adsorve no metal(M) e desloca a molécula de água inicialmente adsorvida no metal. A adsorção do inibidor no metal ocorre porque a energia de interação entre o metal e o inibidor no metal é maior do que a energia de interação entre o metal e as moléculas de água. A energia envolvida na adsorção depende da densidade de eletrônica do átomo doador e polarizabilidade, desta forma, inibidores que apresentem um par de elétrons isolados de um átomo doador de um grupo funcional, ou a presença de elétrons π provenientes de anéis aromáticos pode facilitar a transferência do inibidor para o metal. Compostos orgânicos contendo heteroátomos, como nitrogênio e enxofre são usualmente utilizados como inibidores de corrosão metálica, os compostos benzimidazol (BZM) e benzotriazol (BTAH) (figura 1) vem sendo testado e aprovado como inibidor de corrosão para cobre (JIANG, Y., ADAMS, J.B., SUN, D., 2004; UDHAYAKALA, P. et al., 2012; ÖZCAN, M., DEHRI, I˙, ERBIL, M., 2004; EL–MAKSOUD, S.A., 2008). Nos últimos anos vem se aumentando o número de trabalhos empregando o BTAH como inibidor para ligas de cobre, como latão e ligas cuproníquel. Trabalhos recentes 4 vêm mostrando a eficiência do benzotriazol, para o ferro e ligas ferrosas, como para o aço inoxidável em meio ácido (NAGEH K. A.; AHMED, A. N.; ELSAYED A. A., 2009; KHADOM, A. A., 2010). 842

N

N N

N

N

H

H

(a) (b) Figura 1: Estrutura molecular do benzimidazol (BZM) (a) benzotriazol (BTAH) (b). Diversas abordagens teóricas têm sido estudadas com a finalidade de encontrar correlações entre a eficiência dos inibidores com suas propriedades estruturais e eletrônicas (GÖKHAN, G., 2008; HRANJEC, M. et al., 2012). As propriedades estruturais como por exemplos os fatores estéricos, grupos funcionais e propriedades eletrônicas podem influenciar na eficiência de um composto orgânico inibidor. A densidade eletrônica está diretamente envolvida no processo de adsorção química. As análises das diferenças de energias HOMO-LUMO, da energia do HOMO e do momento de dipolo também revelam aspectos importantes a serem considerados. Assim, o objetivo deste trabalho é investigar através de cálculos quânticos a eficiênciade inibição dos compostos benzimidazol (BZM) e benzotriazol (BTAH). METODOLOGIA Todos os cálculos foram realizados com a otimização completa da geometria dos compostos benzimidazol (BZM) e benzotriazol (BTAH) utilizando o programa Gaussian 09w, com o método DFT e o conjunto de bases 6-31G(d). Visando obter parâmetros eletrônicos e estruturais com a finalidade de associar propriedades moleculares à estrutura geométrica foram testados os funcionais B3LYP, ML06 e o TPSSTPSS, os cálculos foram realizados em meio gasoso como também utilizando étodo CM com o solvente H2O. RESULTADOS E DISCUSSÃO A tabela 1 apresenta as energias absolutas calculadas para as estruturas otimizadas dos compostos BZM e BTAH, calculadas utilizando os funcionais B3LYP, ML06 e TPSSTPSS, em meio gasoso e utilizando solvente. Tabela 1: Energias absolutas das estruturas otimizadas Moléculas B3LYP M06L -379,866 -379,819 BZM -379,877 -379,830 BZM (solvente) -395,867 -395,825 BTAH -395,878 -395,836 BTAH (solvente)

TPSSTPSS -379,936 -379,947 -395,944 -395,956

O gráfico 1 apresenta as comparações das energias absolutas calculadas para os compostos BZM e BTAH.

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Benzimidazol (solvente)

Benzimidazol Benzotriazol (solvente)

TPSSTPSS ML06 B3LYP

Benzotriazol

Gráfico 1: Comparação das energias absolutas calculadas dos compostos BZM e BTAH Pode-se observar que as energias absolutas calculadas são semelhantes quando comparamos os funcionais B3LYP, ML06 e TPSSTPSS, sendo que o funcional TPSSTPSS apresentou um energia ligeiramente mais negativa que os demais. A figura 2 apresenta as estruturas otimizadas dos compostos benzimidazol (BZM) e benzotriazol (BTAH). Os parâmetros estruturais calculados apresentam boa concordância com os resultados experimentais (GUO, T., CAO, G., XU, S., 2012) para o composto BZM, os comprimentos de ligação N11-C13 e N12-C6 calculados são respectivamente 1,31 Å e 1,38 Å. Os ângulos de ligação são similares para ambos compostos apresentando o valor de aproximadamente 113º, indicativo que este centro apresenta uma hibridação sp2. As cargas de Mulliken calculadas mostram que ambos os átomos de nitrogênio (N11 e N12) apresenta densidades de elétrons maiores em relação ao os outros átomos.

(a) (b) Figura 2: Parâmetros estruturais calculados para os compostos BZM (a) e BTAH (b) De acordo com a teoria de orbitais de fronteira de Fukui’s a reatividade de um inibidor esta relacionada com os orbitais de fronteira HOMO e LUMO, uma elevada energia do HOMO faz com que o composto apresente uma elevada habilidade de doação de densidade eletrônica, enquanto que uma baixa energia do LUMO é indicativa de uma boa habilidade em aceitar densidade eletrônica. Outro parâmetro a ser analisado é a diferença de energia HOMOLUMO, pois quanto menor a diferença de energia melhor será o inibidor. A tabela 2 apresenta as energias dos orbitais de fronteira, (∆E) calculado para as estruturas benzimidazol (BZM) e benzotriazol (BTAH). Sabe-se que a eficiência da inibição de corrosão Está relacionada aos valores das energias do HOMO e LUMO, sendo a energia do HOMO elevada e o do LUMO baixa 844

favorece a interação do inibidor com a superfície do metal, aumentando desta forma a eficiência da inibição de corrosão (BOUAYED, M. et al., 1999). Tabela 2: Energia dos orbitais de fronteira e ∆E (eV) Molécula B3LYP ML06 HOMO LUMO ∆E HOMO LUMO -6,067 -0,340 5,73 -5,520 -0,957 BZM BZM(sol) -6,219 -0,482 5,74 -5,677 -1,101 -6,039 -1,859 4,18 -6,588 -1,197 BTAH BTAH(sol) -6,061 -1,949 4,11 -6,604 -1,281

∆E 4,56 4,58 5,39 5,32

TPSSTPSS HOMO LUMO ∆E -5,316 -0,970 4,35 -5,472 -1,118 4,35 -5,821 -1,851 3,97 -5,851 -1,942 3,91

Analisando os dados da tabela 2 observa-se que o composto BZM apresenta as maiores energias do HOMO para os funcionais ML06 e TPSSTPSS, outro fato a ser considerado é a influencia do solvente na energia do HOMO e LUMO, sendo a menor diferença de energia HOMO-LUMO o composto BTHA, com o funcional TPSSTPSS. Experimentalmente sabe-se da existência de um efeito sinérgico entre os compostos BZM e BTHA para a inibição da corrosão do aço 304, pois a inibição foi mais eficaz quando os dois compostos se encontram em solução, uma possível explicação para tal fato pode ser dada analisando os valores da tabela 2, onde se tem o composto BMZ com a energia do HOMO maior, e o composto BTHA com a menor diferença HOMO-LUMO. O HOMO está relacionado com a facilidade de transferência eletrônica, a análise deste orbital mostra que ele está principalmente localizado no anel imidazolina o que indica que os sítios ativos preferidos para um ataque eletrofílico (Fig.3)

(a) (b) Figura 3: Distribuição orbital de fronteira HOMO das moléculas BZM (a) e BTAH(b) O momento de dipolo também é uma propriedade que pode ser considerada nesta análise, pois quanto maior o momento de dipolo melhor a eficiência do inibidor. A tabela 3 apresenta os momentos de dipolo calculados para os compostos BZM e BTAH, em todos os funcionais de densidade. Pode-se observar novamente a influencia do solvente água. Observase que o composto BTHA apresenta o maior momento de dipolo em todos os funcionais de densidade. Tabela 3: Momento de dipolo calculado (µ). Momento de Dipolo B3LYP ML06 BZM 3,44 3,48 BZM(sol) 4,67 4,72 BTAH 4,00 4,02 BTAH(sol) 5,36 5,31

TPSSTPSS 3,43 4,69 3,99 5,37 845

CONCLUSÕES A capacidade de inibição dos compostos benzimidazol (BZM) e benzotriazol (BTAH) foi estudada utilizando quatro métodos que usam a teoria do funcional densidade, B3LYP, ML06 e o TPSSTPSS. Os parâmetros estruturais se encontram em boa concordância com os encontrados experimentalmente. Foram analisadas as energias do HOMO e do LUMO, diferença de energia HOMO-LUMO, além do momento de dipolo. Os cálculos demonstram que o composto BZM apresenta a maior energia do HOMO, enquanto o BTHA apresenta a menor diferença de energia HOMO-LUMO. Outra conclusão é que o momento de dipolo para o composto BTHA é maior tanto em fase gasosa quanto em solução. Desta forma, o efeito sinérgico que existe experimentalmente entre os dois compostos BZM e BTHA foi investigado. REFERÊNCIAS BOUAYED, M. et al., Experimental and theoretical study of organic corrosion inhibitors on iron in acidic medium. Corr. Sci, v.41, p.501-517, 1999. COUTINHO, C.B. Materiais Metálicos para Engenharia. Belo Horizonte, M.G. Fundação Cristiano Ottoni, 1992. EL–MAKSOUD, S.A. The Effect of Organic Compounds on the Electrochemical Behaviour of Steel in Acidic Media. A review. Int. J. Electrochem. Sci, v.3, p.528-555, 2008. GENTIL, V. Corrosão 5a ed. RJ. LTC-Livros Técnicos e Científicos S. A,2007. GÖKHAN, G. The use of quantum chemical methods in corrosion inhibitor studies. Corr. Sci, v.50, p.2981-2992, 2008. GUO, T., CAO, G., XU, S. 1H-1,2,3-Benzotriazol-1-yl)methyl benzoate1H-1,2,3Benzotriazol-1-yl)methyl benzoate. Acta Cryst. E68, p.1409-1415, 2012. HRANJEC, M. et al. Crystal structure and synthesis of benzimidazole substituted acrylonitriles and benzimidazo[1, 2-a]quinolines. Struct Chem, v.20,n.1, p.91-99, 2009. JIANG, Y., ADAMS, J.B., SUN, D. Benzotriazole Adsorption on Cu2O(111) Surfaces: A First-Principles Study. J. Phys. Chem. B, v.108, p.12851-12857, 2004. KHADOM, A. A. Adsorption mechanism of benzotriazole for corrosion inhibition of coppernickel alloy in hydrochloric acid. J. Chil. Chem. Soc., v.55, n.1, p.150-152, 2010. KHALED, K.F. The inhibition of benzimidazole derivatives on corrosion of iron in 1 M HCl solutions. Electrochim. Acta, v.48, p.2493-2503, 2003. KUZNETSOV, Y. I. Organic Inhibitors of Corrosion of Metals. 1ª ed. New York. Plenum Press, 1996. NAGEH K. A.; AHMED, A. N.; ELSAYED A. A. A review of the effects of benzotriazole on the corrosion of copper and copper alloys in clean and polluted environments. J. Appl. Electrochem, v.39, p.961-969, 2009. ÖZCAN, M.; DEHRI, I.; ERBIL, M. Organic sulphur-containing compounds as corrosion inhibitors for mild steel in acidic media: correlation between inhibition efficiency and chemical structure. Appl. Surf. Sci, v.236, n.1, p.155-164, 2004. UDHAYAKALA, P. et all. Quantum Chemical Studies on The Efficiencies of Vinyl Imidazole Derivatives as Corrosion Inhibitors For Mild Steel. J. Adv Scient Res., v.3, n.2, p.37-44, 2012.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

ESTUDOS DE PRIMEIROS PRINCÍPIOS DE DERIVADOS DA 2METILIMIDAZOLINA: MODELO DE INIBIDOR DE CORROSÃO VITOR DE OLIVEIRA ARANTES1, LILIAN WEITZEL C. PAES2 1 2

IC, UFF/EEIMVR, [email protected] PQ, UFF/VCE/EEIMVR, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Os problemas de corrosão são freqüentes nas mais variadas atividades como, por exemplo, na indústria química, petrolífera, naval, de construção civil e em obras de arte como monumentos históricos. Neste trabalho foram realizados cálculos, utilizando a Teoria do Funcional de Densidade (DFT) com os funcionais B3LYP, BPW91, B3PW91 e BP86 com o conjunto de bases LANL2DZ para o metal e 6-31G(d) para os átomos leves, visando obter parâmetros eletrônicos e estruturais com a finalidade de associar propriedades moleculares à estrutura geométrica dos compostos 2-metil imidazolina (MIMD) e N-metil-2-metil imidazolina (MMIMD). Neste trabalho foram analisadas as energias do HOMO que está relacionado com a facilidade de transferência eletrônica: um acréscimo na energia deste orbital implica em aumento da eficiência de inibição, o momento de dipolo, que indica quanto maior mais eficiente será o inibidor e a diferença HOMOLUMO, pois quanto menor for esta diferença maior será seu potencial de inibição. Os cálculos computacionais permitiram estabelecer que o composto N-metil-2-metil imidazolina (MMIMD) se mostrou mais eficiente que o composto 2-metil imidazolina (MIMD), devido a uma maior energia do HOMO. Comparando as energias dos HOMO’s o composto N-metil-2-metil imidazolina (MMIMD) com o funcional BPW91 apresentou a maior energia do HOMO. PALAVRAS–CHAVE: 2-metil imidazolina, Corrosão, DFT

FIRST PRINCIPLE STUDIES OF IMIDAZOLINE COMPOUNDS AS A MODEL FOR CORROSION INHIBITION ABSTRACT: Corrosion problems are frequent in various activities such as, for example, in the chemical industry, petroleum, shipbuilding, construction and works of art as historical monuments. In this work we carried out calculations using the Density Functional Theory (DFT) with the B3LYP, BPW91, BP86 and B3PW91 functionals with basis set LANL2DZ for metal and 6-31G (d) for light atoms, to obtain parameters electronic and structural properties in order to associate the molecular geometric structure of the compounds 2-methyl imidazoline (MIMD) and N-methyl-2-methyl imidazoline (MMIMD).Were analyzed in this study HOMO energy that is related to the facility to transfer machine: an increase in the energy of the orbital results in increased efficiency of inhibition, dipole moment, which indicates the higher will be the most effective inhibitor and the difference HOMO-LUMO because the smaller this difference the greater its potential inhibition. The computational calculations allowed establishing that the compound N-methyl-2-methyl imidazoline (MMIMD) was more effective than the 2-methyl imidazoline (MIMD) due to a higher HOMO energy. Comparing the energies of the HOMO's for N-methyl-2-methyl imidazoline (MMIMD) compound it was observed that the functional BPW91 showed the highest HOMO energy. KEYWORDS: 2-methyl imidazoline, Corrosion, DFT.

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INTRODUÇÃO A corrosão é um processo químico que acarreta vários problemas ambientais e econômicos (COUTINHO, C.B., 1992). A corrosão se tornou um problema de importância mundial que afeta direta ou indiretamente diversas atividades do setor petroquímico, aeronáutico, farmacêutico, etc., podendo causar falhas no fornecimento de energia, perda de valiosos recursos, perda ou contaminação de produtos, diminuição da eficiência, além de um maior gasto em manutenção de material. A corrosão metálica é um tema tecnológico atual, uma vez que as perdas econômicas das empresas e governos na reposição das peças metálica corroídas são bastante significativas. Atualmente é de fundamental importância o desenvolvimento de métodos cada vez mais eficazes de combate à corrosão, sendo essencial o conhecimento dos diferentes meios agressivos responsáveis pelas reações químicas e eletroquímicas que provocam a deterioração dos materiais. A maioria das técnicas utilizadas promove o isolamento do metal de agentes corrosivos, diminuindo a possibilidade de haver corrosão. Estas técnicas são: os revestimentos, a proteção anódica e catódica e os inibidores de corrosão (GENTIL, V., 2007) Existem diferentes mecanismos de atuação dos inibidores de corrosão, dependendo da natureza e do meio em que eles se encontram. O processo de inibição ocorre na maioria dos casos pela formação de uma película sobre a superfície metálica que isola o substrato do meio agressivo. Dentre os inibidores de corrosão, os inibidores orgânicos têm se destacado, pois apresentam insaturações e/ou grupamentos fortemente polares contendo nitrogênio, oxigênio ou enxofre, cuja estrutura geralmente possui partes hidrofóbicas e hidrofílicas ionizáveis (KUZNETSOV, Y. I., 1996; PRABHU, R.A. et al., 2008). Os inibidores orgânicos atuam formando um filme protetor na interface metal-meio corrosivo, cuja eficiência depende da qualidade do filme formado, o que torna de fundamental importância o conhecimento de propriedades físicas e químicas, como também, o mecanismo de ação dos inibidores e a natureza do meio e do metal a ser protegido. É possível relacionar eficiência do inibidor com parâmetros estruturais visando identificar e explicar quais são os responsáveis pela eficiência de um composto, tornando viável o desenho de estruturas com elevado potencial inibidor (BOUAYED, M. et al., 1999). Os inibidores orgânicos, em geral, são classificados como inibidores de adsorção, pois tem como fator primordial a sua adsorção na superfície do material com o objetivo de protegê-lo da corrosão (BRESTON, J. N., 1952; ASHASSI, H. S., NABAVI-AMRI, S., 2002). Estes inibidores normalmente promovem a formação de um quelato na superfície do metal, ocorrendo à transferência de elétrons de um composto orgânico inibidor para a superfície metálica (processo de adsorção química). O modelo da adsorção para um inibidor pode ser representado pelo esquema 1: M(nH2O)ads + I(sol) → MI(ads) + n H2O(sol) Onde o inibidor (I) adsorve no metal(M) e desloca a molécula de água inicialmente adsorvida no metal. A adsorção do inibidor no metal ocorre porque a energia de interação entre o metal e o inibidor no metal é maior do que a energia de interação entre o metal e as moléculas de água. Diversas pesquisas têm apresentado as aminas como eficientes inibidores de corrosão em metais, utilizando-se desde aminas primárias a sais quaternários de amônio com cadeias hidrocarbônicas simples, ramificadas ou cíclicas, ou ainda, aromáticas, variando de 4 a mais de 8 átomos de carbono na cadeia ou contendo o átomo de enxofre (YURKO, D. et al., 2005). Os compostos orgânicos que apresentam pelo menos um grupo funcional são os responsáveis pelo processo de adsorção entre o inibidor e a superfície metálica, sendo que a força de

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ligação depende da densidade eletrônica do átomo doador de elétrons e da polarizabilidade do grupo funcional. Diversas abordagens teóricas têm sido estudadas com a finalidade de encontrar correlações entre a eficiência dos inibidores com suas propriedades estruturais e eletrônicas (MONTIEL, E. J. et al., 2011; KHALED, K. F., 2008; BARBARA H. et al., 2010). A densidade eletrônica está diretamente envolvida no processo de adsorção química. As análises das diferenças de energias HOMO-LUMO, da energia do HOMO e do momento de dipolo também revelam aspectos importantes a serem considerados. Assim, o objetivo deste trabalho é investigar através de cálculos quânticos a eficiência de inibição dos derivados da imidazolina. De acordo com a teoria de orbitais de fronteira de Fukui’s a reatividade de um inibidor esta relacionada com os orbitais de fronteira HOMO e LUMO, uma elevada energia do HOMO faz com que o composto apresente uma elevada habilidade de doação de densidade eletrônica, enquanto que uma baixa energia do LUMO é indicativa de uma boa habilidade em aceitar densidade eletrônica. Outro parâmetro a ser analisado é a diferença de energia HOMOLUMO, pois quanto menor for esta diferença melhor a inibição do composto, além destes fatores, o momento de dipolo é uma propriedade importante a ser analisada, pois quanto maior o momento de dipolo melhor a eficiência do inibidor. METODOLOGIA

Todos os cálculos foram realizados com a otimização completa da geometria dos compostos 2-metil imidazolina (MIMD) e N-metil-2-metil imidazolina (MMIMD) (Fig.1) através do programa Gaussian 09w, com o método DFT e o conjunto de bases 6-31G(d). Visando obter parâmetros eletrônicos e estruturais com a finalidade de associar propriedades moleculares à estrutura geométrica foram testados os funcionais B3LYP, BPW91, B3PW91 e BP86.

. (a) MIMD

(b) MMIMD

Figura 1: Estruturas dos derivados da imidazolina. RESULTADOS E DISCUSSÃO A tabela 1 apresenta as energias absolutas calculadas para as estruturas otimizadas dos compostos MIMD e MMIMD, utilizando os funcionais B3LYP, BPW91, B3PW91e BPB6. Tabela 1: Energias absolutas das estruturas otimizadas MIMD Funcional -266,735 B3LYP -266,701 BPW91 -266,630 B3PW91 -266,733 BPB6

MMIMD

-306,046 -306,002 -305,002 -306,040 849

Observa-se que não existem diferenças significativas quando se compara as energias de todos os funcionais, sendo os funcionais B3LYP e BP86 os que apresentam as menores energias para os compostos 2-metil imidazolina (MIMD) e N-metil-2-metil imidazolina (MMIMD). A figura 2 apresenta as estruturas otimizadas dos compostos MIMD e MMIMD. Os parâmetros estruturais calculados apresentam boa concordância com os resultados experimentais e teóricos (RAMACHANDRAN, S. et al., 1997; TURCIO-ORTEGA, D. et al., 2007). Os comprimentos de ligação N9-C2 e N8-C2 calculados são respectivamente 1,40 Å e 1,18 Å, indicando uma ligação simples e uma dupla ligação. Os ângulos de ligação são similares para ambos compostos apresentando o valor de aproximadamente 116º, indicativo que este centro apresenta uma hibridação sp2. As cargas de Mulliken calculadas mostram que ambos os átomos de nitrogênio (N8 e N9) da imidazolina têm densidades de elétrons em excesso em relação ao os outros átomos. A análise de densidade de carga mostra que o nitrogênio da imina possui mais elétrons quando comparado com o nitrogênio terciário devido ao grupo CH3 presente, ocorrendo desta forma, uma aumento da densidade no nitrogênio N9 que pertencente ao composto MMIMD, esta fato revela que os efeitos estérico e indutivo desempenham um papel importante na adsorção química sobre superfícies metálicas.

(a) MIMD

(b) MMIMD

Figura 2: Geometrias otimizadas dos compostos MIMD e MMIMD. A tabela 2 apresenta as energias do HOMO, HOMO-1, diferença de energia HOMO-LUMO (∆E) e o momento de dipolo calculado para as estruturas MIMD e MMIMD. Tabela 2: Parâmetro eletrônicos quânticos calculados energia (eV) µ (D) Molécula MIMD MMIMD MIMD MMIMD MIMD MMIMD

B3LYP HOMO HOMO-1 -5,80 -6,84 -5,53 -6,75

BPW91 B3PW91 HOMO HOMO-1 HOMO HOMO-1 -4,76 -5,62 -5,84 -6,90 -4,50 -5,22 -5,56 -6,81 HOMO-LUMO (∆E) 6,79 4,84 6,81 6,53 4,63 6,54 Momento de Dipolo 2,69 2,71 2,76 2,75 2,77 2,81

BP86 HOMO HOMO-1 -4,86 -5,71 -4,62 -5,63 4,83 4,62 2,69 2,74

Analisando a tabela 2 observa-se que os funcionais BPW91 e o BP86 apresentam as energias do HOMO mais positivas quando comparada aos demais funcionais. A análise do momento de dipolo revela que todos os compostos apresentam aproximadamente o mesmo valor, sendo que para o composto MMIMD o momento de dipolo é ligeiramente maior quando comparado ao composto MIMD. De acordo com a tabela 1 pode-se atribuir que os dois compostos 2-metil imidazolina (MIMD) e N-metil-2-metil imidazolina (MMIMD) 850

apresentam propriedades semelhantes para agir como inibidor de corrosão, mas sendo a Nmetil-2-metil imidazolina ligeiramente mais eficiente para inibição. O gráfico 1 apresenta a diferença de energia HOMO-LUMO, e observa-se que a menor diferença de energia HOMOLUMO encontrada foi para os funcionais BPW91 e BP86 para as duas moléculas. Diferença de Energia HOMO-LUMO MIMD

MMIMD BP86 BP86 B3PW91 B3PW91 BPW91 BPW91 B3LYP B3LYP

Gráfico 1: Diferença de energia HOMO-LUMO (eV) A figura 3 apresenta o diagrama de contorno do HOMO para os compostos MIMD e MMIMD calculados com o funcional BPW91. Observa-se que o HOMO é de caráter π* com maior contribuição do átomo de N, desta forma os átomos de nitrogênio estão envolvidos na interação com a superfície metálica, alem deste fato tem-se que a densidade do HOMO está localizada sobre todo anel imidazol indicando que ambos compostos podem atuar como doador de densidade eletrônica para o metal.

(a) MIMD (b) MMIMD Figura 3: Superfície do HOMO calculado para os compostos MIMD e MMIMD. CONCLUSÕES A capacidade de inibição dos compostos 2-metil imidazolina (MIMD) e N-metil-2metil imidazolina (MMIMD), foi estudada utilizando quatro métodos de teoria do funcional densidade, BP86, B3LYP, BPW91 e B3PW91. As energias absolutas calculadas quando comparadas apresentam os desvios médios relativamente pequenos. As propriedades estruturais calculadas para todos os funcionais estão em boa concordância com os encontrado experimentalmente. Foram analisadas as do HOMO, diferença de energia HOMO-LUMO, momento de dipolo. O composto N-metil-2-metil imidazolina (MMIMD) apresentou quando comparado ao composto 2-metil imidazolina (MIMD) uma eficiência ligeiramente maior para

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os funcionais B3LYP e BP86. Os funcionais B3LYP e B3PW91 superestimaram o valor da diferença de energia HOMO-LUMO. REFERÊNCIAS ASHASSI, H. S., NABAVI-AMRI, S. A. Polarization and impedance methods in corrosion inhibition study of carbon steel by amines in petroleum–water mixtures. Electrochim. Acta, v.47, p.2239-2244, 2002. BARBARA H. et al. Crystal and Molecular Structure Analysis of 2-Methylimidazole. J. of Chem. Cryst, v.3, n.40, p.201-206, 2010. BOUAYED, M. et al., Experimental and theoretical study of organic corrosion inhibitors on iron in acidic medium. Corr. Sci, v.41, p.501-517, 1999. BRESTON, J. N. Corrosion Control with Organic Inhibitors. Ind. Eng. Chem, v.8, n.44 , p.1755-1761, 1952. COUTINHO, C.B. Materiais Metálicos para Engenharia. Belo Horizonte, M.G. Fundação Cristiano Ottoni, 1992. GENTIL, V. Corrosão 5a ed. RJ. LTC-Livros Técnicos e Científicos S. A, 2007 KHALED, K. F. Molecular simulation, quantum chemical calculations and electrochemical studies for inhibition of mild steel by triazoles. Eletrochimica Acta, v.53, p.3484-3492, 2008. KUZNETSOV, Y. I. Organic Inhibitors of Corrosion of Metals. 1ª ed. New York. Plenum Press, 1996. MONTIEL, E. J. et al. Fen Clusters (n = 2–7) Interaction with Furan Ring: DFT Studies over Iron Surface Suitability for Furan Adsorption. J Clust Sci, v.22, p.459-471, 2011. PRABHU, R.A. et al. Inhibition effects of some Schiff’s bases on the corrosion of mild steel in hydrochloric acid solution. Corr. Sci, v.50, p.3356, 2008. RAMACHANDRAN, S. et al. Atomistic Simulations of Oleic Imidazolines Bound to Ferric Clusters. J. Phys. Chem A, v.101, p.83-89, 1997. TURCIO-ORTEGA, D. et al. Interaction of Imidazoline Compounds with Fen (n=1-4 Atoms) as a Model for Corrosion Inhibition: DFT and Electrochemical Studies. J. Phys. Chem. C, v.111, p.9853-9866, 2007. YURKO, D. et al. Corrosion inhibitors: design, performance, and computer simulations J. Phys. Chem. B, v.109, p.22674-22684, 2005. ZUCCHI, F. et al. Tetrazole derivatives as corrosion inhibitors for copper in chloride solutions. Corr. Sci, v.38, n.11, p.2019-2029, 1996.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

IMPORTÂNCIA DOS RESERVATÓRIOS CARBONÁTICOS NA INDÚSTRIA DE PETRÓLEO MAYARA SANTOS¹, ALFREDO CARRASCO² 1 2

Graduanda em Engenharia de Petróleo, UFF, (21)93996350, [email protected] Doutor em Engenharia de Reservatório e de Exploração, UFF, (21)26295557, [email protected]

Apresentado no

I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: As rochas sedimentares são muito estudadas devido ao seu potencial de geração e armazenamento de combustíveis fósseis. Dentro do universo das rochas sedimentares encontramos as rochas carbonáticas, as quais possuem diversas características como rochas reservatório que merecem um estudo mais detalhado em relação a outras litologias. Esse tipo de rocha tem ganhado atenção especial por suas qualidades como rocha reservatório de hidrocarbonetos. Na atualidade, há um grande interesse no assunto, dadas que as reservas encontradas no pré-sal são do tipo carbonático. Sendo assim, é crescente a necessidade de compreensão das características petrofísicas deste tipo litológico, portanto o estudo de parâmetros como a porosidade das rochas carbonáticas é de suma importância para a indústria do petróleo, uma vez que, o entendimento das suas características permitirá o dimensionamento das reservas de hidrocarbonetos. A metodologia usou amostras litológicas representativas e equipamentos de medição adequados dando como resultado valores característicos para este tipo de rocha. PALAVRAS–CHAVE: carbonatos, porosidade, petrofísica.

IMPORTANCE OF CARBONATE RESERVOIRS IN THE OIL INDUSTRY ABSTRACT: Sedimentary rocks are widely studied because of its potential for generation and keeping of fossil fuels. Within the universe of sedimentary rocks, we have the carbonate rocks, which have different characteristics as reservoir rocks and need a more detailed study in relation to other lithologies. This type of rock has gained attention for his qualities as a reservoir rock for hydrocarbons. In these days, there is great interest in this topic, because of the reserves found in the ‘pre-salt’ are carbonate. Thus, there is a growing need for understanding the petrophysical characteristics of this lithologic type, therefore the study of parameters such as the porosity of carbonate rocks is of relevant importance in the oil industry, since the understanding of their characteristics will allow calculate a more approximate value of hydrocarbon reserves. The methodology used lithological representative samples and appropriate measuring equipment and this procedure results in characteristic values for this type of rock. KEYWORDS: carbonates, porosity, petrophysics.

INTRODUÇÃO A medição da condutividade elétrica é fundamental na avaliação das propriedades petrofísicas de uma formação geológica. Esta propriedade pode ser medida através das perfilagens elétricas ou de indução, sendo que a escolha de uma ou da outra técnica depende, sobretudo, do tipo da condutividade da lama de perfuração. Entretanto, as medições da condutividade podem vir a serem influenciadas por diversos fatores, como das camadas adjacentes (shoulder effect) e a zona invadida pela lama, e portanto, é necessário entender esses efeitos para proceder às necessárias correções nas medições (Ellis, 1987). A simulação de situações geológicas complexas é geralmente realizada por técnicas numéricas, já que as modelagens físicas se tornam inviáveis em muitos casos (Anderson & Barber, 1988). Para simular o comportamento de uma ferramenta de indução eletromagnética é utilizado um programa em Fortran o qual considera a distribuição de camadas plano paralelas, desenvolvido por Rijo (1996). Neste trabalho não tem sido considerado e efeito de invasão da lama, pois o ambiente a ser simulado considera uma lama resistiva que tem pouco efeito em criar uma zona de invasão (Viera, 1990) e pela alta profundidade de investigação desta ferramenta. Desta maneira, para obter valores mais confiáveis de porosidade, foi simulado um ambiente condutivo. MATERIAL E MÉTODOS Na modelagem unidimensional (1D) utilizamos os arranjos de transmissor – receptor correspondente à sonda 6FF40. A posição e número de enrolamentos para cada bobina transmissora e receptora estão especificados na Figura 1. As letras indicam as interações entre as bobinas.

Figura 1- Sonda 6FF40 da SCHLUMBERGER Fonte: modificado de Anderson & Barber, 1988. Na modelagem 1D consideramos reservatórios de camadas condutivas devido a que o perfil de indução focalizado 6FF40 tem melhores respostas. No entanto, o avanço tecnológico 854

permitiu o desenvolvimento de novas ferramentas tais como os arranjos multi-sensores, que são ferramentas que dispõem de vários pares de bobinas. Neste caso, o algoritmo 1D trabalha com o arranjo das ferramentas de indução 6FF40 e utilizamos na modelagem três tipos litológicos: intercalações de uma camada salina – carbonato (com presença de hidrocarboneto e aquífero adjacente), e na base uma camada de folhelho. Para testar os resultados derivados dos cálculos do programa consideramos o modelo de Rojas (1995). Este modelo é formado por uma sequência de 27 camadas e é conhecida como formação Oklahoma, o qual é utilizado como ponto referencial na perfilagem de poços. A Figura 2 mostra adicionalmente as respostas desta formação em função das condutividades aparentes usando outros arranjos de indução, como o 2C40 e ILD. Uma comparação entre estas curvas mostra a resposta do arranjo 6FF40 tende a seguir os valores de condutividade verdadeira (em comparação com os outros arranjos), especialmente nas camadas menos condutivas (Rojas, 1995).

Figura 2- Resultados do modelo 1D de Oklahoma Fonte: modificado de Rojas, 1995. Para o modelo de camadas a ser simulado foi tomado como referência o elaborado por Ribeiro (2013), como mostra a Figura 3.

855

Figura 3- Modelo de camadas plano paralelas. Fonte: Ribeiro, 2013. A Figura 3 mostra uma sequência de três camadas, uma superior representando uma camada salina, com resistividade de 800 ohm-m e 15 metros de espessura; uma camada de carbonato contendo hidrocarboneto e água na base com resistividades de 100 e 3 ohm-m, com uma espessura de 10 metros (6 de hidrocarbonetos e 4 do aquífero), e finalmente uma camada de folhelhos com resistividade de 1 ohm-m e 15 m de espessura. Para o calculo das porosidades foi tomado como referencia a lei de Archie :

S wn =

a ⋅ RW φ m ⋅ Rt

(1)

Onde m é fator de cimentação que varia de 1 a 4 dependendo do tipo de porosidade da formação carbonática, sendo que em condições de reservatórios se assume o valor de 2; o fator ‘n’ é o expoente de saturação que para rochas molhadas com óleo é considerado um valor de 2; o coeficiente de tortuosidade ‘a’ varia de 0,62 a 1,2 para rochas carbonáticas (Ahr, 2008). O fator ɸ representa a porosidade a ser calculada, Rw a resistividade da água de formação, que para as condições de reservatório pode ser utilizado um valor de 0,019 ohm-m, dependendo da salinidade e da temperatura da formação (Salazar-Luna, 2004), e Rt é a resistividade da camada a ser representada no modelo.

856

RESULTADOS Como resultado da simulação com o modelo anteriormente descrito, temos a Figura 4.

Figura 4- Simulação da resposta do modelo utilizado. Como pode ser observado, na resposta simulada na cor vermelha, a resposta do perfil de indução é mais próxima da realidade na frente de camadas condutivas (aquífero com profundidade de 21 até 25m), no entanto suas resposta não são confiáveis na frente de camadas resistivas e se afasta dos valores correspondentes ao modelo (linhas de cor azul), como é observado nas profundidades de 0 até 15 m para a camada salina e de 15 até 21 metros para o carbonato contendo hidrocarbonetos. Para o calculo das porosidades é tomado como base a resistividade do modelo, próximo do ponto médio da camada do aquífero, e foram tomados quatro valores do coeficiente de tortuosidade, como mostrado na tabela 1. Nesta tabela observamos que os valores de porosidade são baixos, pois o coeficiente de tortuosidade é considerado um valor da resistividade da água de 0,019 ohm-m, valor que pode variar em concordância à salinidade da água e da temperatura da formação.

857

Tabela 1- Valores de porosidade a

Porosidade (%)

0,62

5,4

0,80

6,1

1,00

6,9

1,20

7,5

CONCLUSÕES Este trabalho mostra o comportamento da sonda 6FF40 de indução em reservatórios com camadas resistivas e condutivas. Os baixos valores de porosidade mostrado na tabela 1 estariam indicando a basicamente a porosidade intergranular. Sabe-se que a porosidade nos carbonatos é muito variada, podendo ser de vários tipos, dependendo da origem deposicional e dos eventos geológicos acontecidos depois da primeira deposição (porosidade secundaria), muito importante neste tipo litológico. No entanto para quantificar este tipo de porosidade seriam necessários modelos mais sofisticados e técnicas mais refinadas na simulação. Também, neste trabalho testamos a eficiência do algoritmo 1D, o qual calculou os modelos testados com um tempo computacional de 3 segundos aproximadamente num PC (Personal Computer). Isto disponibiliza um algoritmo rápido e eficiente, o qual pode ser usado para obtenção de catálogos de correção do efeito das camadas adjacentes (shoulder effect). REFERÊNCIAS AHR, W. M. 2008. Geology of Carbonate Resevoirs. The identification, description, and characterization of hydrocarbon reservoirs in carbonate rocks, Wiley, ANDERSON, B. & BARBER, T.D. 1988. Strange induction logs: a catalog of enviromental effects. SPWLA Twenty-ninth Annual Logging Symposium ELLIS, D. V. 1987. Well Logging for Earth Scientists. New York. Elsevier. RIBEIRO, S. M Simulação numérica da invasão da lama de perfuração em reservatórios carbonáticos. Tese de doutorado. UENF – LENEP. 2013 RIJO, L. 1996, Programa Unidimensional do Perfil de Indução realizado em Fortran.. ROJAS, P. A. 1995, The Forward and Inverse Problems in Induction Logging. Ph.D these, Colorado School of Mines. SALAZAR-LUNA. J.M. 2008. Simulation and inversion of borehole electromagnetic measurements for the estimation of petrophysical properties in the presence of mud-filtrate invasion. Ph. D. Thesis, The University of Texas at Austin. VIEIRA, A. 1990, Modelamento de Perfis de Indução, Tese de Mestrado, UFPA, Belém-Pará.

858

I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

USO DIRETO DAS FUNÇÕES DE INTERPOLAÇÃO DE BASE RADIAL MODELANDO O TERMO FONTE APLICADO AO MÉTODO DOS ELEMENTOS DE CONTORNO. CARLOS FRIEDRICH LOEFFLER NETO¹, PEDRO VINICIUS MOREIRA PEREIRA² 1 2

Doutor, Universidade Federal do Espirito Santo, (27) 4009 2669, [email protected] Graduando, Universidade Federal do Espirito Santo, (27) 9827 3564, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013. RESUMO: Nesse trabalho é apresentada uma técnica para modelar diretamente o domínio integral relacionado à equação de Poisson, pelo Método dos Elementos de Contorno em problemas bidimensionais. Sendo simples e versátil, o esquema proposto evita a discretização do domínio com o uso de primitivas das funções de base radial e transforma o domínio em uma única integral de domínio, permitindo o uso de algumas técnicas relacionadas à teoria de funções de base radial, e uma minimização do esforço computacional. Mostra-se neste trabalho que o procedimento é mais efetivo do que as técnicas comumente empregadas com o mesmo propósito, particularmente a técnica da Dupla Reciprocidade. Para ilustrar a eficiência do método, malhas usando elementos lineares com diferentes graus de refinamento são empregadas na solução, gerando uma curva de desempenho, através da determinação do erro médio percentual cometido, em que se pode identificar o nível de erro e a taxa de convergência. Os resultados obtidos são comparados também com os valores obtidos com a formulação com Dupla Reciprocidade e a devida solução analítica. PALAVRAS–CHAVE: Método dos Elementos de Contorno, funções de base radial.

DIRECT USE OF RADIAL BASIS INTERPOLATION FUNCTIONS MODELING SOURCE WITH BOUNDARY ELEMENT METHOD. ABSTRACT: In this article is presented a technique to model directly the domain integral related the Poisson Equation, within the context of the Boundary Element Method (BEM) for two-dimensional problems. Similarly as the Dual Reciprocity Technique, the proposed scheme avoids domain discretization using primitive radial basis functions; however, it transforms the domain integral into a single boundary integral. Being simpler and versatile, the proposed procedure provides an interesting alternative to use some useful and modern techniques related to radial basis functions theory. It is shown the efficiency of the technique by solving a typical example of Poisson's equation, in which it may be observed that the procedure is more effective than the techniques commonly used for the same purpose, particularly the Dual Reciprocity formulation. To illustrate numerically the efficiency of the method, different meshes with linear elements are used, generating a performance curve by determination of the average percentage error committed, in which one can identify the level of error for each mesh and the convergence rate. The results are also compared with values obtained with the Dual Reciprocity formulation and proper analytical solution. KEYWORDS: Boundary Element Method, radial basis functions.

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INTRODUÇÃO O Método dos Elementos de Contorno (MEC) é uma técnica numérica eficiente, que vem conquistando um interesse cada vez maior no meio acadêmico e industrial por apresentar grandes vantagens no trato de problemas com fronteiras móveis, concentração de tensões, fratura, contato, meios infinitos e semi-infinitos, problemas esses em que os métodos de domínio não são adequados nem simples de empregar. Entretanto, por ser uma técnica de contorno, o MEC não é muito versátil na solução de problemas que incluem de fontes, sorvedouros, forças de inércia e outras ações similares. Estas deficiências têm sido superadas a partir de novas formulações e estratégias geradas nas pesquisas referentes ao método. Diversas técnicas são capazes de resolver satisfatoriamente tais problemas [2], como por exemplo: a integração no domínio através de células; o clássico Tensor de Galerkin; a Múltipla Reciprocidade; e a mais importante delas, a técnica da Dupla Reciprocidade (MECDR) [5]. Esta última aproxima as ações de domínio através de um procedimento de interpolação utilizando funções de base radial plena [1], embora possam ser utilizados outros tipos de funções. Todavia, visando à abordagem de problemas de propagação de ondas, ainda existem dificuldades por resolver, ligadas principalmente à precisão na representação de frequências mais elevadas. Por outro lado, um grande progresso foi feito no desenvolvimento de funções radiais de base compacta [6], que não podem ser utilizadas eficientemente com a Dupla Reciprocidade. A formulação aqui proposta, Integração de Domínio aplicada ao Método dos Elementos e Contorno (MECID), permite a utilização de funções de base radial plena ou compacta para a interpolação de cargas de domínio atuantes em um corpo, sendo então essa equação de interpolação transformada de modo a ser integrada apenas no contorno do problema. Mas, embora a intenção seja o desenvolvimento de uma formulação voltada para a dinâmica, este processo a, necessariamente, pela solução efetiva de problemas mais simples, como os governados pela Equação de Poisson. MATERIAL E MÉTODOS Neste contexto, considere então um domínio bidimensional Ω(X), X= (x1, x2), em que se define um potencial escalar u(X). Considere ainda um campo fisicamente homogêneo e isotrópico com ações de campo quaisquer conhecidas. Com base na Teoria das Equações Integrais é possível escrever a equação de Poisson numa forma integral inversa equivalente, como na Equação 1, dada por [2], :

c(ξ)u(ξ) + ∫ u(X)q * (ξ; X)dΓ − ∫ q(X)u * (ξ; X)dΓ = −∫ p(X)u * (ξ; X)dΩ Γ

Γ

Ω

(1)

Na Eq.(1), q(X) é a derivada normal do potencial escalar u(X). Esta equação foi deduzida considerando-se os procedimentos usuais do MEC [2], que incluem a adoção de uma função auxiliar u*(ξ;X) e sua derivada normal q*(ξ;X), a primeira função sendo a solução de um problema de potencial correlato, governado por uma equação, no qual o domínio é infinito e uma fonte concentrada unitária é aplicada no ponto fonte ξ [2]. Já o valor do coeficiente c(ξ) depende do posicionamento de ξ com relação ao domínio físico Ω e, no caso de ser localizado no contorno, também da suavidade deste [2]. Para a solução do termo integral do lado direito da Eq. (1) com base no procedimento proposto, todo o núcleo da integral de domínio é aproximado como apresentado na Equação 2: 860

∫ p(X)u ∫ ( αψ Ω

ξ

Ω

j

∗

(ξ; X )dΩ = ∫ ( ξ α j F j ( X ))dΩ = Ω

j ,ii

( X ))dΩ = ∫ ( ξ α j ψ ,ji ( X )n i ( X ))dΓ = ∫ ( ξ α j η j ( X ))dΓ Γ

Γ

(2)

As funções de interpolação utilizadas Fj(Xj,X) pertencem a classe das funções de base radial, isto é, o argumento da função é composto pela distância Euclidiana r(Xj,X) entre os pontos de base Xj e os pontos de domínio X, daqui em diante denominados como pontos de informação. De modo similar à MECDR, toma-se uma função primitiva Ψj das funções radiais utilizadas na interpolação original, de modo que se pode utilizar o Teorema da Divergência. Basta então avaliar, através de um esquema numérico, uma integral de linha. Naturalmente, é preciso verificar se esta transformação traz alguma imprecisão numérica ao modelo, o que é verificado através de experiências computacionais. O sistema linear matricial resultante pode ser representado pela Equação 3:

[H]{u} −[G]{q} =[ξ α]{N} = {P}

(3)

Na Eq. (3) [ξα] é uma matriz quadrada que armazena os valores do coeficiente de interpolação, que por sua vez depende do ponto fonte. Em relação às funções de interpolação, funções de base radial clássicas foram testadas e mencionadas no texto são dadas nas Equações 4, 5 e 6: ÁG NG ; O = «6® (radial simples) º

ÁG G ; = « ® ³ (radial cúbica) º

6

ÁG NG ; O = «6® s «6® (radial de placa fina) º ;

º

(4) (5) (6)

O coeficiente δ significa a maior distância entre dois pontos nodais numa malha. Assim como a MECDR, a distribuição da ação de domínio p(X) no interior do domínio não é bem aproximada se os pontos base de interpolação são tomados exclusivamente no contorno. Assim, uma primeira estratégia para melhorar a exatidão dos resultados é simplesmente a introdução de pontos de base dentro do domínio, também denominados polos. Uma vez que a MECIC interpola diretamente todas as funções que compõem o núcleo da integral, consequentemente um maior número de polos deve ser necessário para um melhor desempenho, em contraste com a MECDR. Por outro lado, diferentemente desta, um número excessivo destes pontos no interior face à quantidade de pontos de contorno não perturba os resultados. Uma grande vantagem da MECIC é que as funções de base radial são usadas diretamente para interpolação sem necessitar de derivadas de alta ordem. Apenas uma função primitiva de base radial precisa de ser utilizada, sem acarretar problemas numéricos. Por conseguinte, sendo as exigências matemáticas da MECIC com as funções de interpolação menos rigorosas, a tendência é de melhor desempenho das funções radiais em geral. Por exemplo, uma função bem conhecida como a radial cúbica (sem constantes adicionais) não apresenta convergência com a formulação da Dupla Reciprocidade (FDR) em alguns casos, mas este problema não se observa com a formulação proposta. 861

RESULTADOS E DISCUSSÃO Como mencionado, exemplos que possuem solução analítica são utilizados para avaliar o desempenho da formulação de proposta. Ao mesmo tempo, eles são solucionados pela FDR para permitir uma comparação mais eficiente entre as duas formulações. Isto permite uma ainda melhor avaliação do desempenho desta última formulação, pois é possível que, sob certos aspectos, a geração das duas matrizes auxiliares que caracterizam esta formulação possa produzir efeitos prejudiciais na precisão do modelo. Elementos lineares foram utilizados para ambas as formulações. Malhas que variaram de 36 nós até 164 nós na fronteira são usadas. O número de polos ou pontos internos variou de zero até 484, sendo sua distribuição a mais uniforme possível. A análise de desempenho é feita com o conceito de erro médio percentual percentual cometido em cada malha. Para cada nó, o erro é calculado pela diferença entre o valor numérico e o analítico, dividida pela maior valor analítico apresentado no problema. O primeiro problema é semelhante a uma barra quadrada submetida ao seu peso próprio, na qual sua massa específica varie senoidalmente. Por simplicidade, os valores das propriedades físicas (E, ρ e g) e geométricas geométricas (L) foram adotados unitários. A Fig. 1 ilustra as características do problema.

Figura 1 – Barra quadrada submetida à ação de domínio vertical A equação que governa esse problema é uma Equação de Poisson, dada pela Equação 7:

d 2u ρg  x  = − sen 1  2 dx1 E  L

(7)

Onde E, ρ, g, e L são ão o modulo de elasticidade em Pascal, Pascal, a densidade em 7%/< , a aceleração da gravidade em m²/s e o comprimento da barra em metros. Em relação ao comportamento das funções radiais com a MECDR, a função radial cúbica e função de placa fina não apresentaram bons resultados. A primeira função funç não convergiu e a segunda apresentou resultados fortemente oscilatórios. Elas apresentaram resultados razoáveis apenas para a o caso da ação de domínio constante, não expostos aqui. Já para a MECIC, todas apresentaram bom desempenho, mas a função de placa pla fina foi superior, com elevadas taxa de convergência da curva de erro médio percentual. A razão para essa supremacia se deve a similaridade entre o núcleo da integral interpolada dada pelo produto da ação de domínio por um logaritmo, que é a expressão da da solução fundamental em problemas bidimensionais – e a função de placa fina. 862

São apresentados os resultados numéricos para deslocamentos e forças de superfície, na forma de gráficos de desempenho mostrando o declínio do erro médio percentual como função daa quantidade de pontos internos e nodais no contorno. Inicialmente, mostram-se se os resultados para a MECDR com função radial simples, vide Fig. 2. Na Fig. 3, mostram-se se os resultados para a MECIC com a função radial simples, Fig. 4 os resultados da MECIC com m a função de placa fina.

Figura 2 – Resultados da barra para MECDR com função radial simples.

Figura 3 – Resultados da barra para MECIC com função radial simples.

Figura 4 – Resultados da barra para MECIC com função radial de placa fina. 863

Verifica-se nítida superioridade dos resultados da formulação proposta, tanto nos deslocamentos quanto nas forças de superfície. Na MECIC surgiram problemas de monotonicidade apenas na malha menos refinada. Estes problemas não ocorreram com a função radial simples, mas o nível de erro nesta última é maior do que o obtido pela função radial de placa fina. Entretanto, o desempenho da função radial simples na MECIC também supera a FDR na qualidade dos resultados, conforme pode ser observado, apesar de sua convergência ser mais lenta, demandando maior quantidade de pontos internos numa dada malha. Os resultados de deslocamento e forças de superfície possuem um nível de erro de ordem similar e em alguns casos estas últimas foram calculadas até mesmo com maior eficiência. Um fenômeno importante que pode ocorrer na MECIC está relacionado às malhas de contorno muito refinadas, mas com poucos pontos internos, que assim apresentam inicialmente uma taxa mais lenta de convergência do que malhas com menos pontos no contorno. Muitas vezes, dependendo da complexidade do termo fonte aproximado pelas funções radiais, malhas com mais pontos de contorno e a mesma quantidade de pontos internos têm piores resultados. O segundo exemplo é de uma barra quadrada sujeita a torção uniforme. Este exemplo consiste numa haste prismática de seção transversal quadrada sob torção uniforme, como mostrado esquematicamente na Fig. 5:

Figura 5 – Barra de seção quadrada sujeita a torção uniforme A equação diferencial parcial que rege este problema é uma equação de Poisson, escrita estrategicamente em termos de um potencial de torção função u(x1, x2), Equação 8:

∇ 2 u( x 1 , x 2 ) = −2Gθ

(8)

Na Eq. (8), θ representa o deslocamento angular por unidade de comprimento e G é o módulo de cisalhamento do material constitutivo da haste. A distribuição das tensões cisalhantes na secção transversal é dada pelas fórmulas abaixo, Equação 9: τ x1 =

∂u ( x 1 , x 2 ) ∂u ( x 1 , x 2 ) ;τx2 = − ∂x 2 ∂x 1

(9)

Os valores do módulo de cisalhamento do material constitutivo da haste, o deslocamento angular por unidade de comprimento e as bordas A também são considerados unitária nas simulações. A condição prescrita ao longo de todo o contorno é o potencial de torção nulo.

864

As Figuras 6 e 7 apresentam os resultados para o erro médio percentual cometido no cálculo das tensões cisalhantes para o MECDR e o MECIC usando a função radial simples.

Figure 6- Curvas do erro médio médio para deslocamentos com MECIC. Na esquerda, curvas para função base radial simples, e na direita para função placa fina.

Figure 7- Curvas do erro médio para o deslocamento com MECDR para função radial simples. Para o MECIC, o mesmo comportamento observado observado anteriormente se destaca nesta nova simulação: a forte dependência da inserção de polos internos. Os resultados se tornam satisfatórios quando são inseridos vários pontos. Curiosamente, o efeito de leves oscilações na curva de convergência, devida ao ao reposicionamento dos pontos internos, se ampliou neste caso, por ser bidimensional. Ambas as funções radiais usada com a MECIC alcançaram desempenho regular (erros de cerca de 0,4%), mas mesmo assim foram superiores ao resultado da Dupla Reciprocidade. Ressalta-se R se que como habitual, um número excessivo de pontos internos em relação ao número de nodos de contorno diminui o desempenho do MECDR. Assim, apesar das pequenas oscilações, as curvas de erro de média para a fronteira com malhas mais finas, a curva de convergência do MECIC é preponderantemente convergente, enquanto a curva do MECDR frequentemente não é. CONCLUSÕES Pode-se se notar que a precisão das soluções com a MECIC sem pontos internos resultaram em erros maiores que as obtidas pela FDR, pois esta esta depende mais fortemente de pontos base internos para uma boa aproximação. Introduzindo-se Introduzindo se pontos internos em 865

quantidade suficiente, os resultados para MECIC tornam-se bastante superiores, alcançando elevada precisão. Pode-se também perceber, em diversas outras simulações realizadas e aqui não mostradas por questões de espaço, que os problemas de ausência de monotonicidade foram bastante reduzidos na MECIC e nenhuma instabilidade numérica foi observada. O primeiro fenômeno pode ocorrer porque certas distribuições de pontos internos são mais eficientes e produzem melhores resultados do que outras, mesmo que mais numerosas. Assim, pode-se salientar a robustez da formulação proposta, uma vez que uma ampla gama de diferentes funções radiais pode ser utilizada sem problemas, característica esta que não é observada com a FDR. Isto porque a abordagem da MECIC aproxima diretamente o núcleo completo, tal como uma interpolação simples, apenas fazendo uso de uma função primitiva, sem multiplicações com as matrizes H e G, conforme faz a formulação com Dupla Reciprocidade. A MECIC possibilita também reduzir a quantidade e mesmo eliminar os pontos internos através da sua simples adaptabilidade aos esquemas de aproximação com ajuste, permitindo a redução da dimensão final das matrizes, fator muito importante em futuras aplicações na dinâmica. AGRADECIMENTOS Agradeço ao Programa Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo em Petróleo e Gás – PRH-29, pelo apoio e incentivo. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1]. Brebbia, C. A., Telles, J.C. & Wrobel, L.C. Boundary Element Techniques, Springer Verlag, 1984. [2]. Brebbia, C. A. & Domínguez, J. The Boundary Element Method – An Introductory Course, WIT Press, 1998. [3]. Bueno, F. R. Análise tridimensional inversa usando algoritmo genetic para localização de tumors usando método da reciprocidade dual. Tese de Doutorado, Universidade de Brasília, Depto. Eng. Civil e Meio Ambiente, 2012. [4]. Buhmann M. D. Radial Basis Functions: Theory and Implementations, first ed., Cambridge, University Press, New York, 2003. [5]. Goldberg, M. A. & Chen, C.S. The theory of radial basis functions applied to the BEM for inhomogeneous partial differential equations. Boundary Elements Communications, vol.5, pp. 57-61, 1994. [6]. Kythe, P .K. Introduction to Boundary Element Methods, CRC Press, Boca Raton, 1995. [7]. Nardini, D. & Brebbia, C. A. A new approach for free vibration analysis using boundary elements, in: C. A. Brebbia (Ed.). Applied Mathematical Modelling, vol 7, n. 3, pp. 157-162, 1982. [8]. Partridge, P. W. Approximation functions in the dual reciprocity method. International Journal of Boundary Elements Communications, vol.8, no.1, pp.1-4, 1997. [9]. Partridge, P. W. Towards criteria for selecting approximation functions in the dual reciprocity method. Engineering Analysis with Boundary Elements, vol.24, no.7, pp.519529, 2000. [10]. Wang J. G. &. Liu, G. R. A point interpolation meshless method based on radial basis functions, Int. Journal of Numerical Methods, vol. 54, pp.1623–1648, 2002.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente - Niterói – RJ – Brasil 21 a 25 de Outubro de 2013

TRATAMENTO DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS, INTRODUZINDO UMA NOVA TECNOLOGIA PARA O CENÁRIO BRASILEIRO: PIRÓLISE LENTA A TAMBOR ROTATIVO RIAN CARDOSO CHAMON1, RODOLFO CARDOSO2, CARLOS FREDERICO BARROS3 1

Graduando em Engenharia de Produção,Universidade Federal Fluminense, [email protected] 2Professor DSc do Departamento de Engenharia da Universidade Federal Fluminense, [email protected] 3 Professor DSc do Departamento de Engenharia da Universidade Federal Fluminense, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: A destinação de Resíduos Sólidos Urbanos (RSU) é um problema de caráter nacional com conseqüências graves à sociedade e ao meio ambiente. Entre 2007 e 2010, segundo ABRELPE, foi observado que 42% dos RSU receberam destinação inadequada em lixões a céu aberto. Neste contexto, foi publicada a Lei Nacional de Resíduos Sólidos (Lei nº 12.305 de 02/08/2010), que prevê obrigações aos municípios e entidades responsáveis pelo saneamento público ou privado. Segundo o Índice de Gestão Fiscal criado pela FIRJAN, os municípios brasileiros são em sua maioria incapazes de arcar com seus gastos orçamentários, necessitando de alternativas ambientais corretas capazes de proporcionar balanço favorável na estrutura vigente de custo. É nesse contexto que a tecnologia de Pirólise Lenta a Tambor Rotativo (PLTR) demonstra ser uma alternativa para o tratamento dos RSU, pois representa uma solução de baixo impacto ambiental, capaz de proporcionar fontes de receita (pela geração de energia) a municípios que não possuem capacitação para o tratamento convencional dos RSU. A Resolução da ANEEL 482/2012 fortalece a aplicação da PLTR, pois permite que fontes alternativas de geração de energia (inferior a 1MW) sejam utilizadas para compensar gastos no consumo, elevando o balanço positivo econômico de gerações dentro deste limite. Este artigo visa apresentar a oportunidade e viabilidade da PLTR para o tratamento de RSU, dentro deste cenário, principalmente em municípios com menos de 100 mil habitantes. PALAVRAS–CHAVE:Pirólise Lenta à Tambor Rotativo,resíduos sólidos urbanos,geração de energia.

TREATMENT OF URBAN SOLID WASTE, INTRODUCING A NEW TECHNOLOGY FOR THE BRAZILIAN SCENARIO: SLOW PYROLYSIS IN A ROTATORY REACTOR ABSTRACT: The destination of Urban Solid Waste (USW) is a problem of national concern, with severe consequences to the urban society and the environment. Between 2007 and 2010, according to ABRELPE, it was observed that 42% of USW had received wrong destination in garbage dumps. Furthermore, it was published a National Law for Solid Residues (Number 12.305 of 08/02/2010), which provides obligations for cities and entities that are responsible for public or private sanitation. According to a score created by FIRJAN, most of the Brazilian’s cities are unable to shoulder their budgetary expenses, requiring environmental alternatives capable to produce a positive result in the current structure of costs. The Slow Pyrolysis in a Rotatory Reactor (SPRR) technology has been proven to be an alternative methodology for the USW treatment, as it represents a low environment impact solution, capable of generate sources of revenue (by energy generation) to cities without capacity for the conventional treatment of USW. The Resolution of ANEEL 482/2012 incentivates the application of SPRR, as this technology permits alternatives sources of energy generation (lower than 1MW) being able to be used as a way to compensate the waste of energy, increasing the positive economic balance of generation among this limit. This paper aims to show the opportunity and the viability of SPRR for the USW treatment inside this scenario, mainly in cities with less than 100 thousands inhabitants. KEYWORDS: Slow Pyrolysis in a Rotatory reactor, urban solid waste, energy generation.

INTRODUÇÃO Com o avanço tecnológico e industrial, é observada uma melhoria contínua na agricultura, comunicação, bens de serviço, assim como na produção de bens de consumo. No entanto, tal melhoria é marcada pelo aumento exagerado do descarte e desperdício de Resíduos Sólidos Urbanos (RSU), sem um ideal reaproveitamento. Os RSU transformaram-se, nos últimos anos, em um dos mais importantes problemas ambientais da sociedade. Segundo a Associação Brasileira de Limpeza Pública e Resíduos Especiais (ABRELPE), a geração de RSU no Brasil cresceu 1,3%, de 2011 para 2012, índice que foi superior à taxa de crescimento populacional urbano no país no mesmo período, de 0,9% (ABRELPE, 2012). De acordo com uma matéria publicada na revista da Câmara dos Deputados, uma pesquisa desenvolvida pelo Instituto Akatu apresentou que o volume de lixo produzido no país cresceu de 213 mil toneladas/dia em 2007 para 273mil toneladas/dias em 2013 (MACEDO, 2013). Dados do Plano Nacional de Resíduos Sólidos (PNRS) apresentaram que dos 4.469 municípios brasileiros investigados, 1.856 não realizaram qualquer tipo de tratamento, como incineração, queima ou autoclavação, onde a maior parte deles (2.358) dispam seus resíduos em lixões (PNSB, 2008). Além disso, apesar do índice correspondente à destinação final adequada de RSU no ano de 2012 ter permanecido significativo, a quantidade de RSU destinada inadequadamente cresceu em relação ao ano anterior, em que 23,7 milhões de toneladas seguiram para lixões ou aterros controlados (ABRELPE, 2012). A taxa crescente da produção de RSU, exigências legislativas, evolução das soluções técnicas de valorização e a eliminação desses resíduos, têm originado custos crescentes de gestão, pressionando as entidades gestoras a alterar ou otimizar as soluções técnicas existentes (SANTOS, 2011). Com isso, no ano de 2010, entrou em vigor a Lei Nacional de Resíduos Sólidos nº. 12.305, que regulamenta o setor e define objetivos e metas a serem alcançados no que diz respeito à eliminação destes resíduos. Entre os principais pontos da nova política está a eliminação de lixões e aterros controlados até 2014, assim como, o aumento da coleta seletiva e da responsabilidade compartilhada. Para tal, serão introduzidas no mercado brasileiro, novas tecnologias para o tratamento e aproveitamento energético dos resíduos sólidos, como proposto pela Política Nacional de Resíduos Sólidos. O direcionamento estratégico nacional para o tratamento de Resíduos Sólidos Urbanos, Industriais e Médico-Hospitalares, pode ser analisado em conjunto com os esforços nacionais na melhoria da geração de energia, elevação da confiabilidade do fornecimento e na descentralização de sua produção. Nesse sentido foi instituída em 17 de Abril de 2012 a Resolução Aneel 482/2012, que estabelece as condições gerais para o o de microgeração e minigeração distribuída aos sistemas de distribuição de energia elétrica, o sistema de compensação de energia elétrica, e dá outras providências. Essa resolução, considerada um marco para a descentralização da geração de energia no Brasil, permite a conexão de capacidades de até 1MW na rede de distribuição, inclusive em baixa tensão. Dentro do contexto proposto pelo nosso trabalho, a resolução Aneel 482/2012 proporciona uma alternativa para que algumas tecnologias para tratamento de resíduos com geração de energia tornem-se mais rentáveis, fortalecendo a viabilidade técnico-econômica de modelos de utilização para aproveitamento de resíduos. Desta forma, vêm sendo conduzido no Brasil um projeto inovador voltado ao desenvolvimento de Unidade de Aproveitamento Energético de Resíduos por meio de Tecnologia de Pirólise a Tambor Rotativo (UTR-PLTR), implementado como unidade piloto totalmente nacionalizada no município de Boa Esperança. Este projeto, financiado por Furnas Centrais Elétricas, conta com a participação da Universidade Federal Fluminense, do Centro para Inovação e Competitividade, da Innova

Renovaveis Ltda e da CDIOx Safety Ltda. Assim, este artigo, valendo-se de estudos já realizados por integrantes do projeto, tem por objetivo apresentar a aplicação da tecnologia denominada Pirólise Lenta a Tambor Rotativo (PLTR), como solução técnica para o tratamento de RSU, combinada com a capacidade de minigeração de energia (Menor que 1 MW), atendendo as necessidades brasileiras da descentralização da geração de energia. MATERIAL E MÉTODOS TECNOLOGIA DE PIRÓLISE LENTA A TAMBOR ROTATIVO Atualmente são encontrados diversos tipos de processos térmicos em funcionamento e em desenvolvimento ao redor do mundo. Para melhor compreender tais metodologias, podemos dividir estes processos em tecnologias que utilizam a combustão direta ou indireta, como incineração, gaseificação, pirólise, plasma, carbonização e coprocessamento, e em tecnologias que não utilizam este processo químico, mas apenas aquecem os resíduos com o objetivo de esterilizá-los, como é o caso da tecnologia de autoclave e microondas, utilizadas especialmente para o tratamento de Resíduos de Serviço de Saúde (RSS). Vale ressaltar que, cada uma dessas tecnologias apresenta diferentes configurações e condições de processamento (modo de aquecimento, temperatura, tipo de reator) com resultados que podem ser completamente distintos. Por definição, a pirólise consiste na degradação térmica de hidrocarbonetos na ausência de oxigênio (CONTI, 2009). Este processo requer uma fonte externa de calor para aquecer a matéria e podendo fazer a temperatura variar de 300ºC a mais de 1000°C. Entretanto, tem se observado que qualquer processo térmico com temperaturas superiores a 300°C na ausência de oxigênio, são considerados métodos de pirólise, o que torna o termo extremamente abrangente. Inicialmente, é possível fazer uma distinção quanto aos parâmetros de operação, como tempo de residência dos resíduos e a temperatura a qual ele é submetido (CONTI, 2009): • Pirólise Lenta - Processo a temperaturas superiores a 400°C e longos períodos de residência (40min – 1hora) em que a proporção dos produtos obtidos normalmente é 30% líquidos, 35% carbonáceos e 35% gases; • Pirólise Rápida - Processo a temperatura entre 400°C e 600°C e períodos de residência curtos (t < 2 seg) em que a proporção dos produtos obtidos normalmente é de 75% líquidos, 12% carbonáceos e 13% gases; e • Flash Pirólise - Processo a temperaturas superiores a 800°C e períodos de residência curtos (t ~ 1 seg), a proporção dos produtos obtidos normalmente é de 5% líquidos, 10% carbonáceos e 85% gases. A equipe técnica do projeto UTR-PRLS, por meio de visitas técnicas avaliaram processos que utilizam a tecnologia de Pirólise Lenta e que apresentam efetivo sucesso no tratamento de resíduos Algumas referências são citadas abaixo: • Em Burgau, na Alemanha, foi construída uma usina com capacidade de 95 t/dia de RSU, RSS, lodo de esgoto e de solo contaminado, que opera continuamente desde 1982. Em 2001 foi construída outra unidade de RSU em Hamm, com capacidade de 288 t/dia; • Em Bristol, Inglaterra, existe unidade de tratamento de RSS com capacidade de 24 t/dia, que opera continuamente há 9 anos; • Em Kéflavik, Islândia, existe unidade de tratamento de RSU e RSS com capacidade de 60 t/dia, que opera continuamente há 5 anos; • Em Arthelyse, França, existe uma unidade de tratamento de RSU com capacidade de 137 t/dia. Outras três foram construídas no Japão, pela Hitachi Ltda; e 869

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Uma dezena de unidades foi construída pela Siemens e pela Mitsui (tecnologia R21). A primeira data de 1984 em Ulm, Alemanha, com capacidade de 5 t/dia. As restantes têm capacidade entre 100 t/dia e 200 t/dia e estão localizadas, principalmente, no Japão. A tecnologia utilizada no projeto Furnas UTR-PLTR é de propriedade da parceria MAIM/INNOVA. A UTR-PLTR é uma evolução da tecnologia de pirólise lenta, pois, além de possuir flexibilidade de tratamento de uma ampla variedade de matrizes orgânicas (inclusive resíduos de baixa qualidade como o lixo urbano), transforma os gases obtidos em um gás de síntese limpo, que pode ser utilizado em grupos geradores a gás e turbogeradores. Esta característica permite o desenvolvimento de sistemas mais compactos e modulares, que viabilizam economicamente sistemas de minigeração a partir de biomassa e resíduos. A primeira reação envolvida no processo PLTR é a reação de pirólise, que permite a quebra de cadeias longas de hidrocarbonetos, apresentados como sólidos, em hidrocarbonetos de cadeias menores, líquidos ou gases. A segunda reação, que ocorre concomitantemente a primeira, é o processo de gás d’água. Tal processo utiliza vapor d’água como reagente, transformando alcatrão e carvão em hidrogênio e monóxido de carbono. Para alimentar tais reações, é necessária a queima de cerca de 30% do gás de síntese gerado, fazendo com que este processo seja autossustentável. Os 70% de gás restante pode ser utilizado em grupos geradores para geração de energia elétrica e térmica, ou então, diretamente em sistemas térmicos para gerar calor (vapor, água quente, ar quente) ou frio (chiller). Enquanto as tecnologias de Pirólise a Tambor Rotativo tradicionais buscam queimar o gás de síntese ainda contendo impurezas, a tecnologia de transformação dos resíduos sólidos em gás de síntese da MAIM/INNOVA, o purifica através de um processo de lavagem, transformando-o em um gás de síntese limpo, sem qualquer contaminante, utilizado para a geração de energia elétrica e térmica em grupos geradores a gás (cogeração). Por fim, o gás de síntese limpo é constituído principalmente por elementos químicos elementares e a sua composição pode ter pequenas variações, devido ao tipo de material ou às condições no reator. No entanto, de modo geral, a composição não se afasta substancialmente de 40% de hidrogênio, 20% de hidrocarbonetos leves (metano, etano e propano), 18% de monóxido de carbono, e 15% de gases inertes como dióxido de carbono, nitrogênio e oxigênio. A matéria orgânica presente no RSU é tratada termicamente por pirólise e convertida em gás de síntese (aproximadamente 90% da matéria orgânica seca) e coque/carvão (10% restantes). Outros inorgânicos também estarão presentes nos rejeitos sólidos da pirólise. No total, os rejeitos sólidos da pirólise terão entre 10% e 15% do peso do resíduo bruto. As usinas de pirólise não produzem cinzas voláteis (resíduos perigosos com alta concentração de dioxinas e furanos), não se prevendo a produção de resíduos perigosos. Os rejeitos sólidos gerados pela usina de pirólise consistem, principalmente, de: (a) resíduos metálicos segregados na etapa de preparação do RSU para o reator de pirolise e (b) rejeitos inertes decorrentes da pirólise dos RSU no reator. Os os rejeitos inertes decorrentes da pirólise dos RSU, possuem expectativa de caracterização como “biochar”. Essa denominação é atribuída a composto inerte identificado na Bacia Amazônica, onde ilhas de solos ricos e férteis, chamados “terra preta”, foram criados pelos indígenas. Antropólogos especulam que fogueiras e cozinhas de sambaquis, junto com colocação deliberada de carvão vegetal no solo, resultaram em solos férteis e com alto teor de carbono, muitas vezes com cacos de cerâmica quebrada. Estes solos continuam até hoje a reter o carbono e permanecem ricos em nutrientes, fazendo com que sejam escavados, ensacados e vendidos nos mercados brasileiros. O “biochar” pode também ser produzido através de pirólise ou gaseificação, processos em que a biomassa é submetida ao calor na ausência ou com a redução de oxigênio (MAIA, MADARI & NOVOTNY, 2011).

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Algumas investigações têm confirmando os benefícios gerados pelo “biochar” no solo, como, redução da lixiviação de nitrogênio em águas subterrâneas, possíveis reduções de óxido nitroso, aumento da capacidade de troca catiônica, resultando em melhoria da fertilidade do solo, moderação da acidez do solo, aumento da retenção de água e aumento do número de microorganismos benéficos do solo. Estas utilizações do “biochar” como base para correção de solo tem sido propostas para reduzir as alterações climáticas antropogênicas e para melhorar a fertilidade do solo agrícola.Tal metodologia pode melhorar quase todos os tipos de solos, e em áreas com pouca precipitação ou solos pobres em nutrientes, provavelmente poderá acontecer o maior impacto da adição de “biochar” (MAIA, MADARI & NOVOTNY, 2011). Em relação às alterações climáticas, a produção de “biochar” influencia o ciclo global do carbono, pois quando o “biochar” é produzido a partir de material rico em carbono, que de alguma forma teria se oxidado em curto ou médio prazo, é colocado em um ambiente protegido de oxidação. Sendo assim, o “biochar” pode proporcionar um meio de seqüestrar o carbono que teria entrado na atmosfera como um gás do efeito estufa. (MAIA, MADARI & NOVOTNY, 2011). ESTUDOS COMPARATIVOS COM OUTRAS TECNOLOGIAS A comparabilidade entre as diferentes tecnologias utilizadas para o tratamento de RSU não dependem exclusivamente de seus processos de aplicação, mas sim do contexto de sua aplicação quanto à finalidade, caracterização dos resíduos, formas de custeio e receita. No Brasil, entretanto, não temos estudos que abordem de forma abrangente e aplicada as diferentes tecnologias mundialmente utilizadas para tratamento de RSU. Assim, nesse artigo, utilizaremos como base as conclusões do Centro Nacional de Pesquisas da Itália (CNP): • Os sistemas de pirólise, ao garantir a ausência de ar, permitem alcançar eficiências termodinâmicas superiores e resultados de emissão melhores através da remoção de substâncias nocivas antes da fase de combustão; • Os combustíveis produzidos (gás de síntese) são sensivelmente mais ricos que os obtidos através de processos de gaseificação, visto que não utilizam nenhuma forma de oxidação. Estas características tornam o processo ainda mais versátil e adequado para o aproveitamento energético; • O sistema pode ter dimensões reduzidas, podendo ser instalado em galpões relativamente pequenos no interior de áreas industriais (2000 m² máximo); • O baixo impacto no território e no ambiente permite a aceitação da população local; • Ótimo rendimento global de conversão dos resíduos em calor, com significativa produção de energia elétrica; • O sistema reduz a dependência de aterros sanitários; • A flexibilidade da tecnologia permite também a destinação de resíduos hospitalares, de reciclagem de automóveis, lodo de ETEs e biomassa em geral. Adicionalmente, as avaliações realizadas em unidades em operação dos diferentes tipos de tecnologia apresentados permitem destacar outras vantagens da tecnologia de PLTR: • É capaz de tratar resíduos com baixo poder calorífico, inclusive solo contaminado com hidrocarbonetos, que é quase exclusivamente matéria inerte sem potencial energético (solo). Naturalmente o rendimento da usina é inferior nestes casos; • É capaz de remediar lixões, ao processar os resíduos que se encontram ali depositados;

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Não concorre com a reciclagem, pelo contrário, a usina opera de modo a maximizar os recursos provenientes do lixo, sejam eles energéticos ou de material. Sendo assim, ela pode tratar seja lixo indiferenciado que a fração orgânica da coleta seletiva; Pode operar em conjunto com uma unidade semi manual de segregação de recicláveis, o que permite a integração dos catadores gerando trabalho e renda, que é previsto pela nova Lei Nacional de Resíduos Sólidos; A limpeza do gás de síntese permite grandes vantagens: ganho de eficiência elétrica ao utilizar grupos geradores, modularidade, emissões sensivelmente inferiores às outras tecnologias, utilização do calor residual para processos térmicos, etc.; É capaz de transformar um combustível de péssima qualidade (lixo) em um ótimo combustível (gás de síntese), mantendo 85% da energia original; O processo é autossustentável, sendo que 30% do gás de síntese limpo é enviado para o sistema de aquecimento do reator e os restantes 70% são utilizados em grupos geradores para produzir energia elétrica; A modularidade do processo permite facilmente a ampliação e a adequação às necessidades locais, sendo que cada módulo trata 47 t/dia de lixo; Os gases de escape dos grupos geradores que seriam liberados na atmosfera a uma temperatura de 460°C podem ser reaproveitados para produzir energia térmica; A tecnologia é robusta e não possui nenhum equipamento extremamente complexo com tecnologia de ponta, que viria a encarecer o processo. O mesmo não se pode dizer de outras tecnologias como a de plasma; As temperaturas são limitadas (450°C), sendo assim não é exigido nenhum material resistente a altas temperaturas, o que torna o processo relativamente mais barato quando comparado às outras tecnologias; Quando o syngas é finalmente queimado no grupo gerador ou no sistema de aquecimento do reator não há mais cloro e, portanto, não há formação de dioxinas e furanos; Existem tecnologias que estão utilizando o gás de síntese limpo para a síntese de combustível (tecnologia Fischer-Tropsch) e outros produtos químicos, o que permite uma gama de possibilidades futuras.

O MODELO DE APLICAÇÃO DA UTR-PLTR NO PROJETO FURNAS Os estudos iniciais para configurar o projeto de Furnas, uniram o uso da Tecnologia de Pirólise Lenta a Tambor Rotativo da MAIM/INNOVA com as condições de aproveitamento da minigeração estabelecidas na resolução Aneel 482/2012. Com isso, as produções de energia devem se limitar a 1MW. Como consequência, as UTR-PLTR foram projetadas considerando as seguintes condições de operação e sucesso: • Solução para a disposição dos RSU coletados e capacidade de eliminar ivos ambientais existentes com o uso de “lixões”; • Capacidade nominal menor que 1MW, minigeração, modularmente projetada para diferentes dimensões de municípios e quantidades de RSU; • Dimensões capazes de proporcionar sua instalação próxima a lixão existente no município ou área urbana, com baixo impacto negativo à sociedade ou ao meio ambiente; • Capacidade de operar, ainda em condições econômicas sustentáveis, com atividades de coleta seletiva e reciclagem de RSU;

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Alta sustentabilidade econômica, por meio de um elevado percentual de aproveitamento energético com o tratamento dos resíduos, estabelecendo economias substanciais dos custos de disposição final dos resíduos e consumo de energia nas utilizações públicas municipais (iluminação pública, escolas, prédios públicos municipais, atividades de tratamento de água e esgoto, entre outras);

No específico caso da unidade piloto, a ser implementada no município de Boa Esperança, definiu-se utilizar o máximo dimensionamento de aproveitamento da minigeração – 1MW. No entanto, foram estabelecidas outras configurações menores capazes de atender a especificidades de uma enorme gama de municípios brasileiros ou consórcio intermunicipais. A unidade de 1MW tem capacidade de oferta de 24MW por dia, em regime de operação de 24h, consumindo em torno de 47 toneladas de resíduos. Sua oferta de energia, com base na resolução da minigeração, pode ser utilizada para compensar a energia consumida pelo município. Os estudos realizados no projeto UTR-PLTR Furnas para o processo de licenciamento ambiental, já autorizado, demonstraram claramente que a instalação da Usina de Pirólise a Tambor Rotativo, como aplicação de solução socioambiental para o tratamento de RSU, constrói um cenário futuro de significativa melhoria da qualidade ambiental da região do entorno do empreendimento e das condições socioeconômicas do município de Boa Esperança (RCA, 2013). Pode-se afirmar, com base no estudo, que a usina de pirólise representa, por si mesma, um programa de mitigação de impactos ambientais, pois será instalada em área ambientalmente degradada pela existência de lixão irregular, sendo responsável pela eliminação desse lixo ivo em médio prazo. Essa condição tem efeito similar em um grande número de municípios brasileiros que precisam resolver a disposição final dos seus resíduos, mas precisam também eliminar o ivo ambiental criado pelo uso inadequado de lixão ao longo de anos. O estudo destaca um conjunto de benefícios socioambientais da aplicação da UTR-PLTR: • Melhoria nas condições ambientais do entorno da usina de pirólise e lixão, com a eliminação do ivo ambiental existente que provoca contaminação no solo, águas subterrâneas e nascentes próximas; • Melhoria na qualidade do ar, com a eliminação da fonte de emissão de metano pelo consumo dos RSU já dispostos no atual lixão de Boa Esperança; • Eliminação dos vetores de doenças atualmente associados ao lixão de Boa Esperança, atualmente em elevada proliferação no local (roedores, urubus, etc.); • Redução dos gastos municipais com consumo de energia elétrica pelo uso da regulamentação de compensação por minigeração, em decorrência a melhoria da disponibilidade de energia elétrica por meio da possibilidade de aumento de oferta em iluminação pública, escolas, postos de saúde, etc.; • Melhoria das condições socioeconômicas e do IDH pela maior capacidade municipal de oferta de energia elétrica e reaplicação dos recursos economizados pela compensação energética em outras necessidades da comunidade; • Apoio, por meio da capacidade de ação combinada da usina de pirólise e do movimento de coleta seletiva (conforme já destacado neste relatório), ao movimento organizado de catadores do município de Boa Esperança; • Potencial fonte de recursos financeiros e empregos com a exploração dos rejeitos inertes, na condição de “biochar”, conforme relatado neste relatório, provendo opção de atuação combinada com a associação de catadores do município de Boa Esperança. 873

Além disso, o estudo para o licenciamento analisou as viabilidades econômicas do cenário de aplicação da UTR-PLTR no município de Boa Esperança. Nesse cenário, conforme estudo (RCA,2013), a energia gerada na usina será utilizada para compensar o consumo de unidades vinculadas ao CNPJ da prefeitura, tais como escolas, prédios públicos municipais, iluminação pública municipal, entre outras, estimada em 7.896 MW/ano (8.760 MW/ano de energia gerada pela usina subtraído 72 MW/mês = 864 MW/ano de energia consumida para manter a usina em operação). Isso significa uma compensação energética que pode evitar um custo estimado para o município de até R$ 3.194.699,88 por ano, considerando-se a tarifa atual do município de R$ 0,40459725 por kW. Adicionalmente, os créditos com a compensação de energia podem ser utilizados dentro de prazo de 2 anos (caso geração de energia elétrica seja superior ao consumo), o que garante que sobras possam compensar os picos de consumo nas épocas de eventos turísticos e férias. O estudo destaca também que a usina de pirólise necessita de somente uma hora para entrar em operação, e que a energia necessária para degradação é proveniente dos próprios gases gerados, não havendo, portanto, consumo externo para operação após a 1ª hora. A operação é realizada com uma equipe de 4 a 6 pessoas por turno de 8 horas, e que os custos com manutenção por operação são pouco significantes quando desdobrados em horas de operação. Dessa forma, os benefícios financeiros auferidos com a UTR-PLTR para o município de Boa Esperança são compostos por 3 fatores: • Economia com a destinação dos RSU coletados - R$ 592.000,00 por ano; • Economia com o tratamento dos resíduos dispostos no lixão da cidade, após mais de 10 anos de operação - estimados em R$ 500.000,00; • Compensação energética do município - R$ 3.196.699,88 por ano. RESULTADOS E DISCUSSÃO A análise final desse artigo deve considerar 3 perspectivas. A primeira delas sob o ponto de vista da tecnologia de Pirólise Lenta a Tambor Rotativo, em especial a tecnologia MAIM/INNOVA. A segunda perspectiva em termos de impactos socioambientais. E a terceira, tendo por base a capacidade de aplicação nas especificidades dos municípios brasileiros. Do ponto de vista da tecnologia, o estudo do Centro Nacional de Pesquisas da Itália (CNP), apresenta inúmeras vantagens, conforme apresentado anteriormente. Especificamente, a tecnologia MAIM/INNOVA, pode-se destacar: • O processo ocorre de forma autosuficiente, consumindo 30% dos gases gerados, não necessitando da inserção de fontes de energia externas; • São capazes de operar com resíduos mais úmidos que as demais tecnologias, o que se torna altamente adequado nas características dos RSU brasileiros (com mais de 60% de umidade); Isso ocorre porque a tecnologia MAIM/INNOVA, além das reações de pirólise, utiliza as reações de gás d’água, na qual o carbono reage com vapor d’água e forma monóxido de carbono e hidrogênio; • Outras unidades fazem a combustão do gás de síntese diretamente em caldeira. Eesta tecnologia limpa o gás e o envia a grupos geradores. Quando o gás de síntese é utilizado em grupos geradores a gás obtém uma eficiência superior à eficiência de um ciclo a vapor (caldeira e turbina a vapor), ou seja, enquanto os melhores incineradores atingem uma eficiência de 20%, o sistema de transformação dos resíduos sólidos em gás de síntese e o seu uso em grupos geradores permite atingir eficiências elétricas globais de até 30%; 874

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Opera com temperaturas mais baixas que outras unidades de pirólise (450°C), o que reduz riscos de segurança e meio ambiente, além de proporcionar vantagens operacionais no acionamento e paralisação da unidade.

Dentro da perspectiva socioambiental, os estudos ambientais demonstram os insignificantes impactos negativos sobre o meio ambiente e comunidades locais. Por outro lado, seus benefícios são evidentes, tendo em vista a correta destinação dos resíduos e capacidade de eliminação de ivos ambientais dos lixões existentes. A obtenção de um gás combustível limpo tem uma série de vantagens ambientais, pois o controle de pureza desse gás garante que a combustão de gases limpos irá produzir emissões limpas, ou seja, a combustão de hidrogênio, hidrocarbonetos e monóxido de carbono irá produzir somente dióxido de carbono e vapor d’água. Nem a matéria inerte, nem os gases am por nenhum processo oxidante (não há combustão/queima), e portanto não há produção de dioxinas, furanos, hidrocarbonetos aromáticos policíclicos, cinzas volantes, vapores de metais pesados, etc. Por fim, sob a perspectiva de aplicação, deve-se iniciar considerando que a maioria dos municípios brasileiros é menor que 60 mil habitantes (91%), ou seja, geram menos de 47 ton/dia de RSU. Assim esses municípios seriam capazes de tratar seus RSU com geração de energia que aproveitem as características de minigeração, condição amplamente favorável ao uso da UTR-PLTR. Se considerarmos o Índice de Gestão Fiscal, criado pela FIRJAN, os municípios brasileiros são em sua maioria incapazes de arcar com seus gastos orçamentários. Essa situação deve ser considerada quando se busca a solução ao tratamento de RSU, pois soluções, mesmo que ambientalmente corretas, que produzam contínuos gastos municipais tendem a ser abandonados futuramente, como o que vem ocorrendo com os Aterros Sanitários. A UTR-PLTR possui característica de oferta contínua de compensação de gastos com energia elétrica. Sua descontinuidade provocaria encerramento dessa compensação, tornando mais vantajoso ao município continuar com os gastos de operação da usina que retornar a pagar o consumo de energia. Assim, de forma geral, a UTR-PLTR possui elevados benefícios, em especial quanto aos municípios de menor porte, que não possuem estrutura adequada para a operação de obras de engenharia dispendiosas como aterros sanitários. Para eles, a implementação dessa nova tecnologia permitirá tratamento ivo de resíduos sólidos existentes dispostos de forma irregular em lixões abertos e o correto tratamento dos que serão gerados futuramente, trazendo qualidade de vida e reduzindo os riscos a saúde, com a eliminação da percolação de chorume, da liberação de gases de efeito estufa e da proliferação de vetores de doenças. A tecnologia de PLTR com a utilização de grupos geradores a gás torna-se uma excelente alternativa economicamente viável de aproveitamento da biomassa e de resíduos sólidos em pequenas capacidades. Isso permitirá aplicação como unidade de serviço descentralizada para pequenos municípios, distritos, localidades isoladas, clientes industriais, hospitais, shopping centers e condomínios na transformação de resíduos em energia elétrica ou gás de síntese. Nacionalmente, os resultados do uso da tecnologia PLTR permitirão a diversificação da matriz energética brasileira. Embora existam usinas que gerem energia a partir de resíduos no país, estes projetos não utilizam processos térmicos e sim, o gás de aterro captado em aterros sanitários. Esta aplicação é limitada para grandes empreendimentos e possui uma taxa de conversão de resíduos em energia mais de 10 vezes inferior a da tecnologia proposta.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

A INFLUÊNCIA DA MUDANÇA CLIMÁTICA NA INTENSIDADE E DISTRIBUIÇÃO DAS CHUVAS EM QUATRO ESTAÇÕES METEOROLÓGICAS ANGEL SANTIAGO FERNANDEZ BOU1, JOÃO CARANZANO2, TAMMY LIMA DE JESÚS3, FERNANDO MATIAS4, JULIO WASSERMAN5 1

Eng. Agrônomo, Universidade Federal Fluminense, [email protected] Biólogo, Universidade Federal Fluminense, [email protected] 3 Eng. de Produção, Universidade Federal Fluminense, [email protected] 4 Biólogo, Universidade Federal Fluminense, [email protected] 5 D.Sc. em Oceanologia, Universidade Federal Fluminense, [email protected] 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: As mudanças climáticas têm sido objeto de estudo durante as últimas décadas por parte da comunidade científica. Por serem alterações que ocorrem no clima global do Planeta, podem ser comprovadas através de registros com base em métodos científicos. Este artigo teve como objetivo estudar a existência de alterações na distribuição temporal e na intensidade das chuvas numa amostra de quatro estações pluviométricas. Para entender a intensidade da chuva ao longo da série temporal estudou-se o desvio padrão e a tendência das precipitações totais anuais. Para verificar alterações nas distribuições das chuvas ao longo do tempo aplicou-se o teste de Kolmogorov-Smirnov. O desvio padrão mostra que existe muita variabilidade no regime de intensidade das chuvas, mas a tendência indica que as precipitações totais anuais tendem a aumentar nas quatro estações. Os resultados obtidos com os testes de K-S indicam que não se podem rejeitar as hipóteses de que todas as distribuições estudadas não são diferentes entre si, nem que as maiores chuvas diárias não estão distribuídas uniformemente. Portanto, conclui-se que, na série temporal estudada para cada estação, não houve alterações significativas na distribuição das chuvas nem na quantidade mensal de chuva, mas que a tendência da precipitação anual é aumentar. PALAVRAS-CHAVE: Mudanças climáticas, teste Kolmogorov-Smirnov, intensidade das chuvas. THE INFLUENCE OF CLIMATE CHANGE ON THE INTENSITY AND DISTRIBUTION OF THE RAIN IN FOUR WEATHER STATIONS ABSTRACT: Climate changes have been studied during the last decades by the scientific community. These changes can be observed in the global climate and may be evidenced by records obtained with scientific methods. The purpose of this article was to study the existence of changes in the distribution and intensity of rainfall in four rainfall stations. The standard deviation and the trend were studied to understand the rain intensity along the series. The Kolmogorov-Smirnov test was applied to check if changes occur in the rain distribution over time. The standard deviation shows high variety in rainfall intensity during the whole series, but the trend indicates the annual precipitation tends to increase. The K-S tests do not reject the hypothesis that all distributions studied are not different between them. Therefore, it is concluded that in the studied time series for each station there were no significant changes in the rainfall distribution, but the annual rainfall amount tends to increase. KEYWORDS: climate change; Kolmogorov-Smirnov test; rainfall intensity.

INTRODUÇÃO Desde a década de 70, as mudanças climáticas e os seus impactos sobre o meio ambiente vêm sendo estudadas com mais afinco, diante da perspectiva do aquecimento global, dado pelo efeito estufa. Atualmente, a sociedade científica realiza estudos multidisciplinares, englobando conhecimentos meteorológicos, oceanográficos, biológicos e de muitas outras áreas de conhecimento, buscando entender a dinâmica ambiental e o que está de fato ocorrendo com o planeta. Em meados do século ado, modelos climáticos foram aplicados de maneira inadequada, onde, por exemplo, um modelo desenvolvido para o clima norte-americano era aplicado em climas tropicais sul-americanos. Outro ponto a ser destacado é que, nos cenários criados, analisam-se os impactos causados em determinada área e os resultados futuros para aquela mesma área, não levando em consideração possíveis impactos em outras regiões. Um exemplo disso é o fato de estudos sobre desmatamento serem realizados na Amazônia sem haver questionamento sobre os impactos desse desmatamento em outras regiões do planeta. Dificilmente um cenário climático será capaz de considerar uma extensa gama de pressupostos nas projeções climáticas, o que pode comprometer a interpretação de resultados de estudos de impactos (Marengo, 2006). Segundo relatório do IPCC (Intergovernmental on Climate Change) publicado em 2012, há evidências de que muitos eventos considerados extremos vêm afetando diversos países, causando mortes, perdas econômicas e ambientais (Field et al., 2012). Para apoiar o relatório do IPCC, se podem citar alguns eventos climáticos ocorridos nas últimas décadas, como as ondas de calor na Europa (2003), furacões de grande intensidade na América do Norte (Katrina, Vilma e Rita em 2005) e o furacão Catarina que atingiu a região Sul do Brasil em março de 2004. Juntamente com os eventos citados, deve-se ressaltar a capacidade das alterações climáticas interferirem ativamente em assuntos como a perda de biodiversidade, impactos na saúde, na produção de alimentos e na geração de energia (Marengo, 2006). Os eventos climáticos adversos que estamos presenciando no planeta podem ser entendidos como uma alteração significativa dos padrões climáticos observados ao longo de vários anos, desviando da normalidade das condições médias do clima (Ipcc, 2001). De acordo com diversos autores (Easterling e Wehner, 2009; Grant Foster and Stefan, 2011) a temperatura global diminuiu no início do Século XXI. Os climatologistas Kosaka e Xie desenvolveram um modelo que indica que o resfriamento no Pacífico tropical (equivalente a 8,2% da superfície terrestre), foi responsável pela diminuição da temperatura global em 0,15 ºC, comparado com a década de 1990 (Kosaka e Xie, 2013). Esse estudo sustenta a hipótese de que os oceanos são os grandes reguladores do clima do planeta. Ressalta-se a complexidade relacionada aos aspectos meteorológicos, onde diversas variáveis estão relacionadas possibilitando que pequenas variações das condições iniciais provoquem resultados totalmente diferentes. As variáveis presentes no sistema climático estão interrelacionadas; sendo assim, um aumento no aporte de CO2, por exemplo, pode ser capaz de desestabilizar o sistema. Outro fator de grande importância relacionado ao sistema climático são os s que podem ocorrer. O é a resposta a um determinado estímulo, como alterações na atmosfera, oceanos, solos, glaciares, etc. Pode ser positivo, se a resposta amplificar o efeito do estímulo, ou negativo, se o atenuar. Em relação aos fenômenos que afetam ao sistema climático, uma teoria que permite explicar mudanças climáticas na Terra prazo de milênios é a do Ciclo de Milankovitch. Segundo Milankovitch, o ciclo de variação orbital ocorre periodicamente e faz com que a radiação solar que chega à superfície do planeta tenha uma intensidade diferente em cada hemisfério. Essa teoria defende que a excentricidade orbital, a inclinação do eixo terrestre e a precessão

influenciam as alterações climáticas que ocorrem no nosso planeta. Em relação à excentricidade orbital, verifica-se que apresenta um período de cerca de 100.000 anos e se altera gradualmente de acordo com o seu formato elipsoide. Em relação à inclinação do eixo da Terra, verifica-se que a cada 25.000 anos ocorrem alterações. O movimento de precessão faz com que a Terra, conforme gira em torno do seu eixo, o eixo também se altere de forma circular. A precessão provoca que a estrela que indica o Norte mude ao longo dos séculos. Além de todos esses complicadores citados anteriormente, não há conhecimento total dos fenômenos atmosféricos e suas relações, há escassez de dados históricos e existência de dados não confiáveis, impossibilitando uma perfeita parametrização dos modelos climáticos. No Brasil, segundo Cavalcanti, a região sudeste não tem presenciado grandes alterações no regime de chuvas nos últimos 50 anos (Cavalcanti, 2009). Em contrapartida, de acordo com Silva et al., apresentou eventos extremos, ou seja, aumento na frequência e intensidade das chuvas (Silva et al., 2012). Este estudo teve como objetivo analisar a existência de alterações na intensidade e distribuição das precipitações em quatro estações meteorológicas da sub-bacia 58, do Rio Paraíba do Sul (RJ). MATERIAL E MÉTODOS Os dados das estações meteorológicas foram obtidos de site da Agência Nacional de Águas, Hidroweb (http://hidroweb.ana.gov.br) e foram tratados mediante o software Microsoft Excel e Matlab. O critério de seleção das estações foi a quantidade e qualidade dos dados. Estudaram-se diversas estações e se selecionaram quatro com uma série de, pelo menos 5 décadas, com poucas falhas. Os dados consistidos (nível 2) foram preferidos aos dados brutos (nível 1). As estações são apresentadas na Tabela . Tabela 1: Estações pluviométricas Estação Longitude

Latitude

Código

Sub-bacia

Moreli

-43,00263889

-22,20083333

2243016

58

Pedro do Rio

-43,00555556

-22,3325

2243012

58

Itamarati

-43,0075

-22,48527778

2243010

58

Volta Redonda

-44,00375

-22,50111111

2244041

58

Série 01/1955 – 12/2012 12/1938 – 01/2013 01/1938 – 08/2005 01/1944 – 01/2013

No padrão de Hidroweb, os dados de chuvas totais mensais são apresentados em uma coluna só, onde as filas representam os meses. Para cada estação, através de um programa desenvolvido em Matlab, se estruturaram os dados em 12 colunas, representando cada uma delas um mês, e as filas representando cada ano. Os dados diários são apresentados já em um formato adequado para seu tratamento. Análise da média e da tendência das precipitações totais anuais Para analisar a tendência e o comportamento das precipitações totais anuais com respeito à média, criou-se um gráfico em Excel representando a precipitação total de cada ano da série, a média da precipitação anual da série, e a tendência das precipitações totais anuais. 879

O objetivo foi verificar se existe alternância continuamente ao longo da série, ou seja, se de maneira constante alguns anos apresentam valores maiores do que outros abaixo da média. A linha de tendência da precipitação média anual indica se a precipitação média anual aumenta ou diminui ao longo da série. Análise da frequência das precipitações Foi calculada a frequência das precipitações por intervalos, ou seja, um histograma. Para isto, criaram-se dez classes de precipitação de maneira a criar dez intervalos iguais de precipitações entre a máxima e a mínima da série. Desvio padrão O desvio padrão representa a dispersão estatística dos dados em relação à média, conforme à Equação 1.. σ=Ó

1 n-1

∑ni=1 (xi -µ)

2

(1)

Onde σ é o desvio padrão, n é o número de elementos da amostra, i é a posição de cada elemento, xi é cada elemento e µ é a média da amostra. Quando uma distribuição é Normal 68,2% dos indivíduos estão dentro do intervalo µ±σ (ou seja, 31,8% de indivíduos fora do intervalo), 95,4% dentro de µ±2σ (ou seja, 4,6% fora), 99,7% dentro de µ±3σ (ou seja, 0,3% fora). Para cada estação se calculou: - Média mensal - Desvio padrão, σ - Número de vezes (anos) dentro da série em que cada mês fica fora do intervalo µ±2σ. - Número de meses em cada ano que ficam fora do intervalo µ±σ. - Proporção entre o número de outliers (fora de µ±2σ) e o total dos dados que, teoricamente, deveria ser 4,6% do total. Teste Kolmogorov-Smirnov O teste K-S compara distribuições. A hipótese nula é que duas distribuições são iguais (pertencem à mesma amostra), mas também pode ser usado para verificar se uma distribuição é uniforme. Foi escolhido o teste de Kolmogorov -Smirnov por ser um dois mais populares na literatura climatológica e meteorológica (Vlček e Huth, 2009). O teste K-S pode ser calculado através do software Excel, montando em duas colunas os dados de cada distribuição, em outras duas as frequências acumuladas, e em outra a diferença entre frequências. Caso algum valor da diferença seja maior que o D crítico (função do número de amostras e do nível de significância; por exemplo, para n=12 e α0=5%, quando se comparam distribuições médias mensais de duas décadas, o D crítico é 0,3754), se rejeitará a hipótese nula; caso contrário, o teste não poderá rejeitar a hipótese nula de que as duas distribuições comparadas não são diferentes (as duas distribuições pertencem à mesma amostra). O cálculo pode ser feito de forma muito simples com Matlab, com a sintaxe “h = kstest2(x1,x2)”, onde x1 e x2 são os dados das duas séries a serem comparadas (por exemplo, as médias de chuvas mensais da década 1 e da 2). Se o resultado for 0, o teste não pode

880

rejeitar a hipótese nula; se for 1, o teste rejeita a hipótese nula, ou seja, as distribuições são diferentes. Este estudo comparou as seguintes distribuições para cada estação, para um nível de significância α0 = 5%: - Distribuição média mensal das precipitações dos primeiros 75% dos anos com a distribuição média mensal dos últimos 25% dos anos da série. - Distribuição média mensal das precipitações dos primeiros 75% dos anos com a distribuição das chuvas totais mensais de cada ano dos últimos 25% da série. - Distribuição média mensal das precipitações de cada década, comparando as décadas duas a duas. - Hipótese de distribuição uniforme das maiores precipitações diárias correspondentes a 1% do total agrupadas por décadas. Para fazer este cálculo, os dados diários de precipitações se organizaram em uma matriz com os dias situados nas colunas e os meses/anos em linhas (cada mês completo, do dia primeiro ao último, numa linha). Paralelamente se construiu outra matriz com o mesmo número de linhas e colunas, respeitando a mesma estrutura (meses nas linhas e dias nas colunas); cada posição nesta matriz poderia tomar o valor 1, se o valor da chuva desse dia na primeira matriz estava entre as 1% maiores chuvas, ou 0 em caso contrário. Depois se somaram os valores de maiores chuvas de cada década e se normalizaram, dividindo pelo número de dias disponíveis (para evitar enganos por falhas nas séries de dados). O teste de K-S foi aplicado à distribuição normalizada das maiores chuvas de cada década, que foi comparada com uma distribuição uniforme. RESULTADOS E DISCUSÃO Análise da média e da tendência da precipitação anual As figuras Figura , Figura , Figura e Figura apresentam todos os dados das precipitações anuais totais nas estações pluviométricas de Morelli, Pedro do Rio, Itamarati e Volta Redonda respectivamente. As equações da tendência das estações estão na Tabela . Pode observar-se em todas as estações que a precipitação total anual se alterna acima e abaixo da média. No entanto, a tendência da precipitação total anual é crescente, ou seja, cada vez as precipitações anuais são maiores. 2100,00 1900,00 1700,00 1500,00 1300,00 1100,00 900,00 700,00 500,00 2001 2003 2005

1997 1999

1993 1995

1989 1991

1985 1987

1981 1983

1977 1979

1971 1973 1975

1967 1969

1963 1965

1959 1961

1955 1957

300,00

Figura 1: sequência de precipitações anuais, média e tendência em Morelli 881

1944 1946 1948 1950 1952 1954 1956 1958 1960 1962 1964 1966 1968 1970 1972 1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012

1939 1941 1943 1945 1947 1949 1951 1953 1955 1957 1959 1961 1963 1965 1967 1969 1971 1973 1975 1977 1979 1981 1983 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003 1938 1940 1942 1944 1946 1948 1950 1952 1954 1956 1958 1960 1962 1964 1966 1968 1970 1972 1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010

2000,0

1800,0

1600,0

1400,0

1200,0

1000,0

800,0

600,0

Figura 2: sequência de precipitações anuais, média e tendência em Pedro do Rio 3000

2750

2500

2250

2000

1750

1500

1250

1000

750

Figura 3: sequência de precipitações anuais, média e tendência em Itamarati

2100

1900

1700

1500

1300

1100

900

700

Figura 4: sequência de precipitações anuais, média e tendência em Volta Redonda

882

Figura , Figura , Figura e Figura : em azul, o valor da precipitação total anual; em vermelho a média da série; em verde a tendência. Tabela 2: Equações da tendência da precipitação anual das estações estudadas Estação Equação Coeficiente angular Tendência Moreli y = 3,0052x - 4783,5 >0 Pedro do Rio y = 2,1367x - 2987,6 >0 Aumento da precipitação anual total em todas as Itamarati y = 1,6168x - 1215,6 >0 estações estudadas Volta y = 0,8575x - 358,58 >0 Redonda Na Tabela se observa que todas as estações apresentam coeficiente angular positivo, ou seja, a tendência da precipitação anual em todas as estações foi a aumentar. A estação de Morelli apresentou a menor tendência ao crescimento; isto pode ser devido ao fato de que a série de dados começava na década de 1950, que foi em geral mais seca que a década de 1940, o que aumentou a inclinação. No entanto, Pedro do Rio apresenta o segundo coeficiente angular mais alto, e sua série de dados inicia na década de 1930 até a década de 2010. A estação com menor coeficiente angular foi Volta Redonda, que apresenta um comportamento diferente ao das outras três, não tendo sido a década de 1950 tão seca, porém existindo uma variabilidade muito mais intensa na década de 2000. Análise da frequência das precipitações Na Figura se apresenta os histogramas da frequência das precipitações, com dez classes de cada uma das quatro estações estudadas. Os gráficos mostram que o comportamento da estação de Volta Redonda é diferente do das outras três, reforçando o visto na tendência das precipitações anuais desta estação. 14 12 10 8 6 4 2 0

25 20 15 10 5 0

Morelli

Pedro do Rio

15

20

10

15 10

5

5

0

0

Itamarati

Volta Redonda

Figura 5: Frequências das precipitações 883

Desvio Padrão A Tabela apresenta os dados de meses fora do intervalo µ±2σ. De acordo com a distribuição Normal, dentro do intervalo µ±2σ devem estar os 95,4% dos indivíduos da amostra, ou seja, 4,6% dos indivíduos estariam fora do intervalo para a distribuição ser Normal ou Gaussiana. Para as quatro estações estudadas, isso só é respeitado para os meses de fevereiro e outubro da estação de Volta Redonda, que apresenta, de novo, um comportamento levemente diferente ao das outras. Em todos os outros casos a percentagem de outliers foi superior a 4,6%. Considera-se outlier o mês fora do intervalo µ±2σ. Tabela 3: Dados fora do intervalo µ±2σ Morelli Pedro do Rio Itamarati Volta Redonda Outlie Outlie Outlie Outlie Total % Total % Total % Total % r r r r Janeiro 4 52 7,7% 8 74 10,8% 5 66 7,6% 9 65 13,8% Fevereiro 5 52 9,6% 7 74 9,5% 7 66 10,6% 3 66 4,5% Março 7 52 13,5% 5 74 6,8% 7 66 10,6% 9 66 13,6% Abril 5 52 9,6% 8 74 10,8% 4 66 6,1% 5 66 7,6% Maio 5 52 9,6% 8 74 10,8% 6 66 9,1% 7 66 10,6% Junho 4 52 7,7% 6 74 8,1% 7 66 10,6% 4 66 6,1% Julho 5 52 9,6% 4 74 5,4% 5 66 7,6% 5 66 7,6% Agosto 5 52 9,6% 7 74 9,5% 6 66 9,1% 5 66 7,6% Setembro 3 52 5,8% 10 74 13,5% 5 66 7,6% 4 65 6,2% Outubro 3 52 5,8% 5 74 6,8% 5 66 7,6% 3 66 4,5% Novembro 4 52 7,7% 6 74 8,1% 9 66 13,6% 7 66 10,6% Dezembro 5 52 9,6% 7 74 9,5% 9 66 13,6% 7 63 11,1% A Tabela indica quantos anos tiveram 0, 1, 2, 3, 4 e 5 ou mais meses fora do intervalo µ±2σ. Tabela 4: Número de outliers por ano Morelli Anos sem outliers 17 Anos com 1 outlier 20 Anos com 2 outliers 13 Anos com 3 outliers 1 Anos com 4 outliers 0 Anos com ≥5 outliers 1 TOTAL 52

Pedro do Rio 23 27 21 0 3 0 74

Itamarati 16 30 16 3 1 0 66

Volta Redonda 27 22 14 5 0 1 69

Kolmogorov-Smirnov: comparação entre os primeiros 75% dos anos e os últimos 25% dos anos A Tabela compara a média mensal dos primeiros 75% dos anos da série com a média mensal dos restantes 25% dos anos da série. A Tabela compara a média mensal dos primeiros 75% dos anos da série com a precipitação mensal de cada ano dos restantes 25% dos anos da série. A Tabela compara as décadas duas a duas dentro de cada estação pluviométrica estudada. A Tabela compara a distribuição das maiores precipitações diárias correspondentes ao 1% dos dias da série por décadas com uma distribuição uniforme. 884

Em todos os casos o teste de Kolmogorov-Smirnov não rejeitou a hipótese nula de que as distribuições comparadas eram iguais. Isto não significa que não há variação das distribuições, mas que a variação não alcança o nível de significância estudado (5%). Tabela 5: Comparação entre a média dos primeiros 75% dos anos com a média dos últimos 25% Morelli Pedro do Rio Itamarati Volta Redonda 0 0 0 0 Onde 0 significa que não pode ser rejeitada a hipótese nula de que a distribuição da precipitação média mensal dos primeiros 75% dos anos da série não é diferente da precipitação média mensal dos restantes 25% dos anos da série; 1 significa que são distribuições diferentes. Tabela 6: Comparação da média dos primeiros 75% dos anos com cada ano dos últimos 25% Morelli Pedro do Rio Itamarati Volta Redonda 0 anos 0 anos 0 anos 0 anos Onde 0 anos significa que para 0 anos (0 vezes) foi rejeitada a hipótese nula de que a distribuição da precipitação média mensal dos primeiros 75% dos anos da série não é diferente da precipitação mensal de cada ano dos últimos 25% dos anos da série. Kolmogorov-Smirnov: comparação entre décadas Tabela 7: Comparação entre décadas Morelli

40

50

40 50 60 70 80 90 Itamarati 40 50 60 70 80 90

40

60

70

80

90 2mil

0

0 0

0 0 0

0 0 0 0

0 0 0 0 0

50

60

70

80

90 2mil

0

0 0

0 0 0

0 0 0 0

0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0

Pedro do Rio 40 50 60 70 80 90 Volta Redonda 40 50 60 70 80 90

40 50 60 70 80 90 2mil 0

0 0

0 0 0

0 0 0 0

0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0

40 50 60 70 80 90 2mil 0

0 0

0 0 0

0 0 0 0

0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0

Onde 0 significa que não pode ser rejeitada a hipótese nula de que as duas distribuições não são diferentes (ou seja, são iguais); 1 significa que são distribuições diferentes. Kolmogorov-Smirnov: comparação entre a distribuição das maiores precipitações diárias, correspondentes ao 1% dos dias da série, e a distribuição uniforme

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Tabela 8: Teste de K-S para verificar se a distribuição das maiores precipitações diárias é uniforme Década Morelli Pedro do Rio Itamarati Volta Redonda Distribuição Uniforme Uniforme Uniforme Uniforme CONCLUSÕES De acordo com os resultados do desvio padrão, se observa que existe muita variabilidade no regime de precipitações não só estacional, como interanual. O estudo da média indica que continuamente existem anos com dados acima e abaixo da média das precipitações mensais de cada mês para cada estação. Em todas as estações foram encontrados mais dados fora do intervalo µ±2σ dos que seriam esperados, caso a distribuição das precipitações mensais de cada mês fosse Normal ou Gaussiana. Isto indica que a probabilidade de acontecer precipitações extremas é maior que se a distribuição destas fosse Normal, mas que isso acontece durante todo o período estudado. Por outro lado, a quantidade de precipitação anual, mesmo com grande variabilidade, tem tendência a aumentar cada vez. As equações da tendência das quatro estações apresentaram coeficiente angular positivo, ou seja, precipitações anuais que tendem a aumentar. No entanto, cabe destacar que a tendência não é muito acentuada, e que o número de estações estudadas (quatro) não é elevado. Portanto esta conclusão deve ser entendida com cautela, pois pode estar acontecendo só a nível local, na sub-bacia 58. Os testes de Kolmogorov-Smirnov indicam que não existem variações significativas nas distribuições das precipitações estudadas. Isso não significa que não existe variação nas distribuições, mas que a variação não alcança o nível de significância dos 5% estudado. Entretanto, ainda falta muito por aprender sobre o equilíbrio do Planeta, e o fato do teste não indicar diferenças entre as distribuições, não significa que não exista um desequilíbrio climático. Na Natureza existem muitos equilíbrios instáveis e fenômenos caóticos, para os quais qualquer variação, por mínima que seja, se traduz em um resultado totalmente diferente. A quantidade de dados, entre 5 e 7 décadas, é superior à normal climatológica (30 anos, de acordo com a Organização Meteorológica Mundial). No entanto, mudanças climáticas podem ser medidas por séculos, por milênios ou até por intervalos de tempo maiores. A influência de fenômenos extraterrestres, como as tempestades solares, que são cíclicas, ou os próprios movimentos da Terra de rotação, translação, precessão, excentricidade ou inclinação do eixo, têm diferentes efeitos sobre o clima. O homem, por seu lado, pode também estar influenciando neste equilíbrio, através da emissão de gases de efeito estufa, como a Organização das Nações Unidas acredita. Isto leva a entender os resultados deste estudo com precaução: por um lado, os testes indicam que não há variações nas distribuições, mas as séries de dados são de décadas, e os efeitos antrópicos sobre a atmosfera podem demorar muito mais tempo em produzir efeitos radicais no clima. Por outro lado, a tendência de aumento das precipitações anuais sugere que existe um incremento consistente da temperatura do planeta, que estaria aumentando a evapotranspiração e, como consequência, as precipitações. AGRADECIMENTOS À CAPES pelo apoio financeiro.

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REFERÊNCIAS CAVALCANTI, I. F. A. Tempo e clima no Brasil. Oficina de Textos, 2009. ISBN 9788586238925. Disponível em: < http://books.google.com.br/books?id=Ec0NQgAACAAJ >. EASTERLING, D. R.; WEHNER, M. F. Is the climate warming or cooling? Geophysical Research Letters, v. 36, n. 8, p. L08706, 2009. ISSN 1944-8007. Disponível em: < http://dx.doi.org/10.1029/2009GL037810 >. FIELD, C. B. et al. Managing the Risks of Extreme Events and Disasters to Advance Climate Change Adaptation: Special Report of the Intergovernmental on Climate Change. Cambridge University Press, 2012. ISBN 1107025060. GRANT FOSTER AND STEFAN, R. Global temperature evolution 1979–2010. Environmental Research Letters, v. 6, n. 4, p. 044022, 2011. ISSN 1748-9326. Disponível em: < http://stacks.iop.org/1748-9326/6/i=4/a=044022 >. KOSAKA, Y.; XIE, S.-P. Recent global-warming hiatus tied to equatorial Pacific surface cooling. Nature, 2013. ISSN 0028-0836. MARENGO, J. A. Mudanças climáticas globais e seus efeitos sobre a biodiversidade: caracterização do clima atual e definição das alterações climáticas para o território brasileiro ao longo do século XXI. Ministério do Meio Ambiente, 2006. ISBN 8577380386. SILVA, J. G. F. et al. Análise da frequência de chuvas no município de Vila Velha. Revista FACEVV. Vila Velha: Faculdade Cenecista de Vila Velha: p. 064-077 p. 2012. VLČEK, O.; HUTH, R. Is daily precipitation Gamma-distributed?: Adverse effects of an incorrect use of the Kolmogorov–Smirnov test. Atmospheric Research, v. 93, n. 4, p. 759 766, 2009. ISSN 0169-8095. Disponível em: < http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169809509000854 >.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

A CARACTERIZAÇÃO DE RESERVATÓRIOS DE PETRÓLEO E A PROSPECÇÃO SÍSMICA PEDRO SANTA RITA SIQUEIRA DA SILVA¹, ROGER MATSUMOTO MOREIRA² ¹ Graduando em Engenharia de Petróleo, UFF, 8295-0439, [email protected] ² PhD, Professor associado, UFF, 8226-5554, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: O petróleo tem, atualmente, grande importância política e econômica na organização mundial e encontrar reservas petrolíferas tornou-se o objetivo de diversas nações. O conhecimento das características de um local que tenha potencial para a acumulação de petróleo é um importante o para o início de uma pesquisa. Saber quais os tipos de rocha e quais os ambientes em que se pode haver armazenamento de óleo faz com que pesquisas avançadas sejam aplicadas aos locais corretos. Identificar espaços propícios à acumulação de petróleo exige uma complexa análise do subsolo e essa análise é particionada em alguns métodos específicos. Os métodos sísmicos ganham importância nesse momento, já que possibilitam uma boa aproximação do estado em que as rochas se encontram em diferentes profundidades. Esse trabalho tem como objetivo apresentar algumas características essenciais de um reservatório e mostrar o funcionamento dos métodos sísmicos através de dados teóricos acerca do tema. PALAVRAS–CHAVE: petróleo, reservatório, sísmica.

THE CHARACTERIZATION OF PETROLEUM RESERVOIRS AND THE SEISMIC PROSPECTING ABSTRACT: Petroleum has today a big importance in the world’s economic and political organization and finding reservoirs has become the objective of many countries. The knowledge of geophysical features with potential for petroleum accumulation is an important step to begin a field research. To know which types of rock and the conditions under which a reservoir can be formed will help people to develop advanced research on the correct locations. To identify propitious trenches for accumulation requires a complex analysis of the subsoil and this analysis is divided into some specific methods. The seismic methods become important at this moment since they allow a good approximation of the rock status for different underground depths. This paper has the purpose of showing some essential characteristics of a reservoir and the operation of the seismic methods via theoretical data about the theme. KEYWORDS: petroleum, reservoir, seismic.

INTRODUÇÃO O trabalho foi realizado no período de vigência do Projeto Jovens Talentos (CAPES) durante um ano. Diante da importância geopolítica do petróleo, a busca por jazidas tornou-se o foco de muitas pesquisas. Esse trabalho tem por objetivo a revisão de métodos para obtenção de estudos e simulações de locais com possibilidade de acumulação de óleo. Identificar espaços propícios à acumulação de petróleo exige uma complexa análise do subsolo e essa análise é particionada em alguns métodos específicos. O foco deste trabalho é no método sísmico, que utiliza informações obtidas através de ondas elásticas geradas em superfície que possibilitam o imageamento das rochas em subsuperfície. MATERIAL E MÉTODOS A revisão bibliográfica de livros, artigos científicos e monografias serviu como base para a obtenção do resultado em forma de trabalho escrito. As informações relevantes sobre o tema foram retiradas da literatura já existente de forma a destacar os tópicos mais importantes que tangenciassem a obtenção de dados relevantes à descoberta de novas jazidas de petróleo. RESULTADOS E DISCUSSÃO Rochas Classificação Diferentes rochas foram classificadas e o objetivo da sísmica é identificar essas rochas no subsolo para localizar as mais propícias à acumulação do petróleo. Seguindo critérios de formação das rochas, essas foram classificadas em: 1.) Ígneas: rochas formadas a partir do resfriamento do magma. 2.) Sedimentares: rochas formadas pelo acumulo e litificação de fragmentos de rochas pré-existentes. 3.) Metamórficas: rochas formadas a partir de mudanças nas condições de temperatura e pressão de rochas pré-existentes. Na indústria de petróleo, o interesse maior se concentra nas rochas sedimentares, que são as mais propícias ao ambiente de acumulação do óleo. Rochas sedimentares se formam a partir da fragmentação de outras rochas (intemperismo). Após o intemperismo, fragmentos são transportados e depositados em depressões da superfície, gerando as bacias sedimentares. Para a formação das rochas sedimentares é necessário um último processo, chamado de litificação, que é o agrupamento desses sedimentos e sua possível cimentação. As rochas são ainda classificadas quanto ao tamanho de seus grãos. As sedimentares mais citadas e de maior relação com o petróleo são o arenito (originado de grãos de areia) e o folhelho ou argilito (originado da argila), tendo o folhelho grãos menores que os do arenito (PRESS et al., 2006). Porosidade e permeabilidade A associação dos grãos permite a classificação das rochas quanto às características de porosidade e permeabilidade:

1.) A porosidade de uma rocha é a relação entre seu volume total e seu volume de espaços vazios; quanto maior a relação entre o espaço poroso e o volume total, maior a porosidade. A porosidade de uma rocha pode ser primária ou secundária. A porosidade primária de uma rocha está relacionada à sua formação original, à forma como seus sedimentos se posicionaram; a porosidade secundária está relacionada a eventos geológicos posteriores à formação da rocha, como uma possível fratura. 2.) A permeabilidade está relacionada à conectividade dos poros; quanto maior a conectividade e consequentemente maior a facilidade de movimentação de um fluido no interior da rocha, maior a permeabilidade. A permeabilidade também pode ser classificada, em efetiva e absoluta. A permeabilidade efetiva está ligada à possibilidade de ocorrer um fluxo de fluido, desde que esse fluido seja o único contido no meio poroso; a permeabilidade relativa está ligada ao fluxo de um fluido na presença de outro fluido no meio poroso. Essas características de porosidade e permeabilidade ajudam na interpretação de uma rocha como possível reservatório (THOMAS, 2001). Propriedades acústicas As rochas possuem ainda propriedades relacionadas ao comportamento de ondas sonoras em seu meio, são as propriedades acústicas. O som propaga-se com diferentes velocidades dependendo do meio; como onda mecânica, tem maior velocidade nos meios de maior densidade, ou seja, meios sólidos. A percepção das velocidades de propagação de uma onda em um meio permite a identificação de propriedades desse meio, assim funciona a sísmica através de ondas acústicas nos reservatórios (ROSA, 2010). Formação do reservatório Para a formação do petróleo, é necessária a deposição de matéria orgânica junto a sedimentos em condições termoquímicas ideais. A cadeia de processos que leva a essa formação ocorre na chamada rocha geradora.

Figura 1 – Transformação termoquímica da matéria. Fonte: THOMAS, 2001. 890

Após a formação do óleo, ocorre sua migração entre os meios porosos das rochas. A primeira movimentação do petróleo ocorre da rocha geradora até a reservatório, é a chamada migração primária. Após a migração primária, o óleo chega à rocha reservatório e se movimenta dentro dessa, é a chamada migração secundária. Após a migração secundária, há a contenção do petróleo por uma rocha que possui permeabilidade extremamente baixa, não permitindo a continuação do movimento, é a rocha selante ou capeadora. A presença da rocha capeadora é de extrema importância, essa é a rocha que impede a exsudação, a oxidação e a degradação bacteriana do petróleo. Para que as funções de cada uma das rochas sejam eficientes, algumas características são essenciais. A rocha geradora deve ser rica em matéria orgânica, com condições termoquímica não oxidantes. A rocha reservatório deve possuir porosidade e permeabilidade que permita o fluxo e o armazenamento do óleo. A rocha selante deve ter baixíssima permeabilidade, não permitindo o fluxo de fluidos por ela, ainda deve ser plástica, a fim de absorver bem possíveis impactos sem rachar. Assim se forma um reservatório, que associa as condições de acumulação com as propriedades dos fluidos presentes (água, óleo e gás) (THOMAS, 2001).

Figura 2 – Dinâmica de um reservatório. Fonte: THOMAS, 2001. Ondas As características do interior da Terra foram obtidas através de ondas sísmicas geradas por grandes terremotos. Os dois modos principais de propagação das vibrações sísmicas são as ondas P (longitudinais) e as ondas S (transversais). Junto à superfície da Terra, propagamse também as ondas superficiais: onda Rayleigh, que é uma combinação de ondas P e S onde cada partícula oscila num movimento elíptico, e onda Love, com oscilação horizontal transversal. As ondas P são as mais importantes na prospecção porque as ondas S não se propagam em fluidos (ruim para aquisição marítima); as ondas P são mais rápidas, favorecendo a qualidade do registro; equipamentos de geração das ondas P são mais simples (HALLIDAY et al., 1996; PRESS et al., 2006).

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Prospecção sísmica O principal objetivo da exploração sísmica é adquirir a mais segura possível representação gráfica de porções específicas da estrutura geológica da subsuperfície terrestre. As imagens produzidas permitem às empresas de exploração avaliar de forma correta e a custos relativamente baixos um potencial reservatório de petróleo e gás. A aquisição de dados sísmicos envolve a transmissão de energia acústica controlada na terra e a gravação da energia refletida de volta das bordas geológicas em subsuperfície. Informações sobre a estrutura e a natureza da estratificação refletora podem ser adquiridas pelo tempo de viagem e outros atributos da energia que retorna. O processamento das reflexões produz uma imagem sintética da estrutura geológica em subsuperfície. Dois tipos de pesquisa sísmica são íveis aos geofísicos: 2D e 3D. Os dados da sísmica 2D são mostrados como um plano vertical ou como uma fatia de seção da terra na linha sísmica. A sísmica 2D é geralmente usada para reconhecimento regional ou para detalhada exploração onde não se pode custear a sísmica 3D. Dados sísmicos 3D são mostrados como um cubo tridimensional que pode ser dividido em numerosos planos. Mais expansivo que o 2D, o dado 3D produz resultados num espaço contínuo que reduz a incerteza em áreas de estrutura geológica complexa e/ou alvos com pequenas estratificações, apesar de mais caro. Existe ainda a possibilidade de se formar um conjunto de duas ou mais pesquisas sísmicas 3D, adquiridas em diferentes momentos, que podem ser comparadas com o objetivo de procurar mudanças nos fluidos dentro da formação rochosa. Esse tipo de pesquisa é chamada de 4D, em que o tempo decorrido é a quarta dimensão da informação. Após a transmissão da energia a terra, uma parte dessa é refletida pelas bordas geológicas em subsuperfície. Essa energia refletida é detectada por uma rede de geofones colocada no solo ou por grupos de hidrofones (no mar). Similares a microfones, esses instrumentos convertem a energia refletida em energia elétrica que é transmitida para um sistema central de gravação para a gravação como dado sísmico cru e para testes de controle de qualidade. O controle de qualidade é vital, não somente durante a gravação de dados, mas em todos os estágios de um projeto sísmico. Método sísmico da refração Registra somente ondas refratadas com ângulo crítico (headwaves). Método usado para desvendar o interior da Terra. Na área de petróleo, é bastante restrita atualmente, embora tenha sido largamente utilizada na década de 1950. Método sísmico de reflexão Método de prospecção mais utilizado atualmente na indústria do petróleo, pois fornece alta definição das feições geológicas em subsuperfície propícias à acumulação de hidrocarbonetos, com custo relativamente baixo. Mais de 90% dos investimentos em prospecção são aplicados em sísmica de reflexão. Observação: utilização das impedâncias acústicas das rochas – rochas com baixas velocidades e com baixas impedâncias são geralmente as com alta porosidade (reservatório). O levantamento ocorre com a geração de ondas elásticas (que dependem do meio para se propagar) que são refletidas e/ou refratadas nas interfaces das rochas de diferentes constituições petrofísicas. As ondas P vêm sendo utilizadas em levantamentos, enquanto as ondas S estão em fase experimental ou em usos específicos. A velocidade de propagação das ondas é função da densidade e das constantes elásticas do meio.

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Os valores de tempo e velocidade são conhecidos, o que possibilita a obtenção das distâncias de cada interface de rochas. EM TERRA: dinamite e vibrador produzem as ondas e geofones as recebem.

Figura 3 – Vibradores em caminhões. Fonte: CGG, 2013. NO MAR: canhões de ar comprimido produzem as ondas e hidrofones as recebem.

Figura 4 – Canhão de ar. Fonte: CGG, 2013. A chegada da onda na fonte receptora (geofone ou hidrofone) gera oscilações elétricas que são transmitidas a um sismógrafo, em que são digitalizadas, multiplexadas e registradas (CGG, 2013). 893

Tratamento de dados É preciso dar sentido aos dados gravados para produzir uma imagem mais próxima possível da estrutura geológica em subsuperfície. A resposta sísmica refletida é uma mistura dos pulsos enviados, do efeito da terra sobre o pulso e de interferências sonoras. É necessário remover interferências e deixar apenas o "modelo da terra". Esse é o objetivo do processamento dos dados, que requer precisão, confiança, rapidez e poder computacional substancial. Os avançados algoritmos matemáticos e os complexos processos geofísicos aplicados aos dados sísmicos 3D exigem enormes fontes computacionais, sem mencionar o volume de dados envolvido. Exemplos de tratamento: Deconvolução Uma resposta sísmica ideal seria uma reflexão certeira para cada borda de rocha em subsuperfície. A resposta sísmica real não é ideal por que o pulso produzido não é perfeitamente certeiro e muda sua forma enquanto a pela terra. A deconvolução torna a resposta mais clara, certeira e menos confusa. Stacking Traços sísmicos de um mesmo ponto de reflexão são somados ou "stacked". Com isso, as interferências acabam por se anular na comparação. Quanto mais traços de um mesmo ponto se pode somar, mais certeira e clara se torna a imagem. Técnicas mais avançadas de processamento podem melhorar significativamente o imageamento - especialmente em áreas de geologia complexa. No exemplo abaixo, do Golfo do México, PSDM melhorou a imagem de um grande corpo salino com camadas sedimentares em seu interior. Processos como o PSDM levam mais tempo, aprimoramento e recursos para serem aplicados, mas uma precisão maior às imagens pode significar a diferença entre o sucesso e um grande e caro buraco seco (CGG, 2013; ROSA, 2010).

Figura 5 – Imageamento sísmico. Fonte: CGG, 2013.

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CONCLUSÕES O petróleo é formado em rochas ricas em matéria orgânica, migra para uma rocha de maior porosidade e permeabilidade e fica aprisionado devido à presença de uma rocha que impedirá a contínua migração. A sabedoria das características dessas rochas é essencial para a pesquisa e o descobrimento do óleo. Os métodos sísmicos são um grande artifício propiciado pelo avanço da tecnologia de prospecção e, cada dia mais, aprimoram-se e facilitam a descoberta dos perfis de rochas em subsuperfície. Empresas de sísmica se tornam cada vez mais importantes na descoberta do petróleo. A obtenção de dados e a simulação dos reservatórios são as partes da prospecção que mais recebem investimentos por serem as fontes mais confiáveis de informação. Dessa maneira, as observações das rochas e a sísmica têm importante papel na descoberta de novas jazidas e esse conhecimento é cada vez mais aprimorado. REFERÊNCIAS CGG. Seismic Overview, 2013. o em: 21 jul. 2013, 18:41. HALLIDAY, D.; RESNICK, R. e KRANE, K.S. Física. Vol. 2. 4ª Ed. Editora LTC, 1996. PRESS, F.; SIEVER, R.; GROTZINGER, J.; JORDAN, T.H. Para Entender a Terra. Editora Porto Alegre: Bookman, 2006. ROSA, A. L. R.. Análise do Sinal Sísmico. Editora SBGf, 2010. THOMAS, J. E. Fundamentos de Engenharia de Petróleo. 2ª Ed. Editora Interciência, 2001.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

QUALIDADE TOTAL APLICADA NA GESTÃO DE FORNECEDORES VIRGILIO MAGALDE DE AZEVEDO Mestrando em Metrologia e Qualidade e Esp. em Engenharia de Produção, INMETRO, (21) 8677-4392, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: O presente trabalho foi realizado com o intuito de apresentar um modelo de gestão da qualidade total em fornecedores voltado à cadeia de suprimentos. O trabalho apresenta um estudo sobre um modelo de istração do sistema de qualidade total levando em consideração às especificações de produto ou serviço, normas, procedimentos, ferramentas e avaliações de qualidade. A gestão da qualidade total possui uma visão holística sobre a produção e busca istrar um processo usando ferramentas de qualidade para que se tenha o produto em conformidade com a especificação inicial, sempre buscando a melhoria contínua. A visão adotada para esse trabalho é que a qualidade é a satisfação das expectativas ou necessidades do cliente em conformidade com os requisitos impostos. O estudo busca adequar uma empresa, especificadamente a área de suprimentos, às exigências de gestão de fornecedores estabelecidas pelo mercado e pela própria cultura da empresa. O modelo de gestão tem a finalidade de limitar a escolha de fornecedores a organizações éticas, cumpridoras de leis e responsáveis por fornecer produtos e prestar serviços com a qualidade esperada. Assim, empresas que buscam a qualidade de seus produtos ou serviços devem aplicar os conceitos da qualidade em seus fornecedores, e é baseado nisso que o estudo apresenta uma metodologia para alcançar esse objetivo. PALAVRAS–CHAVE: Qualidade Total, Gestão de fornecedores, Cadeia de Suprimentos.

TOTAL QUALITY IN SUPPLIERS MANAGEMENT ABSTRACT: This study was conducted with the aim of presenting a model of total quality management in suppliers focused on supply chain. The paper presents a study about a model system istration total quality considering the product or service specifications, standards, procedures, tools and quality evaluation. The total quality management has a holistic view of production and manage a process using quality tools in order to have the desired product in accordance with what was initially proposed, and always seeking continuous improvement. The vision adopted for this work is that quality is the satisfaction of the expectations and needs of the client, in accordance with the requirements. The study seeks to adapt a company, specifically the supply chain, the requirements for supplier management established by the market and the company's own culture. The management model is intended to limit the choice of suppliers to ethical organizations, complying with laws and responsible for providing products and provide services with the expected quality. Thus, companies seeking the quality of their products or services should apply the concepts of quality in your suppliers, and is based on that this work presents a methodology to do it. KEYWORDS: Total Quality, Suppliers Management, Supply Chain

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INTRODUÇÃO A função da gestão da cadeia de suprimentos na organização é responder pelo atendimento da necessidade de produto ao menor custo, no prazo estabelecido e com a qualidade especificada. A gestão da cadeia de fornecedores é uma atribuição da gestão de suprimentos que, segundo Novaes (2001), é a integração dos processos tanto industriais e quanto comerciais, indo do consumidor final e até os fornecedores iniciais, gerando produtos, serviços e informações que agreguem valor para o cliente. A abordagem tradicional traz uma visão dos fornecedores como adversários, podendo fazer analogia a uma queda de braço onde o mais preparado na negociação ganha e como consequência o outro perde. Entretanto com a abertura da economia mundial iniciou uma revolução nas empresas gerada pelo aumento cada vez maior de competidores no mercado, fruto da globalização. A abordagem atual surge desse novo cenário de competição global e visa o estreitamento dos laços de parceria entre fornecedor e cliente, e a geração de valor para ambas as partes ao se adquirir materiais e serviços. Liderando esse conceito, grandes companhias desenvolveram processos de parceria onde é estabelecido um contrato de fornecimento, para o qual o fornecedor ava por um longo processo de avaliação e qualificação que o habilitava para o fornecimento, muitas vezes com o intuito da busca da qualidade assegurada. Uma série de responsabilidades e compromissos eram impostos aos fornecedores, que nem sempre apresentavam os resultados esperados, em decorrência de conflitos de interesses que ocorriam ao longo da operacionalização dos mesmos. A problemática se dá em realizar a gestão de fornecedores de forma efetiva no mercado atual, aonde a qualidade é um item essencial junto com o preço justo num ambiente cada vez mais concorrente. Com os conceitos e técnicas vindos da gestão da qualidade total é possível prover um novo modelo para o setor de forma que se obtenha uma melhor efetividade do sistema de gestão. Com isso garantimos um método mais real de qualificar fornecedores e que funcione de forma contínua. O foco é dado no aumento da confiabilidade do sistema de gestão e na busca por uma relação ótima de custo x benefício do modelo da qualidade. MATERIAL E MÉTODOS A gestão da qualidade na cadeia de fornecedores se dá pela interação entre a seleção e qualificação inicial, controle da qualidade e pelo acompanhamento do desempenho do fornecedor em todo o processo de vida útil do produto no processo da organização. A Gestão da qualidade total (TQM - Total Quality Management) é uma filosofia e um sistema de gestão centralizado às exigências dos clientes em todos os aspectos de suas necessidades, em todos os departamentos e funções da organização, seja o cliente interno, externo, usuário final ou consumidor. O mesmo possui compromisso com e apoio da alta istração, foco no cliente, produto, serviço e no processo de projeto, integração entre organizações e setores e o comprometimento com a melhoria. Devido à visão holística da TQM, essa filosofia de gestão serve a esse trabalho por considerar as partes envolvidas e interessadas, e possuir foco na qualidade, não só nas ferramentas, mas também na execução da gestão. E como tendências atuais benéficas ao estudo podem-se citar a adoção de metodologias de gestão pela qualidade total como estratégia de diferenciação; planejamento, marketing e qualidade como áreas complementares; controle mais eficaz do processo produtivo; a qualidade como agente de

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mudança e motivador; e a gestão integrada (qualidade, meio ambiente, saúde e segurança no trabalho). Com isso, a exigência da qualidade ou a ser mais abrangente, e ando a atuar desde o início do processo, referenciada como qualidade na fonte. Demonstrando assim a importância do planejamento na gestão atual pela qualidade total. Nesse sentido, o controle de qualidade dos produtos adquiridos está ligado fortemente ao setor de suprimentos dando-lhe e técnico e estratégico no relacionamento com fornecedores. A qualificação de fornecedores implica então na necessidade de planejar a gestão de fornecedores de modo a focar na prevenção e responsabilização; no controle de variações no intuito de identificar divergências e atuar na resolução efetiva; e por ultimo no monitoramento e aprimoramento dos processos de garantir a qualidade adequada ao estabelecido. A gestão da qualidade de fornecedores deve partir do conceito de qualidade total e a partir desse marco iniciar um filtro para melhoria da base de fornecedores com a avaliação dos fornecedores, a redução de fornecedores com baixo desempenho ou que de alguma forma não atendam a empresa, o desenvolvimento de fornecedores medianos para a melhoria dos seus índices e ainda o desenvolvimento de cunho estratégico atendendo alguma necessidade da empresa como o de certificação. A Figura 1 ilustra as fases da qualificação de fornecedores.

Figura 1 – Evolução das estratégias de gestão da qualidade de fornecedores. Fonte: Adaptado de Handfield, 2006. Para esse trabalho foi analisado o sistema de gestão de fornecedores com base na qualidade total de uma concessionária de energia elétrica. As concessionárias são empresas que possuem um forte foco no controle de qualidade dos produtos adquiridos uma vez que prestam serviços ininterruptos e com exigência de alto índice de qualidade. Primeiramente foram levantados os referenciais teóricos e após a consulta da prática na concessionária buscando as ferramentas mais efetivas para essa aplicação. As formas de gestão de fornecedores foram divididas em dois modelos, de planejamento e de controle, com a finalidade didática de explicitar as formas de gestão e analisar o benefício que cada ferramenta.

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MODELO DE PLANEJAMENTO Para que o material ou serviço seja entregue com qualidade, na quantidade correta, no prazo de entrega acordado e com o preço justo, se faz necessário planejar para a melhor seleção, desenvolvimento, avaliação e homologação. O modelo de planejamento se caracteriza pela realização de atividades iniciais da gestão de fornecedores e com isso possui foco em mitigar problemas e dificuldades em suas fases iniciais. Quanto mais qualidade tiver os fornecedores selecionados, mais qualidade terão os produtos e serviços adquiridos. Segundo Pozo (2001), as seguintes atividades devem ser planejadas e executadas para que se obtenha uma efetiva gestão da qualidade em fornecedores: assegurar a descrição completa da necessidade; selecionar os fornecedores qualificados; juntar informações de preço, qualidade, prazo, entrega e outros; colocar pedidos; acompanhar o andamento; conferir os materiais recebidos; manter registros e arquivos; e manter relacionamento pós-compra. Seleção de fornecedores: Cada vez mais a seleção de fornecedores vai ganhando mais importância. O aumento do custo final dos materiais e serviços adquiridos em relação ao total de receita das organizações; a interação com fornecedores estrangeiros com preços competitivos vindos com a abertura de mercado e a globalização; e o constante aprimoramento da tecnologia junto com a redução do ciclo de vida dos produtos contribuem para a necessidade e o crescimento da seleção de fornecedores. São três características básicas que em geral são consideradas no processo de decisão na seleção de fornecedores: preço, qualidade e serviço de atendimento (pós venda, garantia, e...). Nesse cenário é vista a seleção baseada unicamente nos critérios de qualidade uma vez que o preço é um valor total e o mesmo pode ser negociado junto com o prazo. Como fatores que influenciam na seleção podem-se citar: a habilidade técnica para fornecer o produto desejado; a capacidade produtiva de forma a fornecer de acordo com a especificação e com o menor número possível de defeitos; a confiabilidade (reputação e solidez financeira); pós-venda com apoio técnico e garantia; proximidade do fornecedor; e ainda o preço total no contexto de ser competitivo, não necessariamente o menor preço. Para seleção deve-se levar em consideração o histórico de desempenho (preço, qualidade, entrega, comprometimento...), experiência de fornecimento, planos de investimento para melhoria, capacidade dos processos, programas para melhoria contínua, programas de treinamento para a qualidade, custo do ciclo de vida e qualidade, custo e plano de mudança de fornecedor e mais informações relevantes sobre os sistemas de gerenciamento. Desenvolvimento de fornecedores: O desenvolvimento de fornecedores é a ação de trabalhar em conjunto com o fornecedor para adequá-lo à necessidade de fornecimento da empresa compradora, e assim aumentando a sua eficiência e reduzindo os custos desnecessários. Nesse caso, o processo envolve técnicas específicas, ferramentas e atividades que a empresa emprega no fornecedor, que podem variar de acordo com a especificidade do negócio e a política de suprimentos. Tanto para seleção quanto para o desenvolvimento de fornecedores, se faz necessário ponderar sobre a criticidade do material ou serviço a ser adquirido, o volume juntamente com o valor necessário, e ainda a existência de produtos substitutos (facilidade de troca). O desenvolvimento pode ser realizado sobre duas etapas: na entrada de novos fornecedores no sistema de gestão ou na melhoria do desempenho dos fornecedores já 899

atuantes. E a mesma visa benefícios como: fornecedores parceiros, foco na qualidade, confiabilidade de entregas estáveis e repetitivas, níveis baixos de estoque, menor burocracia, melhor controle do processo, dependência mutua e junção de objetivos, e ainda a redução de custos na cadeia de suprimentos. No desenvolvimento de fornecedores deve ser objetivado o controle de custos, uma política de preços, aprimoramento tecnológico, compartilhamento de informações e experiências, a gestão total da qualidade com zero defeito, processo de certificação posterior, organização do trabalho, ganho logístico e melhoria do ambiente produtivo. Handfield (2006) apresenta duas abordagens inclusivas para desenvolvimento de fornecedores: a abordagem de produto que se divide em gerenciamento da base e desenvolvimento de fornecedores, ambas as fases implicam na conscientização de fornecedores, redução de custo, compartilhamento de informações pertinentes e monitoramento; e a de processo se divide em aperfeiçoamento da base e da relação com fornecedores, visando assim programas de certificação, melhoria contínua, sistemas de trocas de informações e estreitamento da relação entre as partes. O Quadro 1 organiza as formas de desenvolvimento de fornecedores. Abordagem do produto Abordagem do processo Gerenciamento da base de fornecedores Aperfeiçoamento da base de fornecedores Conscientização do fornecedor Programas de qualidade assegurada Redução da base de fornecedores Conselho de fornecedores Programas de redução de custo ISO 9000 Programas de sugestão dos fornecedores Desenvolvimento de sistema de informação Compartilhamento de informação sobre Sistemas de planejamento e troca de desenvolvimento de novo produto informações eletronicamente Compartilhamento de tecnologia Banco de dados de qualificação Desenvolvimento de fornecedores Aperfeiçoamento comprador-fornecedor Equipe de desenvolvimento de novos Alinhamento comprador-fornecedor Mapeamento de processo produtos Compartilhamento de previsões com Grupo de trabalho da engenharia da fornecedores qualidade Equipe de análise de valor Compartilhamento de custos Projetos de redução de custo Treinamento de fornecedores Desenvolvimento completo da capacidade Certificação de fornecedores do fornecedor Melhoria contínua em fornecedores Co-localização Esforços para aprimoramento em conjunto Quadro 1 – Abordagens para o desenvolvimento de fornecedores. Fonte: Adaptado de Handfield, 2006. Avaliação de fornecedores: Quando a empresa está prestes a contratar um novo fornecedor é comum a prática de se realizar uma inspeção na estrutura fabril do fornecedor para verificar se os processos estão em conformidade com o sistema de gestão requerido pela empresa, seja ISO 9001 ou requisitos próprios de gestão da qualidade. Avaliação é então a atividade que identifica o potencial do fornecedor no que se refere a sua capacidade técnico-industrial para fornecer o material necessário à instalação, manutenção, expansão e operação das empresas. Ações dessa finalidade devem ser voltadas para a verificação da adequabilidade das instalações industriais, meios de produção, recursos 900

tecnológicos e humanos, organização industrial e controle da qualidade para produção de um material conforme. A avaliação é um pré-requisito essencial, que estabelece as condições técnicas mínimas para qualificação do fornecedor e verifica a adequação dos processos e ainda a efetividade dos mesmos. Ela pode ser realizada de três formas: - Verificação do sistema ou estrutura do fornecedor, onde são vistas as básicas condições para fornecimento como espaço, recursos, fornecedores, numero e tipos colaboradores. Em geral é usado inicialmente na seleção de fornecedores, visto que pode ser preenchido um formulário e apresentado para a empresa cliente. - Verificação fabril ou de produção, onde enfatiza o processo produtivo, os colaboradores e as máquinas relacionados à produção. Verifica-se o desempenho dos processos, estabelecimento de metas, padrões, controles, análises criticas e implementação de melhorias. - Verificação do produto, onde se verifica o aspecto visual e as medidas principais do produto que o fornecedor deseja fornecer. Atualmente tem-se praticado a avaliação segundo critérios da qualidade, meio ambiente, saúde e segurança, sustentabilidade, responsabilidade social e outros que possuem base normativa (como por exemplo gestão de risco e energia). De acordo com Bossert (2004), os sistemas de avaliação de fornecedores devem ater aos princípios básicos e deixar os detalhes e pontos específicos aos fornecedores. A avaliação é também uma ferramenta de prevenção de defeitos, a qual não está relacionada a não ocorrência, mas sim em atividade para promover a fabricação do produto ou fornecimento do serviço corretamente na sua primeira vez. Em geral a avaliação aborda os seguintes aspectos: controle da gestão da qualidade; controle da documentação; controle da cadeia de suprimentos (principalmente aquisição e logística); controle do material; controle da produção; controle da conformidade; controle dos instrumentos de medição; e o uso das informações e do retorno do cliente. Certificação de fornecedores: A certificação é o reconhecimento formal da expertise e competência do fornecedor em produzir materiais ou prestar serviços de qualidade requeridos pela cadeia de suprimentos do cliente e definidos em termos de padrões ou normas institucionais ou setoriais. O fornecedor certificado é o que alcançou todos os critérios de seleção para qualidade, entrega e custo (preço justo). Nesse momento é oferecido a oportunidade de elevar o seu relacionamento como fornecedor devido ao grau de confiança criado no cliente. A certificação é realizada por meio de auditorias nas instalações do fornecedor e que após todo um processo normatizado e sistemalizado é fornecido um certificado ao mesmo atestando a qualidade de seus produtos e serviços. Segundo Marinho e Amato (1997), a certificação é a única forma de conseguir que os fornecedores trabalhem no sistema de pronta entrega (just-in-time), no qual o material fornecido é entrege ao cliente apenas no momento do seu uso, indo direto para a produção ou processo; reduzindo assim os custos por parte da empresa cliente com inspeções e testes de recebimento. Bossert (2004) estabelece os a serem dados para uma efetiva certificação que podem ser resumidos em: especificar e documentar o processo de certificação; selecionar os fornecedores para participar; estabelecer cooperação mútua para a melhoria; realizar a validação inicial dos sistemas da qualidade; determinar os fornecedores aprovados; determinar fornecedores preferenciais; revisão dos processos; certificar fornecedores; identificar e reconhecer fornecedores; e manter e sustentar a certificação. 901

A certificação não possui o intuito de desenvolver ou auxiliar o fornecedor, a mesma funciona como um atestado de uma condição vista num período de tempo. Para que seja concedida a certificação o fornecedor já deverá ter condições para tal, logo a importância do processo de escolha. Assim deve ser visto todo o histórico de entregas e avaliações feitas, e ainda opinião de demais setores internos. Outra forma de selecionar é certificar os fornecedores trabalhados na etapa de desenvolvimento. Essa condição pode ser vista como incentivo e premiação pelo desempenho obtido. Homologação: O processo de homologação envolve a inspeção inicial e o acompanhamento de desempenho do protótipo. A inspeção realiza ensaios de tipo e eventualmente ensaios especiais a fim de comprovar que o material atende as especificações e que possui os requisitos técnicos para ser colocado em operação. A homologação está para o material assim como a avaliação está para o fornecedor, ou seja, a mesma é mais uma ferramenta para alinhar a especificação com o fornecedor e para agir preventivamente na qualidade. Para produto, se faz necessário a realização de ensaios de tipo, que são os ensaios relacionados ao protótipo e com isso são mais abrangentes que os ensaios normais de recebimento. Para isso em geral se escolhe uma norma (nacional ou internacional), ou um procedimento interno da empresa cliente em comum acordo com o fornecedor. Outro ponto é o levantamento das características do material em relação ao especificado pela empresa, principalmente quando se trata de materiais não normalizados. É verificar todas as possíveis divergências e sanar todas as dúvidas em relação ao fornecimento como ensaios e verificações a serem realizadas, tipos de embalagens, transporte, manuseio, entre outros. MODELO DE CONTROLE O modelo de controle é baseado na qualidade do material pronto ou em produção, sendo limitada a ação de forma preventiva, muitas vezes apenas é possível a correção de desvios encontrados. O controle da qualidade pode ser visto como um conjunto de técnicas que visam verificar a adequação dos fornecimentos (insumos comprados), em relação ao pretendido, ou seja, são técnicas relacionadas verificação e mensuração dos produtos adquiridos. Fazem parte dessas técnicas o acompanhamento da produção (auditorias, controle estatístico do processo e demais verificações), a inspeção de conformidade ou recebimento (análises, ensaios, testes e verificações), análises de desempenho e as inspeções de avarias, sendo as duas últimas relacionadas com a efetiva aplicação do produto. Acompanhamento da produção: O acompanhamento da produção é uma modalidade de inspeção proativa e preventiva, e pode ser usada para detectar em sua etapa inicial processos produzindo materiais não conformes. Esta deve ser realizada após considerar características técnicas do produto, sua relevância e importância de suprimento e seu custo de operação. Por características técnicas envolve a complexidade de produção e a necessidade de verificar especificidades antes do material estar pronto para inspeção ou uso, em geral para assegurar itens importantes ou pela pouca no fornecedor. Assim sendo, é recomendada principalmente nos seguintes casos: a) primeiros fornecimentos e em fornecedores relativamente novos no mercado; b) processo que tenha pouco ou nenhuma automatização; 902

c) represente custo e/ou risco elevado para o sistema onde for utilizado; d) necessite de verificação da qualidade dos componentes nas diversas etapas de fabricação. A sistemática de inspeção é de caráter global, envolvendo todas as etapas de fabricação, tais como: ensaios de matérias primas e componentes; ensaios intermediários e finais; verificação de embalagens, tudo de acordo com o plano de inspeção e testes a ser acordado entre as partes. Para início, o fornecedor deverá informar o cronograma de fabricação e o plano de inspeção e testes para aprovação contendo as inspeções e ensaios a serem realizados para os principais componentes, destacando aqueles que necessariamente necessitem de acompanhamento do cliente; e ainda normas, métodos de inspeção e ensaios empregados. O fornecedor deverá indicar as áreas e pessoas responsáveis pelos assuntos específicos dentro do fornecimento. Inspeção de recebimento: A inspeção de recebimento, executada após término de fabricação do material pode ser classificada em função do local onde é realizada como interna, quando for realizada das instalações ou laboratórios da empresa compradora (segunda parte); ou externa, quando realizada nas dependências do fornecedor ou nos laboratórios de terceira parte. Como critérios para definição do modo de inspeção (interna ou externa) podem ser: tipos de ensaios exigidos por normas e/ou especificação técnica; logística; nível de confiança no fornecedor; criticidade do material; custo do material; custo da inspeção na fábrica; disponibilidade de mão de obra e tempo; nível de saúde, segurança e meio ambiente envolvidos; custo de investimento de implantação e/ou custos de operação do laboratório próprio. Normalmente, a inspeção interna se aplica ao material de pequeno porte, de fabricação controlada (serializada), de reposição do estoque ou que requeira apenas inspeção visual e dimensional. Esta representa a última oportunidade de garantir a conformidade do produto em relação ao especificado antes da aplicação no campo. Já a inspeção externa se aplica mais ao material de grande porte e/ou aquele que exige laboratório com maiores recursos, onde os custos viabilizam esse modo de inspeção ou ainda materiais complexos com muitos pontos a serem inspecionados. Esta representa a última oportunidade antes do embarque para verificar a conformidade do produto em relação ao especificado inicialmente. Como opção, também podem ser celebrados convênios para utilização de laboratórios de universidades, centros de pesquisa regionais, laboratórios de outras concessionárias e em casos especiais no Inmetro para a realização de ensaios. Em geral nas concessionárias de distribuição existe um setor responsável pelo controle de qualidade dos materiais adquiridos. A estrutura e a organização dentro da empresa podem variar, porém em grande parte é ligada diretamente à área responsável pela aquisição e estocagem de materiais, ou seja, a cadeia de suprimentos. Quanto a metodologia de inspeção, essa também pode variar dependendo do entendimento da alta istração em relação ao risco de fornecimento no mercado e ao porte do setor em atender aos requisitos da empresa. A inspeção pode se basear numa especificação, num procedimento numa norma interna do comprador, em procedimento aprovado do fornecedor, em normas nacionais e internacionais, ou ainda em outros documentos acordados entre comprador e fornecedor. A mesma pode ser realizada em todos os materiais ou de acordo com um plano de amostragem dependendo do nível de importância e complexidade do material. Em geral, ao final da execução da inspeção são emitidos os relatórios de inspeção, que são os documentos que descrevem ordenadamente as ocorrências registradas pelo inspetor 903

quando da execução as atividades da inspeção – que em geral fica a cargo do fornecedor; e a ordem de serviço, que é o documento inicial no qual o inspetor se baseia para sua análise e possui o resultado final do processo. O material deve ser identificado como em inspeção, aprovado ou rejeitado; tendo uma área reservada própria para isso. É aconselhado o uso de cores para fácil visualização e etiquetas nos produtos inspecionados no fornecedor. As rejeições devem ser tratadas diretamente com o fabricante e no menor tempo possível. Este deve ser comunicado formalmente sobre o motivo da rejeição e cobrado pela normalização do material e ação corretiva. Nessa parte, cada empresa pode solicitar a aplicação de diversas ferramentas como 8D (oito disciplinas de resolução de problemas), diagrama de causa e efeito, 5W2H (perguntas chave), seis sigma, PDCA (Plan, Do, Check e Act), FMEA (Failure Model and Effect Analysis), análise de custo, entre outras. A vantagem da inspeção de recebimento é a possibilidade de verificação das condições do produto e de poder agir para que certas não conformidades não voltem a ocorrer, normalizando assim o processo do fornecedor. Essa é uma das principais fontes de evidências para monitoramento de fornecedores Uma desvantagem da inspeção de recebimento é a reatividade da mesma, uma vez que apenas cabe a segregação dos produtos conformes dos não conformes. Quando se precisa do material para pronta utilização essa técnica deixa a desejar por muitas vezes não haver tempo hábil para retrabalho ou correção. Com isso a empresa compradora perde junto com o fornecedor que não abasteceu o seu cliente conforme a necessidade. Por isso a inspeção é classificada como uma técnica de controle, e com isso não isenta as ações de planejamento da qualidade. Análises e monitoramento do desempenho de fornecedores: O acompanhamento de desempenho de materiais visa a análise e investigação do desempenho do produto em relação a sua utilização. É uma operação que além de receber retorno do campo, analisa criteriosamente características dos materiais adquiridos com o intuito de verificar um material e comparar com o desempenho esperado ou compará-lo com materiais de outros fornecedores. Poderá ser realizada em laboratórios próprios do comprador ou de terceira parte. Podendo compartilhar de estruturas laboratoriais entre concessionárias. Inicialmente devem ser escolhidos materiais de acordo com a estrutura e criticidade dos mesmos e realizar ensaios e verificações a fim de captar o desempenho em sua utilização. Após um estudo, formar laudos sobre condições de cada material e fornecedor e inserir essas informações ao controle da qualidade para que seja contabilizado na nota e com isso na decisão de compra. Bossert (2004) indica que o fornecedor é responsável por garantir a melhoria contínua da qualidade de seus produtos, processos, fornecedores, peças e serviços que são adquiridos e com isso estabelecer e manter procedimentos relacionados a essa responsabilidade. Logo, a relação com os fornecedores, principalmente em relação a qualidade de seus materiais e serviços, deve ser cultivada, avaliada e reavaliada continuamente entre os membros da cadeia de suprimento. O monitoramento do desempenho dos fornecedores visa a ser: um meio de prover informações e evidências que comprovem e verifiquem continuamente o desempenho do fornecimento dos produtos. Através da coleta planejada de dados e de sua posterior análise, o monitoramento pode ser executado e se tornar uma importante ferramenta para a melhoria da qualidade dos materiais e serviços adquiridos.

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RESULTADOS E DISCUSSÃO Nas últimas décadas, o movimento da qualidade ou de foco na inspeção para o foco na prevenção, assim como seu planejamento, controle a aprimoramento. A prevenção surge da cultura, conhecimento, colaboração, melhorias, redução das variações de processo e desperdícios, e da responsabilidade de toda a organização. O controle visa assegurar a execução dos objetivos definidos na etapa de planejamento de forma a mensurar e comparar o desempenho, e ainda atuar na normalização. Sobre o tema de gestão de fornecedores em concessionárias de energia elétrica, a TQM - sob a ótica da inspeção - direciona a atuação de todos os colaboradores para a garantia da qualidade em seus fornecedores (que envolve atividades mais complexas do que a inspeção), e com o foco dado às principais fontes de problema no processo produtivo. Essa diferença se trata de uma nova percepção sobre o papel da gestão da qualidade, que antes possuía foco no problema e buscava rejeitar os materiais não conformes. A mesma hoje possui foco na solução das não conformidades e busca monitorar a qualidade trabalhando para a melhoria do produto. O planejamento da qualidade nessa abordagem a a ser referenciado como o principal foco de problemas de desvios da qualidade, uma vez que o mesmo possui a capacidade de antever uma série de possíveis não conformidades. Por isso quanto mais focada a gestão tiver no planejamento, melhores poderão ser os resultados no controle da qualidade e no produto final. Outro fator a ser considerado após o planejamento e controle é o aprimoramento da qualidade de fornecedores, que deve cobrir áreas quem englobem a redução do custo, melhoria no atendimento aos requisitos, melhoria da entrega, aprimoramento do processo e do produto final com o envolvimento da tecnologia, redução do ciclo de planejamento e produção, melhoria da manutenção e dos serviços prestados. CONCLUSÕES No estudo foi apresentado o conceito de gestão da qualidade aplicada a cadeia de fornecedores. Este faz uma união das atribuições vistas a uma empresa distribuidora de energia elétrica com toda a bagagem de gestão da qualidade em seus processos de aquisição de materiais e serviços. O histórico com o funcionamento dessa gestão e ainda as estratégias adotadas atualmente são vistas nessa parte, assim como processos de qualificação, de gestão da qualidade com planejamento e controle. Para tal foram apresentados dois modelos complementares: um focado no planejamento e outro no controle da qualidade Qualidade na gestão de fornecedores não é exclusivo das concessionárias e por isso esse artigo também possui uma abordagem aberta, uma vez que praticamente todas as organizações precisam adquirir produtos e serviços no mercado e possuem a necessidade que os mesmos satisfaçam seus requisitos iniciais. A pesquisa, elaborada com base em ferramentas aplicáveis a gestão da qualidade em fornecedores, esclarece quanto aos métodos possíveis de serem utilizados na istração da qualidade total. Além de gerar benefícios à gestão de fornecedores, a qualidade gera um retorno organizacional bem abrangente. Desse modo, acredita-se que mesmo que demande investimentos (financeiro, pessoal, material...), as empresas devem investir em qualidade. Demais ganhos como melhoria do controle, da imagem, da redução de erros, entre outros, podem ser levantados como exemplos de retorno da prática defendida.

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Pode-se, com isso, concluir que a qualidade total aplicada da gestão de fornecedores permite a melhoria dos processos e procedimentos organizacionais uma vez que busca a qualidade na fonte e com isso garantindo a mesma desde o planejamento. REFERÊNCIAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, NBR ISO 9001:2008; Sistema de gestão da qualidade. Rio de Janeiro, 2008. BOSSERT, James L. Supplier Management Handbook, 5th ed., Milwaukee: ASQC Quality Press, 2004. CAMPOS, Vicenti Falconi. TQC: Controle da Qualidade Total (no estilo Japonês). Rio de Janeiro: Bloch Editores S.A, 1992, 229p. DALE, B.G., AND PLUNKETT, J.J., (1990), “Managing Quality”, New York, Philip Allan. DEMING, W. E. (1986). Out of the Crisis. Cambridge, Mass.: Massachusetts Institute for Technology, Center for Advanced Engineering Study, 1986. GARVIN, D.A. Gerenciando a Qualidade. Rio de Janeiro: Qualitymark, 1992. HARRINGTON, H. James. Gerenciamento Total da Melhoria Contínua. São Paulo: Makron Books, 1997. HANDFIELD, R., Taylor. Supply Market Intelligence: A Managerial Handbook for Building Sourcing Strategies. [S.I.]: Francis Group, 2006. ISHIKAWA, Kaouru; Controle de Qualidade: à maneira japonesa. 3ª ed. Rio de Janeiro: Editora Campus, 1993, p. 203-211, 221p, ISBN 85-7001-789-8 ISHIKAWA, K. (1985). What is Total Quality Control? The Japanese Way. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall. JURAN, Joseph. M. Planejando para Qualidade. 3ª ed. São Paulo: Pioneira, 1995, 394p. JURAN, J.M. (1974). The Quality Control Handbook (3rd Ed.). New York: McGraw-Hill. MARINHO, J. C. e AMATO M. A importância da certificação no relacionamento JIT. In: Encontro Nacional de Engenharia de Produção, 1997. Anais. CD. NOVAES, Antônio Galvão. Logística e Gerenciamento da Cadeia de Distribuição: Estratégia, Operação e Avaliação. Rio de Janeiro: Campus, 2001. PALADINI, Edson P. Controle de Qualidade. São Paulo: Atlas, 1990 POZO, Hamilton. istração de recursos materiais e patrimoniais: uma abordagem logística. São Paulo: Atlas, 2001. SLACK, Nigel et al. istração de produção. São Paulo: Atlas, 1997. VILLARINHO, M. E. Um sistema de qualificação de fornecedores através da aplicação da metodologia do gerenciamento de processos. Dissertação – Engenharia de Produção. UFSC, Florianópolis, 1999.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

CONTROLE AMBIENTAL DA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO TIETÊ SÉRGIO GRECA PALHEIROS1, RENATA G. FAISCA2 1 2

M.Sc., UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE, +55 21 2629-5449, [email protected] D.Sc., UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE, +55 21 2629-5449, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: O acelerado crescimento da população da capital e do Estado de São Paulo fez com que, a partir da década de 40 do século ado, quando foram implantadas as indústrias paulistas e o agronegócio; a bacia hidrográfica do Rio Tietê ficasse totalmente poluída. Fez-se necessária a implantação de um vasto programa de despoluição que teve início na década de 90. Exemplos internacionais podem ser tomados, como os realizados nas bacias hidrográficas dos Rios Reno e Tâmisa, onde o sucesso foi alcançado. O presente artigo tem como objetivo descrever o programa de despoluição e propor ações que possam contribuir com a conservação e recuperação da bacia do Rio Tietê. Serve também como alerta para outras bacias hidrográficas brasileiras que am por problemas semelhantes. PALAVRAS–CHAVE: Gestão Ambiental, Controle Ambiental e Bacia Hidrográfica.

ENVIRONMENTAL CONTROL OF TIETÊ RIVER BASIN ABSTRACT: The fast population growth of the capital and the State of São Paulo has made, from the 40s of last century, when implemented Paulistas industries and agribusiness, the Tietê River basin was totally polluted. It was necessary to introduce a comprehensive program for cleaning up that began in the 90s. International examples can be taken, such as those conducted in watersheds of the Rivers Rhine and Thames, where success was achieved. This paper aims to describe a program for cleaning and propose actions that can contribute to the conservation and recovery of the Tietê River basin. It also serves as a warning to other Brazilian river basins that go through similar problems. KEYWORDS: Environmental Management, Environmental Control and Watershed.

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INTRODUÇÃO Na segunda metade do presente século a água será um dos bens mais preciosos da humanidade. Atualmente, inúmeros países já convivem com a escassez da água. Durante décadas, o Rio Tietê foi aproveitado para a prática de esportes, pesca e navegação, tendo sido usado pelos bandeirantes nas incursões para o interior de São Paulo. O Rio Tietê, nasce no município paulista de Salesópolis, na Serra do Mar, a 1120 metros de altura; e apenas a 22 km do oceano Atlântico. Devido ao relevo da região, o Rio corre de leste para oeste, atravessando praticamente todo o estado de São Paulo e deságua no lago formado pela barragem de Jupiá, na divisa do Estado de São Paulo com o Estado do Mato Grosso do Sul; entre os municípios de Itapura (SP) e Três Lagoas (MS), tendo 1136 quilômetros de extensão. Na década de 90, o rio Tietê era o mais poluído do país e um dos mais poluídos do mundo. Isso se deve ao descaso e a falta de conscientização do povo e gestores públicos e privados que durante décadas não se importaram com o destino do rio e suas influências na vida das pessoas que se acercaram dele. O rio Tietê e seus afluentes têm importância vital para os mais de quarenta e um milhões de indivíduos que habitam o Estado nos dias atuais. Por isso, o estudo do controle ambiental do Rio Tietê deve compreender o estudo de toda sua bacia hidrográfica. Uma bacia hidrográfica é a unidade biogeofisiográfica que drena para rio, lago, represa ou oceano. O conceito de bacia hidrográfica como unidade de pesquisa, gerenciamento e aplicação das informações básicas, é resultado de longa evolução iniciada praticamente com a implementação do conceito de carga (VOLLENWEIDER, 1968, Apud, TUNDISI, J. A. et al., 2008) e consolidado com os estudos (LIKENS, 1992 Apud, TUNDISI, J. A. et al.,2008) demonstrando os experimentos e o trabalho de longa duração no Hubbard-Brook, uma pequena bacia hidrográfica situada nos Estados Unidos. A bacia do rio Tietê drena uma área composta de seis sub-bacias, que banham 62 municípios, tendo 11 barragens que geram energia elétrica. Além disso, eclusas viabilizam a navegação pluvial. A Hidrovia Tietê-Paraná permite a navegação por 1100 quilômetros, movimentando mais de um milhão de toneladas por ano de grãos, por aproximadamente 700 km. Movimenta também aproximadamente 2 milhões de toneladas por ano de outros produtos. (ANTAQ, 2013). Além de cortar uma região altamente povoada, ao longo de suas margens foram implantadas as mais variadas indústrias nacionais, uma vez que o Estado de São Paulo abriga o maior parque industrial do país. Pelas rodovias marginais dos Rios Tietê e Pinheiros, um de seus afluentes, am as ligações norte-sul do Brasil para diversas rodovias, o o ao Porto de Santos e aos Aeroportos de Congonhas e Cumbica. Qualquer interrupção nas marginais desses Rios paralisa a grande São Paulo e, por conseqüência, as ligações norte-sul do Brasil. O rio Tietê se sub-divide em seis sub-bacias: a- Alto Tietê, compreendendo da nascente em Salesópolis até a cidade de São Paulo; b- Sorocaba/Médio Tietê, em uma região que banha 34 municípios; c- Piracicaba/Capivari/Jundiaí com 16 municípios paulistas e 2 mineiros; d- Tietê/Batalha com 5 municípios; e- Tietê/ Jacaré com 34 municípios; f- Baixo Tietê com apenas uma cidade importante (Andradina). A Alemanha e a Inglaterra sofreram problemas semelhantes nas bacias dos Rios Reno e Tâmisa. O exemplo inglês é mais semelhante ao do Rio Tietê, pois o Rio Tâmisa, ao longo dos seus 338 km, percorre 6 condados, desaguando no Oceano Atlântico. Ao longo de seu percurso, existem grandes áreas industriais, desenvolvem-se culturas agrícolas, além de atravessar a capital inglesa que é uma grande metrópole. Em 1858, o Rio Tâmisa ficou conhecido com o “Grande Fedor”, quando as sessões do parlamento britânico foram suspensas devido ao mau cheiro proveniente do Rio. Além disso, muitas espécies de peixes 908

(principalmente o salmão) sumiram de suas águas. Neste mesmo ano, tiveram início às obras do sistema de captação e tratamento de esgotos em Londres. Em 1970, durante um torneio de pesca, foi constatado o reaparecimento do salmão, que havia sido reintroduzido artificialmente anos antes. Hoje, o rio Tâmisa é considerado o Rio mais limpo do mundo. Ainda hoje, o Rio sofre um monitoramento constante e observa-se uma grande conscientização do povo e do governo inglês, que o considera como patrimônio que deve ser preservado (GARRIDO, 2012). Ao espelhar-se nas experiências de outros povos pode-se, com as devidas adaptações, introduzi-las no Brasil. Este artigo tem como objetivo descrever o programa de despoluição e propor ações que possam contribuir com a conservação e recuperação da bacia do Rio Tietê. Serve também como alerta para outras bacias hidrográficas brasileiras que am por problemas semelhantes. MATERIAIS E MÉTODOS Para a elaboração deste artigo, foram realizadas pesquisas e estudos sobre iniciativas dos governos internacionais e nacionais sobre o assunto. As informações foram obtidas em artigos de revistas, pesquisas em sites pela internet e instituições de ensino no Brasil. Foram consultados projetos, programas e regulamentações de governos e publicações sobre poluição em bacias hidrográficas. O estudo fundamenta-se na pesquisa bibliográfica sobre o tema gestão ambiental, especificamente sobre tratamento e controle ambiental, com pesquisas referentes à poluição do Rio Tietê, através de buscas em sites na internet e outras publicações relacionadas a obras já realizadas com esta preocupação. OS PRINCIPAIS PROBLEMAS SÓCIO-AMBIENTAIS Nas décadas de 20 e 30 do século ado, o rio era utilizado para pesca e atividades esportivas com a criação de diversos clubes como os Clubes de Regatas Tietê e Espéria. A poluição teve início na década de 20, com a construção da represa de Guarapiranga (Light). Nessa época, o regime de águas do Rio na cidade de São Paulo foi alterado. Posteriormente, com a retificação de diversos trechos do rio, tornou-se menos sinuoso. As áreas alagadas e alagáveis foram eliminadas. O processo de industrialização e a expansão urbana desordenada, ocorridos principalmente entre as décadas de 40 e 70, contribuíram para a poluição. Esta degradação afetou também seus principais afluentes (rios Pinheiros, Tamanduateí e Aricanduva), sendo que o segundo trazia da região do ABC, os esgotos industriais de grandes fábricas. As indústrias despejavam no rio todo tipo de materiais e resíduos industriais, tóxicos e químicos, além de metais pesados. Na década de 80, houve estudos do Programa de Tratamento de Esgotos para a Grande São Paulo (SANEGRAN), mas as obras propostas não foram executadas devido aos altos custos. Em 1990, um programa de rádio da Radio Eldorado de São Paulo colocou no ar um repórter navegando no rio Tietê e outro no rio Tâmisa. Ficou exposto a grande degradação do rio nacional em comparação ao rio inglês que acabara de ar por um programa de despoluição iniciado no século XIX e implementado na década de 50. Isso serviu de alerta para o povo em geral, que começou a pressionar o governo em busca de soluções. (GARRIDO, 2013) Em 1991, diante das pressões populares, o governo de São Paulo ordenou que a Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo (SABESP) estabelecesse um programa de despoluição do rio Tietê, que contou com a contribuição financeira do Banco Interamericano de Desenvolvimento (BID). O projeto visava acabar com a poluição gerada por esgotos na região metropolitana de São Paulo (Projeto Tietê), sendo hoje o maior projeto 909

de recuperação ambiental do país. Antes do início deste programa, apenas 20% do esgoto coletado na cidade de São Paulo era tratado. Em 2004, foi atingido um percentual de 63% e hoje atingiu-se 84%. A meta, ao final do programa, é atingir-se 90%. Dos 92 municípios que fazem parte da bacia do Rio Tietê somente um (Biritiba Mirim, com aproximadamente 30.000 habitantes) trata 100% do esgoto coletado. Dos municípios do médio Tietê, 19 não fazem tratamento dos esgotos. Diariamente, 690 toneladas de esgotos são lançados “in natura” no Rio Tietê, somente na cidade de São Paulo. Segundo o Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE, 2010), no último censo realizado, o Estado de São Paulo contava com quarenta e um milhões de pessoas e 95,9 % moravam em cidades. A escalada de crescimento populacional foi de 2,3 milhões em 1900 para 7,2 milhões em 1940; ando para 37 milhões em 2000 e 41,3 milhões em 2010. Na cidade de São Paulo, segundo o IBGE, o crescimento populacional foi de dois milhões em 40 para seis milhões em 70. É crível acreditar, apesar de o crescimento percentual ter diminuído na última década, que muito em breve se alcançará a marca de 45 milhões de pessoas. Desse contingente, ainda segundo o IBGE, 27,3% moram na cidade de São Paulo, que já conta hoje com 11,25 milhões de pessoas. O crescimento urbano desordenado fez com que houvesse a impermeabilização progressiva do solo com a construção de ruas, praças, edificações, etc. Com isso, as chuvas correm mais rapidamente para córregos e galerias que deságuam no Rio. O Tietê não tem capacidade de absorver um volume tão grande de água, uma vez que as várzeas que existiam antes foram eliminadas com a retificação do rio para a construção de suas marginais e as do Rio Pinheiros. Além disso, com as chuvas torrenciais, toda espécie de resíduos sólidos é carreada para o rio e seus afluentes. Para se ter uma visão do volume desses resíduos, 6,4 milhões de toneladas/ano não são coletadas. Em 2011, somente 58,1% dos resíduos coletados foram disposto em aterros sanitários, o que representa 391,6 kg por ano per capita, com custo de R$ 10,37 per capita. Estima-se que atualmente, 36% da poluição do rio Tietê é oriundo do lixo jogado nas ruas. Para completar, as redes de águas pluviais, que carreiam inúmeras partículas poluidoras, não am por estações de tratamento e sabe-se que ligações clandestinas de esgotos são feitas diretamente nas galerias de águas pluviais. As inundações de grandes áreas, com a inundação de casas, comércios e indústrias, acarretam enormes prejuízos na economia da região. Estes problemas ambientais trazem doenças como cólera, tifo, hepatite e leptospirose, dengue, entre outras. PROJETO DE DESPOLUIÇÃO DO RIO TIETÊ O projeto de despoluição do Rio Tietê envolve muitos recursos e deve ser implementado por alguns anos, por isso foi dividido em 3 etapas: Etapa I: Esta primeira etapa se desenvolveu entre 1992 e 1998. Exigiu investimentos de 900 milhões de dólares. Privilegiou a região metropolitana de São Paulo, e teve como principais metas: - ampliação da coleta de esgotos para 80% da população; - tratamento de 60% do esgoto coletado com a construção de mais duas estações de tratamento e ampliação da estação de tratamento do ABC, além da ampliação da estação de Barueri; - construção de 37 km de interceptores; - construção de 315 km de coletores; 910

- construção de 1.500 km de redes de esgoto; - 250.000 novas ligações domiciliares; - programa de redução da poluição industrial da região metropolitana que contemplou 1200 indústrias. Etapa II: A segunda etapa, que se desenvolveu de 2001 a 2004, consumiu um orçamento de 400 milhões de dólares e teve como metas principais: - construção de 1.200 km de redes coletoras; - 290.000 novas ligações domiciliares; - construção de 134 km de interceptores e coletores tronco; - melhorias em diversas estações de tratamento de esgotos. Etapa III: A terceira etapa teve início em 2012 e se estenderá até 2015, com investimentos previstos de 800 milhões de dólares. Abrange a capital e mais 31 cidades circunvizinhas, tendo como principais objetivos: - ampliar o esgoto coletado para 87%; - ampliar o tratamento de esgotos de 70% para 87%; - tratamento de 165 rios e córregos e afluentes da bacia do Tietê; - redução da carga orgânica lançada nos rios dessas regiões; - controle de efluentes das 1.200 indústrias mais poluidoras, o que representa 90% da carga poluidora das indústrias da região. RESULTADOS E DISCUSSÃO O programa de despoluição do Tietê, iniciado em 1992 e ainda em andamento, está a cargo da SABESP. Os principais benefícios esperados são: a melhoria da qualidade da água para abastecimento público e industrial; o retorno dos peixes aos rios, tornando possível, a pesca esportiva; a preservação ambiental; a diluição dos esgotos tratados; a melhora na capacidade de geração de energia elétrica; o controle das cheias; entre outros. A bacia do rio Tietê atravessa as regiões mais densamente povoadas do Brasil, que desenvolveram as margens dos rios o agronegócio (cana, café, laranja e soja principalmente), as indústrias e a pecuária. Isso fez com que só restassem 11% de áreas de vegetação nativa ao longo dos rios tributários. O desmatamento fez com que fossem alterados os regimes desses rios com enchentes nas épocas de chuvas, o que foi agravado pelo desaparecimento das várzeas, que são os reservatórios naturais capazes de reter essas águas para posterior vazão pelas calhas dos rios. Nas regiões metropolitanas, em especial na capital, foram construídas as marginais (principalmente do Tietê e Pinheiros) por onde escoam quase todo o tráfego da região e que são responsáveis pelas ligações norte-sul do Brasil e ao porto de Santos. A ausência de vegetação nativa acarretou o aumento da drenagem que carreia todo o tipo de substâncias para as águas. O crescimento desordenado da população nas grandes cidades fez com que áreas ribeirinhas, ainda virgens, fossem ocupadas desordenadamente, sem que houvesse a preocupação de manter a vegetação nativa. A diminuição gradativa e acelerada dessa vegetação e, por vezes, seu extermínio total, propiciou a diminuição da retenção das águas de chuvas, que então corriam para o Rio Tietê e afluentes com maior intensidade. A par disso, o homem ao ocupar essas áreas, começou a contribuir negativamente com a poluição dos rios, lançando, além de esgotos a céu aberto, toda sorte de resíduos. Nas áreas agrícolas, a necessidade crescente de maior área cultivada fez com que as áreas ribeirinhas fossem ocupadas. Além do extermínio da vegetação agrícola, o solo começava a ser poluído com defensivos agrícolas e produtos que fizessem aumentar a produtividade desses campos. Com o crescimento populacional, ocorreu o crescimento industrial, que também contribuiu para a 911

poluição do solo e da bacia hidrográfica como um todo. Com a diminuição das áreas alagadas e alagáveis, as ocupações populacionais, agrícolas e industriais ocorreram de forma desordenada. Estas áreas serviam de reservatórios naturais para retenção de águas de enchentes na época de chuvas mais fortes (verão), fazendo com que as mesmas fossem escoando gradativamente quando essas chuvas paravam, evitando assim cheias maiores e transbordamentos dos rios. Em razão da degradação das áreas urbanas, má ocupação do solo e má gestão ambiental dos municípios, os rios urbanos foram os que mais sofreram com o crescimento desordenado da população em seus entornos. De um lado, a falta de conscientização da população que viam nesses cursos de água a solução de todos os seus problemas, desde o despejo sanitário até o depósito natural de todo tipo de rejeito. De outro lado, o poder público que não coibia o mau uso, não regulava a ocupação do solo e não contribuía com a adequada coleta de lixo domiciliar, quer por falta de recursos, quer por falta de gestão pública e educação ambiental. Os despejos de resíduos domésticos (esgotos), sem tratamento na maioria dos municípios da região, é um dos problemas que está sendo atacado pelo programa de despoluição, só agora estendido para 31 dos municípios circunvizinhos à capital. A par disso, muitas ligações de esgotos domiciliares são feitas diretamente nas galerias de águas pluviais, que não têm qualquer tratamento. O não tratamento das águas pluviais carrega parte de efluente de esgotos e faz com que este seja lançado diretamente nos rios da região. Atualmente, estima-se que 690 toneladas de esgoto são lançadas na bacia do Tietê, sem qualquer tratamento. A grande quantidade de lixo urbano (6,4 milhões de toneladas por ano só na capital) não coletada acaba poluindo toda a bacia do Tietê. Além disso, não se pode precisar qual a qualidade do tratamento dado ao lixo recolhido (74.000 toneladas por dia só na capital) o que pode contaminar o solo e acabar por contaminar os rios. Em todo o território de São Paulo, extensas áreas de ocupação do solo são encontradas, com culturas que produzem grande quantidade de matéria em suspensão. Essas culturas recebem a aplicação de fertilizantes e defensivos agrícolas, além de pesticidas que acabam por contaminar os rios da região. Ao se comparar o crescimento populacional brasileiro, principalmente nas áreas urbanas, com o mesmo crescimento de outros países desenvolvidos, podem-se ver a discrepância dos números. Alguns fatores contribuíram para esse crescimento, como o êxodo rural e o início da industrialização, principalmente nas décadas de sessenta a oitenta do século ado, alcançando crescimentos urbanos na ordem de 66 % por década (IBGE). O crescimento fez com que novas áreas urbanas, fossem ocupadas desordenadamente, até por uma valorização de mercado de tais áreas, uma vez que além de moradias, estabelecimentos comerciais também se instalavam nas cercanias. O aumento da demanda da água nas regiões urbanas e para irrigação, agravou o déficit hídrico natural, principalmente durante o inverno. A maior população induz maior consumo de água. Maior parque industrial induz maior volume de água necessário. Maior área plantada também induz maior volume de água para sua irrigação. A ausência de áreas alagadas e alagáveis pelas chuvas de verão faz com que o homem tenha que extrair da bacia hidrográfica toda a água necessária as suas demandas. No inverno, quando as chuvas são menos abundantes e intensas, alguns rios não conseguem mais suprir a quantidade de água necessária. Com isso, surge a necessidade de obras de barragens para retenção das mesmas. As barragens também tinham como objetivo tornar o rio Tietê navegável e capaz de escoar a produção industrial e agrícola de São Paulo. O comprometimento dos aquíferos pelo uso desordenado do solo e despejos industriais propiciou a presença de espécies invasoras (principalmente o mexilhão dourado) que produzem danos em estruturas e tubulações, sem que, em contrapartida, tenham predadores naturais. As barragens construídas ao longo da bacia hidrográfica do rio Tietê têm como 912

finalidade também a produção de energia elétrica para suprir a demanda natural da população, da indústria e da própria agricultura que, atualmente, faz o cenário do estado mais rico do Brasil. Os desequilíbrios ecológicos introduzidos em qualquer ecossistema podem introduzir novas formas de vida vegetal e animal que tendem a proliferar desordenadamente, uma vez que além de encontrarem condições propícias, não encontram barreiras naturais que impeçam seu crescimento, como por exemplo, predadores. Nas usinas ao longo do rio Tietê, criou-se uma espécie conhecida como mexilhão dourado. Este tipo de mexilhão está preocupando os engenheiros responsáveis pela manutenção dos dutos de coleta e transporte de água para a produção de energia, uma vez que, reproduz-se em escala geométrica, impedindo o fluxo normal das águas por essas tubulações e seu tempo de vida útil. A seguir é apresentada uma proposta com ações, que pode colaborar com o Programa de Despoluição do Rio Tietê. 1. Educação da população no sentido amplo da sustentabilidade ambiental. A educação é o primeiro o para o progresso e para mudanças. Só agora se fala em sustentabilidade ambiental e muitos não conseguem enxergar o sentido amplo desse termo. Todos, políticos e população, precisam aprender com urgência as necessidades do nosso ecossistema e, para tanto, deve-se institucionalizar campanhas veiculadas nos canais certos, para que, daqui a alguns anos se possa entender verdadeiramente o sentido amplo dessa necessidade. 2. Conscientização da classe política. A classe política precisa entender que os custos indiretos que advém da ineficiente gestão ambiental são muito maiores que os custos diretos de intervenção e implantação de programas ambientais. Muitas doenças e epidemias são intimamente ligadas à má gestão pública ambiental e ao descaso das autoridades das reais necessidades do povo. 3. Coleta e tratamento eficiente de todo o esgoto domiciliar. No Brasil, a grande maioria das cidades não conta com a coleta de 100% de esgoto domiciliar. Além disso, a maior parte das cidades não conta com estações capazes de tratar o esgoto recolhido. É necessária, uma gestão pública ativa para que essas obras sejam realizadas. 4. Coleta e tratamento de todo o lixo urbano. O problema do lixo urbano representa um dos maiores problemas de todas as cidades. Além da coleta eficiente, há a necessidade de sua classificação, reaproveitamento e correta decomposição, evitando que os compostos degradem o solo. 5. Coleta e tratamento de toda a água pluvial antes do lançamento da mesma em córregos e rios. É fácil entender que a deficiente coleta de lixo urbano faz com que parte seja carregada pelas águas pluviais, contaminando córregos e rios. Além disso, as águas pluviais são responsáveis pelo carreamento de partículas do solo, que acabam assoreando córregos e rios. Isso pode ser evitado com projetos de sistemas eficientes de tratamentos de águas pluviais, antes do lançamento da mesma em córregos e rios. 6. Criação de políticas conscientes de conservação e reflorestamento, com espécies nativas, das áreas alagadas. As áreas alagadas e alagáveis são importantes na manutenção dos fluxos hídricos, portanto devem ser conservadas e mantidas com as mesmas espécies vegetais nativas para que não se 913

introduza qualquer espécie não natural ao ecossistema, o que pode ocasionar seu desequilíbrio. 7. Controle eficiente e permanente dos efluentes industriais. As indústrias podem poluir severamente um ecossistema ao introduzir, através de seus despejos, compostos químicos que os alterem. Portanto, o controle e o tratamento de efluentes industriais devem ser feitos a partir de projetos, levando em conta a vida útil e a linha de produção. 8. Monitoramento intensivo e controle dos principais pontos de fontes poluentes. A bacia hidrográfica de um rio só estará protegida se for possível identificar rapidamente qualquer sintoma de poluição não previsto. Para que isso possa acontecer, é necessário coletar amostras das águas e do solo, além traçar objetivos progressivos de despoluição. 9. Políticas eficientes para o controle do uso de defensivos agrícolas, fertilizantes e agrotóxicos e monitoramento das áreas quando isso for necessário. Como a agricultura é uma das fontes de poluição de bacias hidrográficas, é necessário estabelecer regras rígidas para o uso de defensivos agrícolas, fertilizantes e agrotóxicos, além de monitorar constantemente a qualidade de águas e solo para preservação do ecossistema. 10. Políticas eficientes para o uso do solo urbano, evitando o crescimento desordenado das cidades. A ocupação desordenada de áreas urbanas traz todo tipo de problema que depois é quase impossível sanar. Só com a correta política do uso do solo e com fiscalização eficiente de obras irregulares é possível garantir o correto uso do solo, evitando assim a poluição do meio ambiente. CONCLUSÕES Para que todo o esforço no sentido de recuperação da bacia do rio Tietê, que ainda está se desenvolvendo, não seja perdido; são necessárias inúmeras ações e também a conscientização do povo com uma cultura ambiental que não represente danos em outras bacias hidrográficas existentes no Brasil, como por exemplo, a Bacia Hidrográfica do Rio Paraíba do Sul que abrange os estados de São Paulo e Rio de Janeiro. O artigo descreveu o Programa de Despoluição do Rio Tietê e apresentou uma análise dos principais pontos discutidos. Além disso, apresentou as principais ações que podem contribuir para o sucesso do programa. Algumas das ações sugeridas podem não ser alcançadas em sua plenitude, porém, a diminuição de alguns índices já traria resultados bastante animadores no sentido da preservação ambiental de uma bacia hidrográfica, o que acarretariam inúmeros benefícios a todos, evitando que futuras gerações arquem com enormes ônus para remediar os danos. REFERÊNCIAS Agência Nacional de Transportes Aquaviários (ANTAQ). Relatório Executivo do Plano Nacional de Integração Hidroviária – Bacia do Paraná-Tietê. 2013. Disponível em: <www.antaq.gov.br/portal/PNIH/BaciaParanaTiete.pdf>. o em: 13/08/2013. Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo (SABESP). Disponível em: <www.sabesp.com.br>. o: 07/07/2013.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

AVALIAÇÃO DA ABORDAGEM RURAL NOS PLANOS MUNICIPAIS DE SANEAMENTO BÁSICO DE CARIÚS, LIMOEIRO DO NORTE E QUIXELÔ/CE MARIANA GROSS DE CARVALHO1, ANNA VIRGINIA MUNIZ MACHADO2 1 2

Graduanda em engenharia ambiental, Universidade Federal Fluminense, (21)8420-1856, [email protected] Engenheira civil, Msc, Universidade Federal Fluminense, (21) 8112-3070, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: A promoção do o universal ao saneamento básico com qualidade, equidade e integralidade é um dos maiores desafios postos à sociedade brasileira. Para o enfrentamento desse desafio foi estabelecida a necessidade de elaboração dos Planos Municipais de Saneamento Básico (PMSB), segundo os princípios e as diretrizes constantes na Lei Federal nº 11.445, de 05/01/2007 e no Decreto nº 7.127, de 21/06/2010, que regulamenta a referida lei, que institui a Política Nacional para o Saneamento Básico no país. Dentre os propósitos e objetivos do PMSB está a universalização dos serviços de saneamento como um todo, cujas metas contemplam: o o à água potável de qualidade e em quantidade; o à rede de esgoto sanitário com tratamento; a coleta dos resíduos sólidos e seu tratamento e disposição; planejamento da infraestrutura de drenagem pluvial. O presente trabalho objetiva o estudo de planos municipais de saneamento básico (PMSB) para a verificação dos aspectos de atendimento a comunidade rural, indicada como um dos segmentos com maior entrave para atingir as metas do milênio. A metodologia baseou-se nos PMSB dos municípios cearenses: Cariús, Limoeiro do norte e Quixelô, verificando-se que o processo participativo teve pouco envolvimento da área rural, refletindo deficiência no diagnóstico e prognóstico. Em conclusão do estudo observou-se a existência programas e projetos que não contemplaram as áreas rurais, fator fundamental para a consecução dos objetivos e metas necessárias para alcançar a universalização dos serviços de saneamento básico. PALAVRAS–CHAVE: Saneamento Básico,Plano Municipal de Saneamento Básico,Planejamento.

EVALUATION ON RURAL APPROACH AT MUNICIPAL PLANS OF BASIC SANITATION OF CARIÚS, LIMOEIRO DO NORTE AND QUIXELÔ/CE ABSTRACT: The promotion of universal access to basic sanitation with quality, fairness and integrality is one of the greatest challenges proposed to the Brazilian society. To face this challenge it was established the necessity to implement Municipal Sanitation Plans (PMSB), according to the principles and guidelines contained in the Federal Law No. 11,445 of 05/01/2007 and Decree No. 7.127 of 21/06 / 2010, which regulates the mentioned law, establishing the National Policy for Sanitation in the country. Among the purposes and objectives of PMSB we underline universal sanitation services as a whole, whose goals include: access to drinking water with quality and quantity; access to a treated sewage network, the collection, treatment and disposal of solid waste and infrastructure planning for rainwater drainage. The present work aims to study municipal sanitation plans (PMSB) to the proper care for rural communities, specified as one of the greatest obstacles on achieving the millennium goals. The methodology was based on the PMSB of some municipalities in Ceará: Cariús, Limoeiro do Norte and Quixelô, when it was verified that the participatory process had little involvement in the rural area, reflecting impairment in the diagnosis and prognosis. In conclusion the study observed the existing fragility on consulting the civil society and the absence of a proposal to build a sanitation information system. KEYWORDS: Sanitation, Municipal Sanitation Plan, Planning

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INTRODUÇÃO A realidade do saneamento na maioria dos municípios brasileiros é evidenciada pela falta de planejamento, controle e regulação dos diversos setores que compõem os serviços de abastecimento de água potável e esgotamento sanitário, de gestão e gerenciamento dos resíduos sólidos e de drenagem urbana. O que resulta em graves problemas de contaminação do ar, do solo, das águas superficiais e subterrâneas, criação de focos de organismos patogênicos, vetores de transmissão de doenças que põem em risco a saúde pública e a qualidade de vida da população. Porém, a partir de 2007, a prestação dos serviços públicos de saneamento básico deve observar uma série de condições que garantam o o universal a serviços com qualidade, equidade e continuidade (BRASIL, 2007). Para tanto, a referida lei define a obrigatoriedade de todos os municípios na elaboração da Política de saneamento Básico e do Plano de Saneamento Básico. O inciso I, do art. 9°, da Lei n° 11.445, de 05 de Janeiro de 2007 e o inciso I, do art. 24, do Decreto n° 7.217, de 21 de junho de 2010, prevêem a responsabilidade do poder público na definição da política de saneamento básico e do Plano municipal de Saneamento Básico, ou seja, determinam que o titular dos serviços de saneamento, os municípios, devem formular a política pública do setor, além de elaborar o plano de saneamento básico, sendo esta atribuição indelegável a outro ente. Porém é fundamental a participação social, por meio de audiências, conselhos e consultas públicas, que garantam à sociedade informações, representações técnicas e participações nos processos de formulação de políticas, de planejamento e de avaliação relacionado aos serviços públicos de saneamento básico. A Política de Saneamento Básico e o Plano de Saneamento Básico, instituídos pela Lei 11.445, de 05 de Janeiro de 2007, são os instrumentos centrais da gestão dos serviços. A lei estabelece os princípios para a Política de Saneamento Básico, que deve ser norteada pela universalização do o aos quatro componentes: abastecimento de água potável, esgotamento sanitário, gestão e gerenciamento dos resíduos sólidos e drenagem urbana, com integralidade e de forma adequada à saúde pública, à proteção do meio ambiente e às condições locais. Da mesma forma, deve promover a integração com as políticas de desenvolvimento social, habitação, transporte, recursos hídricos, educação e outras. A política deve definir a forma de prestação dos serviços (direta ou delegada) e apontar como os serviços serão regulados e fiscalizados, como os direitos e deveres dos usuários devem ser fixados e como a sociedade exercerá o seu direito ao controle social. Também deve adotar indicadores para garantia essencial do atendimento à saúde pública quanto à quantidade, regularidade e qualidade da água potável. A política pública de saneamento básico também deve definir as condições para a prestação dos serviços, envolvendo a sua sustentabilidade, viabilidade técnica, econômica e financeira bem como a definição de sistema de cobrança, composição de taxas e tarifas e política de subsídios. Os Planos de Saneamento Básico são instrumentos de planejamento indispensáveis da política pública de saneamento básico e obrigatórios para a contratação ou concessão dos serviços, onde são definidas as prioridades de investimentos, os objetivos e metas para a universalização e programas, projetos e ações necessários para alcançá-los. O plano deve expressar um compromisso coletivo da sociedade em relação à forma de construir o futuro do saneamento no território. Para elaboração do Plano de Saneamento básico, o município deverá observar as diretrizes para o saneamento previsto no plano diretor, devendo abranger, no mínimo: diagnóstico da situação e de seus impactos nas condições de vida; objetivos e metas de curto, médio e longo prazo para a universalização; programas, projetos e ações necessárias para atingir os objetivos e as metas; ações para emergências e contingências; e mecanismos e procedimentos para a avaliação sistemática da eficiência e eficácia das ações programadas. 917

Além disso, cada município deve definir como será o acompanhamento e revisão periódica do plano, que deverá ser em prazo não superior a 4 anos. Logo é responsabilidade do município definir como e quem vai avaliar se as ações planejadas estão sendo realizadas e se os objetivos estão sendo alcançados. Essa estratégia viabiliza o processo participativo de elaboração do Plano Municipal de Saneamento Básico, que deve ser aprovado pela câmara municipal ou por decreto do prefeito. O presente trabalho objetiva o estudo de planos municipais de saneamento básico (PMSB) dos municípios cearenses: Cariús, Limoeiro do norte e Quixelô, para a verificação dos aspectos de atendimento com saneamento básico para as comunidades rurais. Figura 1,2 e 3 apresentam, respectivamente, a localização dos municípios Cariús, Limoeiro do norte e Quixelô.

MATERIAL E MÉTODOS A metodologia utilizada no presente estudo dividiu-se em duas fases distintas, como ilustrado na figura 4. Primeiramente foi necessário desenvolver a contextualização do tema abordado, a partir de levantamentos bibliográficos, consultas a artigos publicados em anais de congressos e periódicos, além de materiais disponibilizados pela Secretaria Nacional de Saneamento Ambiental (Ministério das Cidades) e pela Fundação Nacional de Saúde (Ministério da Saúde), entrevistas com profissionais do ramo e participação em seminários sobre o tema. Na fase seguinte, foram escolhidos os Planos Municipais de Saneamento Básico dos municípios cearenses: Cariús, Limoeiro do norte e Quixelô, para identificação dos aspectos relacionados ao atendimento com saneamento básico às comunidades rurais, foram selecionadas para análise três etapas do desenvolvimento dos planos: Planejamento participativo, Diagnóstico e Prognóstico. De acordo com Brasil (2011a), o planejamento de sistema de saneamento requer um grau elevado de participação da sociedade especialmente por estar orientado para a sustentabilidade, sendo importante avaliar os níveis de participação, as formas de participação e os grupos participantes. O diagnóstico deverá identificar e caracterizar problemas, sua gravidade e sua extensão, permitindo hierarquizá-los para que sejam priorizadas as intervenções. A análise do diagnóstico permitirá estabelecer metas e objetivos (BRASIL, 2011a). 918

O prognóstico contém as propostas de programas e projetos que transformarão a realidade garantindo a consecução dos objetivos e metas para a universalização do atendimento com saneamento básico (BRASIL, 2011b). A análise dos planos municipais mencionados buscou identificar elementos de participação da população rural, diagnóstico da situação atual assim como prognóstico com programas e ações com o objetivo de promover o atendimento destas comunidades.

Figura 4: Fluxograma representativo da metodologia utilizada no estudo.

RESULTADOS E DISCUSSÃO Plano Municipal de Saneamento Básico do Município de Cariús No processo de elaboração do plano municipal de saneamento básico do município de Carius, instituído entre a Prefeitura Municipal de Cariús através da Secretaria de Saúde e a Empresa Ducto Engenharia Ltda, a etapa de planejamento participativo não foi verificado nenhuma menção a comunidades rurais. O envolvimento da sociedade sucedeu devido aos distritos de Bela Vista, Caipú, São Bartolomeu e São Sebastião, considerados zonas urbanas. Consequentemente, para as etapas de diagnóstico e prognóstico não foi observado nenhum relato de população rural quanto aos problemas, expectativas e demandas referentes a cada componente específico do saneamento básico (CEARÁ, 2009a). Plano Municipal de Saneamento Básico do Município de Limoeiro do Norte O plano municipal de saneamento básico de Limoeiro do Norte, elaborado no âmbito do contrato firmado entre a Frota Fortes Engenharia Ltda. e a Prefeitura Municipal, caracterizase pela existência de processo participativo em comunidades rurais (Setor NH- 4, Canto Grande de Baixo, Cidade Alta, Ingarana, Espinho, Arraial, Pedra Branca, Córrego de Areia, Bonfim, Cabeça Preta e Km sessenta). No diagnóstico, apresentado no quadro 1 e 2, foi possível verificar as constatações das comunidades rurais com relação às problemáticas de abastecimento de água e esgotamento sanitário, porém para essas mesmas comunidades o sistema de saneamento básico foi abordado de forma sucinta (CEARÁ, 2009b). Na elaboração do prognóstico, foram hierarquizadas as localidades, inclusive rurais, com base nos parâmetros: população, carência pelos serviços de saneamento, e insatisfação da sociedade com relação aos serviços de saneamento a fim de definir as localidades a serem priorizadas para o atendimento de metas e objetivos. As áreas foram priorizadas na seguinte seqüência: Sede; Córrego de Areia; Pedra Branca; Cabeça Preta; Distrito de Bixopá; Arraial; 919

Km Sessenta; Setor NH4; Canto Grande de Baixo; Ingarana; Bonfim; Espinho (CEARÁ, 2009b).

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Quadro 1: Resultados dos Seminários realizados no Município de Limoeiro do Norte referente ao sistema de abastecimento de água. Fonte: Relatório de diagnóstico situacional/volume II- PMSB/Limoeiro do Norte (2009).

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Quadro 2 - Resultados dos Seminários realizados no Município de Limoeiro do Norte referente ao sistema de esgotamento sanitário. Fonte: Relatório de diagnóstico situacional/volume III-PMSB/Limoeiro do Norte (2009).

Plano Municipal de Saneamento Básico do Município de Quixelô O Plano Municipal de Saneamento Básico do município de Quixelô, instituído pela Prefeitura Municipal de Quixelô por meio da Secretaria de Finanças, istração, Planejamento e Orçamento e pela empresa Ducto Engenharia Ltda. apresentou planejamento participativo no processo de elaboração dos planos municipais de saneamento básico em comunidades rurais (Mulungu, Riacho do Meio e Jiqui), Sede Municipal e distrito Vila Antonico, o envolvimento populacional ocorreu através da criação de grupos de trabalho (grupos executivo e consultivo), plenárias comunitárias, capacitação massiva e seminários participativos. No diagnóstico foram considerados os resultados obtidos em consultas públicas às comunidades rurais, no entanto não foram divulgados maiores dados vinculados ao saneamento básico sobre essas áreas rurais. Os quadros 3, 4 e 5 exibem os principais problemas e expectativas de abastecimento de água e esgotamento sanitário nessas comunidades rurais (CEARÁ, 2010).

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Para a preparação do prognóstico foram observadas as demandas referentes a cada componente específico do saneamento básico apresentadas pela população durante a realização de seminários em comunidades rurais. Porém para efeito de planejamento, essas comunidades não apresentam relevâncias no dimensionamento dos programas e projetos, haja vista serem projetadas soluções individuais para atendimento de abastecimento de água, esgotamento sanitário e resíduos sólidos ao ambiente rural. Portanto a elaboração do prognóstico constituiu-se na hierarquização de prioridades entre o distrito de Vila Antonico e a sede do Município de Quixelô (CEARÁ, 2010).

Quadro 3: Resultados dos Seminários realizados no Município de Quixelô – Mulungu. Fonte: Relatório de diagnóstico situacional/volume II-PMSB/ Quixelô (2010).

Quadro 4: Resultados dos Seminários realizados no Município de Quixelô – Riacho do Meio Fonte: Relatório de diagnóstico situacional/volume II-PMSB/ Quixelô (2010).

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Quadro 5: Resultados dos Seminários realizados no Município de Quixelô – Jiqui. Fonte: Relatório de diagnóstico situacional/volume II-PMSB/ Quixelô (2010).

CONCLUSÕES A análise dos Planos Municipais de Saneamento Básico dos municípios de Cárius, Limoeiro do norte e Quixelô quanto aos aspectos de atendimento com saneamento básico para as comunidades rurais, permitiu concluir que as considerações identificadas nos processos de planejamento participativo foram em geral superficiais refletindo deficiência nos processos de diagnóstico e prognóstico. Os diagnósticos realizados em cada caso, embora apresentem de forma genérica os problemas da realidade atual, não mencionam maiores detalhes com ausência da descrição dos serviços de saneamento básico destas comunidades. Como resultado, os prognósticos apresentaram programas e projetos que não contemplaram as áreas rurais, fator fundamental para a consecução dos objetivos e metas necessárias para alcançar a universalização dos serviços de saneamento básico em suas quatro vertentes. REFERÊNCIAS BRASIL. Lei N° 11.445, de 05 de Janeiro de 2007. Estabelece diretrizes nacionais para o saneamento básico. Diário Oficial da República Federativa do Brasil, Brasília, DF, 06 jan. 2007. Disponível em: . o em: 02 Jul. 2013. BRASIL. Decreto N° 7.217, de 21 de junho de 2010. Estabelece diretrizes nacionais para o saneamento básico, e dá outras providências. BRASIL. Ministério Das Cidades. Peças técnicas relativas a Planos Municipais de Saneamento Básico. Brasília, 2011a. BRASIL. Ministério Das Cidades. Cartilha para a elaboração de planos Municipais de Saneamento Básico. Brasília, 2011b. CEARÁ. Prefeitura Municipal de Cariús . Plano Municipal de Saneamento Básico. Ceará, 2009a. CEARÁ. Prefeitura Municipal de Limoeiro do Norte. Plano Municipal de Saneamento Básico. Ceará, 2009b. CEARÁ. Prefeitura Municipal de Quixelô. Plano Municipal de Saneamento Básico. Ceará, 2010.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

GERAÇÃO DE HIDROGÊNIO PELA DECOMPOSIÇÃO CATALÍTICA DO METANO EM CATALISADORES DE Co/SiO2 PROMOVIDOS POR Ni E Fe ELISA J. FERNANDES1*, BIANCA TOLEDO2, MARIANA DE MOURA3, ROSENIR R. C. M. DA SILVA4, FÁBIO B. OS5 1,2,3,4,5

Departamento de Engenharia Química e de Petróleo da Universidade Federal Fluminense Rua o da Pátria, 156, bloco D, sala 231. RECAT. CEP. 24210-240, São Domingos, Niteró * [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: A decomposição catalítica do metano se mostra uma alternativa promissora aos processos tradicionais de produção de hidrogênio puro, por não ser fonte emissora de COx. Os metais de transição apresentam elevada atividade na decomposição do metano, promovendo a reação a temperaturas mais baixas. Em catalisadores bimetálicos, possíveis ligas metálicas podem aumentar ainda mais a atividade da reação, sendo mais eficientes do que alguns catalisadores monometálicos. Catalisadores monometálicos de Co, Ni e Fe e bimetálicos de Co-Ni e Co-Fe, todos ados em SiO2, foram preparados por impregnação seca com concentração mássica de metal de 20%. Neste trabalho foram investigados e comparados os comportamentos destes catalisadores na produção de hidrogênio em reator de quartzo de leito fixo a 500 °C. Os catalisadores foram caracterizados por Fisissorção-N2, DRX, XPS e TPR. Pela técnica de XPS observou-se, através do deslocamento da energia de ligação do Co 2p3/2, uma possível interação metálica entre Co e Fe. A presença de Ni como segundo metal diminuiu a temperatura de início da redução do catalisador, em relação ao monometálico de Co, representando uma economia energética ao processo. Resultados reacionais utilizando catalisadores de Co, Co-Ni e Co-Fe mostram que o Ni como segundo metal fez aumentar em mais de 30% a produção de H2 nos primeiros 20 minutos de reação, enquanto o Fe como promotor fez diminuir, na mesma porcentagem, a produção de H2 no mesmo intervalo de tempo. PALAVRAS–CHAVE: geração de hidrogênio, catalisadores bimetálicos, decomposição catalítica.

HYDROGEN GENERATION BY METHANE DECOMPOSITION IN Co/SiO2 CATALYSTS PROMOTED BY Ni AND Fe ABSTRACT: Methane Thermocatalytic Decomposition appears as a promissing alternative to the traditional ways to produce pure hydrogen COx-free. Transition metal catalysts have shown high activity in the process, allowing the reaction to proceed at lower temperatures. Bimetallic catalysts can form metal interactions that may increase the reaction rate and selectivity, therefore being more efficient than some monometallic ones. Silica ed monometallic (Co, Ni, Fe) and bimetallic (Co-Ni and Co-Fe) catalysts with wt20% metal loading were prepared by dry impregnation. In this paper, it was investigated and compared the catalysts behaviors for hydrogen production in a quartz fixed-bed reactor at 500°C. The catalysts were characterized by N2-Fisisorption, XRD, XPS and TPR. XPS analysis of Co and Co-Fe catalysts showed a binding energy shift of the Co 2p3/2, probing a interaction between the metals. The presence of Ni as a second metal reduced the reduction temperature of the catalysts, in comparison with the monometallic Co, which brings a positive impact lowering the energy costs. Reaction results using Co, Co-Ni and Co-Fe catalysts showed that Ni as a second metal increased more than 30% the H2 production during the first 20 minutes of reaction. On the other hand, the presence of Fe made the H2 production decrease in over than 30%. KEYWORDS: hydrogen generation, bimetallic catalysts, catalytic decomposition.

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INTRODUÇÃO A decomposição catalítica do metano se mostra um caminho atrativo para a produção de hidrogênio, como alternativa à rota mais usada atualmente, que é a reforma a vapor, por ser uma forma direta e moderadamente endotérmica de se produzir H2 de alta pureza, com reduzidas emissões COx. Por não haver contaminação por CO no H2 produzido, este pode ser aplicado diretamente em células a combustível (FRUSTERI et al., 2011; TAKENAKA et al., 2002]. A reação de decomposição catalítica do metano vem sendo muito estuda nas últimas décadas, testando-se diferentes catalisadores metálicos em diferentes es. No entanto, ainda não foi desenvolvido um sistema catalítico que viabilize o processo. Neste sentido, torna-se pertinente estudar soluções para as questões ainda pendentes, como a vida útil e regenaração do catalisador e a separação do carbono formado em sua superfície. (LI et al., 2011; FRUSTERI et al., 2011). Os metais de transição, principalmente Ni, Co e Fe, mostram elevada atividade na decomposição do metano, promovendo a reação a temperaturas mais baixas. Diversos es e promotores também têm sido empregados, buscando-se melhorar a atividade e estabilidade catalítica. Neste contexto, nos catalisadores bimetálicos, possíveis ligas metálicas e interações metal-e podem aumentar ainda mais a atividade da reação, sendo mais eficientes do que alguns catalisadores monometálicos e mais resistentes aos diversos ciclos reação-regenaração [AHMED et al., 2009]. Geralmente, catalisadores de Co e Ni promovem a reação de decomposição do metano a temperaturas entre 450 e 800 °C, enquanto catalisadores de Fe são ativos para esta reação somente acima de 700 °C. O Ni ado é apontado como um dos mais efetivos catalisadores para o caso. No entanto, a sua atividade catalítica diminui no decorrer da reação em função da grande quantidade de C depositado na superfície do catalisador (TAKENAKA et al., 2011, LI et al., 2011). No RECAT/UFF alguns trabalhos têm sido avaliados adicionando Cu e Ag em catalisadores contendo 20%Co/SiO2. Segundo a literatura, catalisadores de Ni-Cu exibem melhor atividade. No entanto, esses metais diminuíram muito a atividade catalítica (ESTEVES, 2012). Neste trabalho são investigados e comparados os comportamentos de catalisadores de cobalto, níquel e ferro, bem como a influência do níquel e do ferro como segundo metal em catalisadores de cobalto, todos ados em sílica, para serem utilizados na decomposição do metano a 500 °C. MATERIAL E MÉTODOS Preparação dos Catalisadores Para a obtenção do e foi utilizada a sílica SiO2 (DAVICAT SP 550-10022). O material foi calcinado a 550 °C por 4 h, à taxa de 5 °C/minuto, em mufla. Os catalisadores foram preparados pelo método de impregnação seca, utilizando-se como precursores dos metais os seguintes sais: Co(NO3)2.6H2O, Ni(NO3)2.6H2O e Fe(NO3)3.9H2O, fornecidos pela Sigma-Aldrich. Foram preparados catalisadores monometálicos de Co, Fe e Ni com teor metálico de 20 % e catalisadores bimetálicos com 15 % de Co e 5 % do promotor, Ni ou Fe. Após a impregnação, os catalisadores foram secados na estufa a 130 °C durante a noite (15 h) e calcinados em mufla a 400 °C por 2 h, à taxa de 5 °C/minuto. Caracterização dos Catalisadores

927

Para caracterizar a superfície dos catalisadores foram utilizadas diversas técnicas, descritas a seguir. As áreas específicas e volumes de poros foram determinados por fisissorção com N2, através de um equipamento automático ASAP (Surface Area and Porosity Analyzer) 2020 da Micromeritics. Foram pesados 160 mg de amostra (referentes à 80 m2 de e) em um balão de quartzo. Antes da análise, as amostras foram secas em estufa a 130 °C, à taxa de 10 °C/minuto, por 16 h e submetidas a um pré-tratamento sob vácuo e aquecimento (250 °C), num aparelho automático ASAP 2010 da Micromeritics, até que a pressão estivesse menor do que 4 µm Hg. As análises de DRX (Difração de Raios X) foram realizadas no equipamento Miniflex II da Rigaku, com radiação de CuKα (1,540 Å). As amostras foram colocadas na cavidade de uma lâmina de vidro, de forma que a superfície da amostra coincidisse com a superfície da lâmina. Os difratogramas compreenderam o intervalo entre 2θ = 10° e 80°, com o de 0.05° e tempo de contagem de 1 segundo por o. Os experimentos de TPR (Redução à Temperatura Programada) foram realizados em uma unidade multipropósito acoplada a um espectrômetro de massas Pfeiffer de modelo Prisma, em reator de quartzo forrado com lã de quartzo para evitar o carreamento da amostra pelos gases. A fim de se analisar 10 mg de fase ativa, pesou-se 50 mg de catalisador. As amostras foram secas na mesma unidade, a 150 °C, à taxa de 10 °C/minuto por 1 h, sob fluxo de 30 mL/min de He. Após o pré-tratamento, as amostras foram aquecidas até 1000 °C à taxa de 10 °C/min, sob fluxo de 5 % H2/Argônio, e a redução foi determinada pelo consumo de H2. As análises de XPS (Espectroscopia Fotoeletrônica de Raios X) foram realizadas num equipamento Thermo Fisher Scientific - SCALAB-250Xi, onde as amostras foram submetidas a vácuo e radiação monocromática de AlKα. As amostras foram preparadas em um porta amostras, com o auxílio de fita adesiva de cobre dupla face. Utilizou-se energia de agem de 100 eV, ao o de 1 eV, variação da energia de ligação de 0 eV a 1400 eV e 85 varreduras de 50 milisegundos cada. Teste Catalítico Os testes catalíticos foram realizados em uma unidade multipropósito, acoplada a um espectrômetro de massas Pfeiffer de modelo Prisma, em reator de quartzo forrado com lã de quartzo. As amostras foram secas a 150 °C sob fluxo de He (30 mL/min) por 40 minutos. Após a secagem, as amostras foram reduzidas a 500 °C sob fuxo de H2 (50 mL/min) por 2 h. Em seguida, iniciou-se a reação de decomposição a 500 °C sob fluxo de 20 % CH4/He (50 mL/min) por 20 minutos. RESULTADOS E DISCUSSÃO Área específica (BET) e Volume de Poros A Tabela 1 apresenta as áreas específicas e os volumes de poros do e e dos catalisadores preparados.

928

Tabela 1 - Área BET e Volume de poros do e e dos catalisadores preparados Material Área BET Volume de poros (e e catalisadores) (m2/g) (cm3/g) SiO2 calc. a 550 °C, 4 h 343.0 1.24 20%Co/SiO2 168.9 0.73 15%Co-5%Ni/SiO2 234.9 0.82 20%Ni/SiO2 231.9 0.81 15%Co-5%Fe/SiO2 215.4 0.76 20%Fe/SiO2 229.0 0.77 Observa-se que a sílica apresenta uma alta área específica e, após a impregnação com Co, a sua área foi reduzida praticamente à metade. Os catalisadores monometálicos de Ni e Fe e catalisadores bimetálicos Co-Ni e Co-Fe, apresentaram áreas específicas semelhantes entre si e maiores do que a do catalisador 20%Co/SiO2 (DUTTA et al., 2004; REGENHARDT et al., 2012). O catalisador 15%Co-5%Ni/SiO2 foi o que apresentou maior área superficial e, portanto, maior volume de poros. Difração de Raios X (DRX) Na Figura 1 estão apresentados os espectros de DRX para o e e para os catalisadores preparados. As elevações observadas em todos os catalisadores na região entre 2θ = 20° e 30° referem-se à estrutura amorfa da sílica. Para o catalisador monometálico de Co e catalisadores bimetálicos Co-Ni e Co-Fe, apenas os picos referentes ao Co3O4 foram observados, sendo o de maior intensidade em 2θ = 36,8° (DUTTA et al., 2004). A não observação dos picos referentes aos óxidos de Ni e de Fe podem ser devido aos baixos teores desses metais nos catalisadores (5%) e à baixa temperatura de calcinação (400 °C). Segundo (REGENHARDT et al., 2012), o NiO deveria apresentar picos em 2θ = 37°, 43° e 63° para o catalisador 10%Ni/SiO2 calcinado a 500 °C. No catalisador de Co-Fe/SiO2, a ausência de picos referentes ao Fe2O3 pode ser explicada pela ligação Si-O-Fe-O-Si que só se quebra em altas temperaturas de calcinação (RAILEANU et al., 2003). Resultados apresentados por (TAN et al., 2012) mostraram que apenas no catalisador de 10%Fe/SiO2 calcinado a 600 °C foi possível identificar os picos referentes ao óxido de Fe, nos ângulos 2θ = 40°, 50° e 60°. * Co3O4 * *

*

*

Intensidade (u.a.)

*

*

15%Co-5%Fe/SiO2

15%Co-5%Ni/SiO2

20%Co/SiO2

10

20

30

40

50

60

70

80

2 Theta

Figura 1 - Difratogramas das amostras calcinadas. O tamanho nanométrico das partículas das amostras oxidadas foi calculado através da Equação de Scherrer (Equação 1), que associa a largura à meia altura da linha de difração de maior intensidade com o diâmetro da partícula. Considerou-se que as partículas são esféricas 929

e, desta forma, a constante K é igual a 1. d =

y.8

9;:.±_U:îy³

(1)

Pela Tabela 2, observa-se que a adição de níquel e ferro como promotores fizeram diminuir o tamanho das partículas de Co3O4, tendo o níquel contribuído mais para este efeito, no catalisador 15%Co-5%Ni/SiO2. Tabela 2 - Tamanho nanométrico das partículas de Co3O4 nas amostras oxidadas Catalisador dp (nm) 20%Co/SiO2 18,2 15%Co-5%Ni/SiO2 16,3 15%Co-5%Fe/SiO2 17,0 Redução à Temperatura Programada (TPR) Os perfis de TPR dos catalisadores e os seus graus de redução global estão apresentados na Figura 2. Para o catalisador Co/SiO2, o primeiro pico representa a redução de Co3O4 a CoO, enquanto o segundo refere-se a CoO indo a Co (VENEZIA et al., 2012). O único pico de redução do catalisador Ni/SiO2 é característico da redução de NiO a Ni (BAITÃO et al., 2013). Já para o catalisador Fe/SiO2 foram observados 3 picos, o primeiro corresponde a Fe2O3 reduzindo a Fe3O4, o segundo de Fe3O4 a FeO e o terceiro de FeO a Fe (HAYASHI et al., 2002). Observa-se na Figura 2 que a presença do Ni como segundo metal no catalisador de Co diminuiu a temperatura de redução do catalisador, enquanto a presença do Fe dificultou a sua redução.

Sinal do E.M. (u.a.)

20%Fe/SiO (65,43%) 2

15%Co-5%Fe/SiO (79,59%) 2 20%Ni/SiO (85,33%) 2 15%Co-5%Ni/SiO (92,93%) 2

20%Co/SiO2 (99,87%)

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

Temperatura (°C)

Figura 2 - Perfis de TPR dos catalisadores (grau de redução global) Os graus de redução global dos catalisadores foram calculados a partir do consumo de H2 medido no TPR, considerando redução direta dos óxidos de Co, Ni e Fe aos seus respectivos metais, de acordo com as Equações (3), (4) e (5), respectivamente. Co3O4 + 4H2 ---> 3Co + 4H2O

(3)

NiO + H2 ---> Ni + H2O

(4)

Fe2O3 + 3H2 ---> 2Fe + 3H2O

(5) 930

Espectroscopia Fotoeletrônica de Raios X (XPS) Os resultados de XPS estão apresentados na Figura 3 e Tabela 3. As energias de ligação correspondentes ao Co 2p3/2 observadas, de 780 eV, sugerem a presença do Co3O4 nos catalisadores 20%Co/SiO2 e 15%Co-5%Ni/SiO2. No catalisador 15%Co-5%Fe/SiO2, a adição de ferro provocou um pequeno deslocamento do pico referente ao Co 2p3/2 para maior valor, na faixa de 781 eV, sugerindo que pode ter havido uma interação entre os óxidos dos metais (SOUZA, 2012). Quanto às energias de ligação observadas referentes ao Ni 2p, em torno de 855 eV, o resultado sugere a presença de NiO nos catalisadores 20%Ni/SiO2 e 15%Co-5%Ni/SiO2. Para os catalisadores contendo ferro, observou-se que as energias de ligação referentes ao Fe 2p, em torno de 711 eV, sugerem a presença do Fe2O3. Co 2p3/2

780

(a) 780

(b)

781

(c) 780

Ni 2p

790

800

810

855

counts/s

(b) 855

(d) 850

Fe 2p

860

870

880

711

(e)

711

(c) 710

720

730

740

Energia de ligação (eV)

Figura 3 - Análise de XPS dos catalisadores: (a) 20%Co/SiO2; (b) 15%Co-5%Ni/SiO2; (c) 15%Co-5%Fe/SiO2; (d) 20%Ni/SiO2; (e) 20%Fe/SiO2. Tabela 3 - Razões atômicas medidas por XPS Razões atômicas Catalisador Co/Si Co/Ni Co/Fe Ni/Si 20%Co/SiO2 0.28 (0.25) 15%Co-5%Ni/SiO2 0.16 (0.19) 6.26 (3.16) 0.03 (0.06) 20%Ni/SiO2 0.11 (0.25) 15%Co-5%Fe/SiO2 0.01 (0.19) 1.09 (2.71) 20%Fe/SiO2 ( ) Valores entre parênteses referem-se aos calculados nominalmente.

Fe/Si 0.01 (0.07) 0.05 (0.27)

De acordo com a Tabela 3, observa-se pela razão Co/Si, que o Co está bem distribuído na superfície do catalisador monometálico e no catalisador bimetálico Co-Ni, uma vez que as razões atômicas medidas e calculadas apresentam valores próximos entre si. No catalisador bimetálico Co-Fe, há indício de que o Co tenha migrado para o interior dos poros pois a razão 931

Co/Si medida foi cerca de 20 vezes menor do que a teórica. Pela razão Ni/Si nos catalisadores monometálico de Ni e bimetálico Co-Ni, observa-se que houve migração do níquel para o interior dos poros, visto que as razões atômicas medidas foram menores do que as calculadas. A análise das razões atômicas Fe/Si mostra que há menos Fe do que o esperado na superfície dos catalisadores mono e bimetálicos, mostrando uma maior tendência de migração do Fe para o interior dos poros, quando comparado com o observado para o Ni. Analisando a relação Co/Ni, verifica-se um enriquecimento do Co na superfície do catalisador bimetálico Co-Ni. Isso está de acordo com o observado anteriormente de que há migração de níquel para o interior dos poros. O contrário se observa para o catalisador bimetálico Co-Fe, em que houve uma diminuição da razão entre os metais (1,09) em relação ao valor nominal (2,71), sugerindo que apesar de ambos, Co e Fe, terem migrado para o interior, o efeito foi mais acentuado para o Co. Teste Catalítico A Tabela 4 apresenta os resultados dos testes catalíticos para a decomposição do metano, utilizando-se os catalisadores 20%Co/SiO2, 15%Co-5%Ni/SiO2 e 15%Co5%Fe/SiO2. Foram calculadas as quantidades de H2 produzidas por quantidade total de metal (20%), a partir da quantidade de CH4 consumida durante os primeiros 20 minutos de reação. Comparando-se os catalisadores bimetálicos Co-Ni e Co-Fe com o catalisador monometálico de Co, observa-se que a presença de Ni aumentou a produção de H2 em mais de 30%, enquanto a presença do Fe fez diminuir a produção de H2 em igual percentagem. Tabela 4 - Taxa de produção de H2 a partir da decomposição do CH4 Produção de H2 Taxa de produção de H2 Catalisador (µmol/mgMetal) (µmol/mgMetal.min) 20%Co/SiO2 147,5 7,38 15%Co-5%Ni/SiO2 196,3 9,92 15%Co-5%Fe/SiO2 98,5 4,82 A Figura 4 apresenta a evolução da produção de H2 durante os primeiros 20 minutos de reação. Pela intensidade de sinal, é possível observar a diferença na quantidade de H2 produzido utilizando os diferentes catalisadores, sendo bem maior para o catalisador 15%Co5%Ni/SiO2, que apresenta uma elevação gradativa de sinal. Observa-se o contrário para o catalisador 15%Co-5%Fe/SiO2, que produziu a menor quantidade de H2 e apresentou uma diminuição gradativa da intensidade, que pode ser devido à desativação catalítica. O catalisador 20%Co/SiO2 manteve uma certa estabilidade ao longo da reação.

932

3,20E-011 2,40E-011 1,60E-011 8,00E-012 0,00E+000

15%Co-5%Fe/SiO2

15%Co-5%Ni/SiO2

1,00E-009 5,00E-010 0,00E+000

20%Co/SiO2

4,00E-010 2,00E-010 0,00E+000 0

10

20

t (minutos)

Figura 4 - Evolução da produção de H2 durante a reação de decomposição do metano à temperatura constante de 500 °C. De acordo com os perfis de TPR dos catalisadores, apresentados anteriormente, verifica-se que os catalisadores contendo Fe são mais dificilmente redutíveis do que os demais. Isso poderia explicar a baixa atividade do catalisador 15%Co-5%Fe/SiO2. Além disso, comparando-se os resultados de XPS verifica-se uma alta migração do Co e do Fe neste catalisador para o interior dos poros, o que poderia provocar bloqueio e entupimento dos poros a medida que o carbono fosse depositado. Isso poderia explicar a desativação gradativa. Em contrapartida, os catalisadores de Co e Co-Ni são mais facilmente redutíveis e as partículas de Co e Ni estão mais homegeneamente dispersas na superfície dos catalisadores, conforme verificado nas análises de TPR e de XPS, e, portanto, mais íveis à reação. O fato de apresentarem menor migração para o interior dos poros facilita a formação dos filamentos de carbono durante a reação de decomposição do metano. Aliado ao elevado grau de redução e a uma dispersão mais homogênea das partículas metálicas, o catalisador 15%Co-5%Ni/SiO2 foi o que apresentou a maior área específica, o que poderia sugerir a existência de mais sítios ativos e justificar a sua maior atividade em relação ao 20%Co/SiO2. CONCLUSÕES Os catalisadores 20%Co/SiO2, 15%Co-5%Ni/SiO2, 15%Co-5%Fe/SiO2, 20%Ni/SiO2 e 20%Fe/SiO2 foram caracterizados por Fisissorção com N2, DRX, TPR e XPS, com o objetivo de serem utilizados na decomposição do metano para produção limpa de H2 puro. Pela análise de Fisissorção com N2, observou-se que os catalisadores monometálicos de Ni e Fe e os bimetálicos Co-Ni e Co-Fe apresentaram áreas superficiais semelhantes e maiores do que a do catalisador monometálico de Co. Dentre todos, o catalisador 15%Co5%Ni/SiO2 foi o que apresentou a maior área superficial. Por DRX foi possível identificar a presença apenas do Co3O4 nos catalisadores analisados: 20%Co/SiO2, 15%-5%NiCo/SiO2, 15%Co-5%Fe/SiO2. Verificou-se que a presença do Ni como promotor no catalisador 15%Co-5%Ni/SiO2 impactou mais na redução das partículas do óxido de cobalto do que a presença do Fe. Na análise de TPR verificou-se que os catalisadores de Co e Ni são mais facilmente redutíveis do que os que contêm Fe. O deslocamento do pico da energia de ligação correspondente ao Co 2p3/2 no 933

catalisador bimetálico Co-Fe sugere que pode ter havido uma interação entre os metais. Pelas razões atômicas medidas e calculadas, observou-se que as partículas de Ni e Fe tenderam a migrar para o interior dos poros dos catalisadores, tendo o efeito sido mais evidente para o Fe. Observou-se também uma distribuição homogênea das partículas Co na superfície dos catalisadores 20%Co/SiO2 e 15%C0-5%Ni/SiO2, porém uma alta migração para o interior dos poros no catalisador 15%Co-5%Fe/SiO2. Por fim, testes reacionais apresentaram maior produção de H2 quando utilizando o catalisador bimetálico promovido por Ni, tendo sido cerca de 33% mais eficiente do que o monometálico de Co. Em contrapartida, a adição de 5%Fe no catalisador contendo 15%Co fez diminuir a produção de H2. Esses resultados estão de acordo com a alta área superficial e alto grau de redução observados na caracterização do catalisador 15%Co-5%Ni/SiO2, o que já havia sugerido uma maior atividade catalítica. Conclui-se, então, que a presença de Ni como promotor no catalisador 15%Co-5%Ni/SiO2, apresenta alta eficiência na decomposição do metano para produção de H2. REFERÊNCIAS AHMED, S.; AITANI, A.; RAHAMN, F.; AL-DAWOOD, A.; AL-MUHAISH, F. Appl. Catal. A: Gen.359 (2009) 1-24 BAITAO, L.; XIUJUAN, X.; SHUYI, Z. International Journal of Hydrogen Energy 38 (2013) 890 e 900 DUTTA, P.; ELBASHIR, N. O.; MANIVANNAN, A.; SEEHRA, M. S.; ROBERTS, C. B. Catalysis Letters, Vol. 98, No. 4 (2004). ESTEVES, N. M. Produção de Hidrogênio a partir da Decomposição de Metano com Catalisadores de Cobalto e Cobre ados em Sílica. Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química da Universidade Federal Fluminense como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre. 2012 FRUSTERI, F.; ITALIANO, G.; ESPRO, C.; CANMILLA, C.; BONURA, G. H2 production by methane decomposition: Catalytic and technological aspects. International Journal of Hydrogen Energy 37 (2012) 16367-16374 Hayashi, H.; Chen, L.; Tago, T.; Kishida, M.; Wakabayashi, K. Appl. Catal. A: Gen. 231 (2002) 81-89 Li, Y.; Li, D.; Wang, G. Methane decomposition to COx-free hydrogen and nano-carbon material on group 8–10 base metal catalysts: A review. Catalysis Today 162 (2011) 1–48 RAILEANU, M.; CRISAN, M.; PETRACHE, C.; CRISAN, D.; ZAHARESCU, M. Fe2O3SiO2 Nanocomposites obtained by different sol-gel routes. Journal of Optoelectronics and Advanced Materials, Vol. 5, No. 3 (2003) p. 693-698 REGENHARDT, S.; MEYER, C.; GARETTO, T.; MARCHI, A. Selective gas phase hydrogenation of maleic anhydride over Ni-ed catalysts: Effect of on the catalytic performance. Applied Catalysis A: General 449 (2012) 81-87 SOUZA, R. A. B. Decomposição do Metano em Catalisadores Co-Ag/SiO2. Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química da Universidade Federal Fluminense como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre. 2012. TAKENAKA, S.; KOBAYASHI, S.; OGIHARA, H.; OTSUKA, K. Ni/SiO2 catalyst effective for methane decomposition into hydrogen and carbon nanofiber. Journal of Catalysis 217 (2003) 79-87 TAN, Z.; SU, S.; QIU, J.; KONG, F.; WANG, Z.; HAO, F.; XIANG J. Preparation and characterization of Fe2O3-SiO2 composite and its effect on elemental mercury removal. Chemical Engineering Journal. 195-196. 218-225. 2012. VENEZIA, A. M.; LA PAROLA, V.; LIOTTA, L.; PANTALEOA, G.; LUALDIB, M.; BOUTONNETB, M.; JÄRÅS, S. Catalysis Today 197 (2012) 18– 23 934

I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

PANORAMA DA PRODUÇÃO DE PARA-XILENO NO BRASIL E OS REFLEXOS NA PRODUÇÃO DE PTA E PET ELISA J. FERNANDES1*, ROSENIR R. C. M. DA SILVA2 1,2

Departamento de Engenharia Química e de Petróleo da Universidade Federal FluminenseRua o da Pátria, 156, bloco D, sala . CEP. 24210-240, São Domingos, Niterói-RJ* [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Com o crescimento da renda per capita, há um aumento considerável na demanda por resinas PET, principalmente para a fabricação de garrafas e embalagens. Desta forma, é demandada uma maior produção do petroquímico básico para-xileno, por este ser matéria-prima principal para a produção do ácido tereftálico (PTA), a partir do qual a resina PET é produzida. Para isso, torna-se necessário o emprego de tecnologias capazes de maximizar a fração de xilenos, obtidos principalmente na reforma catalítica da nafta, utilizando catalisadores seletivos para o isômero para-xileno, bem como processos de isomerização dos isômeros de menor valor comercial no isômero em questão, e processos de separação de para-xileno de alta pureza. Neste trabalho são apresentadas algumas das tecnologias disponibilizadas pelas principais licenciadoras, como a UOP e a ExxonMobil, com o objetivo de apresentar seus potenciais para o aumento da oferta de para-xileno. Será abordado o atual panorama da produção de para-xileno no Brasil e as perspectivas para o setor, considerando as mudanças que o cenário sofrerá com o início das atividades das unidades de PTA e PET da Petrobras na PetroquímicaSuape, que demandarão grande quantidade de para-xileno, atualmente insuficiente. A descoberta do pré-sal traz a possibilidade de tornar o Brasil autossuficiente na produção de aromáticos, em especial de para-xileno, e fomenta a discussão sobre a importância do processamento adequado de nafta no país. PALAVRAS–CHAVE: PET; para-xileno; tecnologias.

OVERVIEW OF PARA-XYLENE PRODUCTION IN BRAZIL AND ITS REFLECTIONS ON PTA AND PET PRODUCTION ABSTRACT: With the per-capita income growth, there has been a considerable increase in the demand for PET resins, used mainly in packaging application. A greater production of the basic petrochemical para-xylene is then required, for being the main compound in the production of terephtalic acid (PTA), which is the most important raw material for PET production. Therefore, it becomes necessary to use technologies that maximize the fraction of xylenes, obtained mainly in the catalytic reforming of naphtha, using selective catalysts for para-xylene, as well as processes that isomerize the lower valuable isomers into the concerned one, and processes that promote the recovery of high purity para-xylene. Some technologies offered by major licensors, such as UOP and ExxonMobil, will be described in order to present their potential to increase the supply of para-xylene. This paper will discuss the current situation in Brasil with respect to the para-xylene production, and the perspectives on the sector, considering the changes the scenario will face with the beginning of the activities in the PTA and PET units controlled by Petrobras. The discovery of the pre-salt brings the possibility to make Brazil a self-sustaining nation in the production of aromatics and promotes the discussion about the importance of adequate naphtha processing in the country. KEYWORDS: PET; paraxylene; technologies.

935

INTRODUÇÃO Petroquímicos básicos aromáticos, ou corrente BTX (constituída de benzeno, tolueno e xilenos mistos), são obtidos como produto da reforma catalítica da nafta ou na gasolina de pirólise proveniente do craqueamento a vapor. A corrente de xilenos mistos, também chamada de corrente C8, é constituída de etilbenzeno e dos isômeros do xileno (orto, meta e para). Apesar de corresponder à menor fração da corrente de xilenos, o para-xileno é o isômero de maior demanda pois é a partir dele que se obtém o ácido tereftálico (PTA) utilizado na produção de PET, o politereftalato de etileno (MATAR et al., 1994; DURSCH et al., 2009; OLIVEIRA et al., 2003). Em 2007 o Brasil era o 18º maior produtor mundial de para-xileno, tendo produzido 141,7 mil toneladas. Em relação ao orto-xileno, no mesmo ano, a produção foi de 99,7 mil toneladas, representando uma relação entre a produção de para- e orto-xileno de 1,42 (SILVA, 2012; ABIQUIM, 2012). Já os EUA, ainda no ano de 2007, produziram cerca de 3,5 milhões de toneladas de para-xileno, quase oito vezes mais do que produziram de orto-xileno (SILVA, 2012). A elevada produção americana de para-xileno é resultado da aplicação de diversas tecnologias capazes de maximizar a fração de xilenos, com seletividade para o para-xileno. São utilizadas tecnologias de conversão de isômeros, principalmente do meta-xileno, por possuir baixo valor comercial, em para-xileno, e também tecnologias de separação de paraxileno de alta pureza (MATAR et al., 1994). A baixa produção brasileira de para-xileno é fruto de anos de estagnação da indústria química nacional, provocada principalmente pela falta de matéria-prima e da utilização de processos obsoletos. No entanto, a descoberta pela Petrobras de enormes reservas de petróleo e gás natural do pré-sal significou uma grande mudança no rumo da indústria petroquímica brasileira, abrindo perspectivas para a sua expansão. Novos projetos vem sendo realizados e novas refinarias e unidades petroquímicas construídas. Diante deste cenário, o objetivo do presente trabalho é analisar o contexto do para-xileno no mercado brasileiro, as perspectivas para a sua produção e os reflexos na produção de PTA e PET no país. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Xilenos Os xilenos obtidos na corrente BTX, também chamados de xilenos mistos ou de aromáticos C8, contêm etilbenzeno em sua composição, além dos isômeros orto, meta e paraxileno. Uma composição típica da corrente de xilenos mistos está apresentada na Tabela 1. Tabela 1 - Típica Composição da Corrente de Xilenos Mistos Composto etilbenzeno meta-xileno orto-xileno 20 42 20 Composição (%) Fonte: (NEXANT, 2002).

para-xileno 18

O para-xileno, dentre os xilenos, é o isômero de maior demanda em aplicações químicas industriais, de forma que a sua obtenção a partir da isomerização dos compostos meta e ortoxileno é desejada. Em geral, a maior parte dos xilenos produzidos é processada para a produção adicional e recuperação do isômero para-xileno. Pequena parte da produção de ortoe meta-xilenos é destinada a aplicações industriais, como na produção de plastificantes e solventes. O para-xileno é usado, quase que exclusivamente, na produção de ácido tereftálico (PTA) e de dimetil tereftalato (DMT). A grande importância destes compostos está na produção de PET. O polímero PET é amplamente utilizado na produção de garrafas de 936

bebidas carbonatadas, as conhecidas garrafas "PET de 2 litros" de refrigerante, por oferecer baixa permeabilidade de O2, ser mais leve do que as garrafas de vidro, ter alta resistência mecânica e ser de fácil reciclabilidade. O PET é usado também em garrafas de óleos, molhos, temperos, produtos de limpeza e em diversos outros tipos de embalagem (PEREIRA, 2009). Produção de DMT, PTA e PET O poliéster PET pode ser obtido por meio de duas rotas de produção: a do DMT, tereftalato de dimetila, e a do PTA, ácido terefetálico, conforme pode ser visto na Figura 1. A rota do DMT é mais antiga e vem se tornando cada vez mais obsoleta, uma vez que PTA de elevada pureza pode ser produzido por uma rota mais simples. A rota de produção de DMT pode ser observada na Figura 1(A), onde o para-xileno é oxidado ao ácido para-toluico, seguido de esterificação com metanol antes da oxidação do segundo grupo metil e, finalmente, a esterificação do segundo grupo carboxílico, formando o composto DMT (WITTCOFF et al., 2004). (A) OBTENÇÃO DO PET A PARTIR DO DMT CH3

COOH

1,5O 2 cat -H2O

COOCH3 1,5O2

CH3OH

cat -H2O

cat -H2O

cat -H2O

CH3

COOCH2CH2OH O

CH3OH

CH3

CH3

COOCH3

COOCH3

+ 2 HOCH2CH2OH

O

- COCH2CH2O

C-

COOCH2CH2OH

COOCH3

COOH

- 2CH3OH

PET

DMT

(B) OBTENÇÃO DO PET A PARTIR DO PTA CH3

CH3

+ 1,5 O2 CH3

cat

CH2 CH2COOH Br-

-H2O

COOH

.

.

CH2 O-O + HBr

O2

.

COOH

O

+ HOCH2CH2OH

HBr

- Br -

O + H2O

- COCH2CH2O

C-

n COOH

COOH

COOH

PTA

PET

Figura 1 - Obtenção de PET a partir de DMT e de PTA a partir de p-xileno A Figura 1(B) mostra a reação de oxidação do para-xileno à ácido tereftálico (PTA) e então ao PET. No primeiro estágio de oxidação, ácido para-toluico é formado e a reação prossegue em meio de ácido acético, presença de catalisador a base de manganês ou cobalto e um promotor a base de bromo capaz de converter o grupo metil em radical livre, que é mais suscetível à oxidação. O ácido acético solubiliza bem os produtos intermediários mas não solubiliza bem o PTA, permitindo assim a separação do produto principal relativamente puro (WITTCOFF et al., 2004). Na rota a partir do PTA, que vem sendo mais utilizada recentemente, a reação ocorre em um único estágio. Utiliza-se um catalisador ácido para compensar o decréscimo do ácido tereftálico, conforme a reação se aproxima do final (reação completa). A Figura 1(B) apresenta a reação de obtenção do PET por esta rota (MANCINI et al., 1998). Processos de Produção de Xilenos •

Reforma Catalítica 937

A reforma catalítica promove o rearranjo de estruturas moleculares dos hidrocarbonetos contidos na nafta, de forma a obter gasolina de alta octanagem ou um produto rico em aromáticos nobres (constituído de benzeno, tolueno e xilenos), de grande interesse das indústrias petroquímicas. A Tabela 2 apresenta as composições típicas de uma carga de alimentação de nafta e do produto de reforma e nela se observa o aumento da produção de aromáticos. No entanto, tal processo não maximiza a produção de xilenos, um dos produtos da fração de aromáticos (BOND, 1987). Tabela 2 - Composições Típicas da Carga e do Produto da Reforma Catalítica Componente Carga (%) Produto (%) Parafinas 60 32 Naftênicos 25 2 Aromáticos 15 66 •

Desproporcionamento do Tolueno e Transalquilação de Tolueno e Aromáticos C9 Esses processos visam a produção específica de xilenos a partir da corrente BTX, previamente produzida em processos de reforma catalítica, transformando os aromáticos C7 e C9 em xilenos (C8). A última geração de processos foi comercializada em 1998, com seletividade para para-xileno acima de 90%. Os processos seletivos têm o objetivo de maximizar a produção de para-xileno a partir da reação de desproporcionamento do tolueno. O desproporcionamento seletivo de tolueno, apesar de produzir corrente de para-xileno concentrado, produz também grande quantidade de benzeno, enquanto que os processos convencionais de desproporcionamento de tolueno são capazes de processar também a corrente de aromáticos C9 (reações de transalquilação), o que garante uma menor produção de benzeno porém acarreta na obtenção de uma mistura de xilenos menos concentrada (20-25% de para xileno) (UOP, 2006). •

Metilação do Tolueno O processo de metilação do tolueno, em presença de catalisador, produz xilenos. Visando a produção de para-xileno, os processos de metilação de tolueno se mostram mais vantajosos em relação aos processos de desproporcionamento por requererem menor quantidade de tolueno para a mesma produção de para-xileno e por produzirem consideravelmente menos benzeno como coproduto (SCRANTON, 2012). •

Craqueamento a Vapor Apesar de produzir fração de xilenos muito reduzida, se comparada às obtidas nos processos já mencionados, o craqueamento a vapor se mostra interessante para a produção de para-xileno quando o processo APUSM, tecnologia da companhia SK, é integrado a sua planta para maximizar a fração BTX na gasolina de pirólise, subproduto do craqueamento (NEXANT, 2002; CHOI et al., 2006). A gasolina de pirólise contém cerca de 70-80% de aromáticos. Normalmente, uma unidade de extração por solventes seria necessária para separar os compostos aromáticos dos não-aromáticos. No entanto, no processo APUSM os hidrocarbonetos não-aromáticos, parafinas e naftenos presentes na gasolina de pirólise, são convertidos em compostos gasosos ricos em GLP por meio de hidrocraqueamento catalítico e aromáticos C9+ são convertidos em BTX em reações de hidrodealquilação e transalquilação. Assim, esta tecnologia produz GLP e BTX de alta pureza a partir da gasolina de pirólise, sem que haja a necessidade de uma unidade de extração por solvente (CHOI et al., 2006).

938

Processos de Recuperação e Separação de Xilenos para Maximizar a Produção de Para-xileno •

Produção de para-xileno a partir da isomerização de xilenos mistos Um exemplo típico é o processo Isomar, licenciado pela UOP, que visa maximizar a produção de um determinado isômero do xileno da corrente C8. Para a produção de paraxileno, o processo Isomar opera com alimentação de uma corrente de aromáticos C8 que já tenha sofrido recuperação do isômero para-xileno, de forma a isomerizar os compostos orto e meta, reestabelecendo o equilíbrio de distribuição dos três isômeros. Geralmente, o processo Isomar vem integrado ao processo Parex de separação de para-xileno, gerando um rafinado, contendo cerca de apenas 1% de para-xileno, porém rico nos isômeros orto- e meta-xilenos e etilbenzeno, que é reciclado ao processo Isomar para produção de para-xileno adicional (UOP, 2003a). •

Processos de separação de para-xileno por adsorção O processo Parex é um método de separação por adsorção, lincenciado pela UOP, usado para recuperar o para-xileno da corrente de xilenos mistos. Este processo fornece alta eficiência na recuperação de para-xileno usando adsorvente sólido, à base de zeólita, bastante seletivo (NEXANT, 2002; UOP, 2003b). Já o processo Eluxyl é licenciado pela IFP. Apesar de ser conceitualmente semelhante ao processo Parex, a tecnologia da IFP apresenta algumas diferenças nos tipos de equipamentos utilizados, como o fato de utilizar adsorvente próprio e empregar cerca de 120 válvulas liga/desliga ao invés de uma única válvula rotativa multi-porta. Este processo recupera corrente de para-xileno com 95% de pureza (NEXANT, 2002). •

Processos de separação de para-xileno por cristalização O para-xileno possui ponto de fusão relativamente alto quando comparado aos outros aromáticos C8, o que permite a sua separação por cristalização. O processo de cristalização é combinado com um processo de centrifugação para separar e purificar o para-xileno da mistura. A combinação do processo de cristalização com o de isomerização promove um rendimento de recuperação de para-xileno muito maior do que aquele que seria alcançado se o processo de cristalização fosse isolado (WITTCOFF et al., 2004). A UOP licencia o processo PX Plus XP, que integra o processo de desproporcionamento de tolueno PX Plus com o processo de cristalização Badger/Niro, capaz de recuperar para-xileno com 99,9% de pureza (UOP, 2006).

ESTUDO DE CASO Produção de para-xileno e seus derivados no Brasil •

Produção de Para-xileno No Brasil, a única produtora de para-xileno é a Braskem, com a Unib (Unidade de Petroquímicos Básicos) em Camaçari, BA. Esta unidade é também a única produtora de paraxileno na América Latina, com capacidade instalada de 203 mil t/a, que permaneceu constante ao longo das últimas décadas (BRASKEM, 2012). A Figura 2 apresenta a evolução da produção, importação, exportação e consumo aparente do para-xileno no Brasil. Observa-se que houve uma grande alteração no cenário ao longo das últimas duas décadas, caracterizando três fases distintas:

939

- a primeira, de 1992 a 1996, em que a demanda interna era totalmente suprida pela produção nacional, com consumo aparente em torno de 100.000 a 120.000 t/a; - a segunda, de 1999 a 2006, quando ou a importar quantidade relevante de paraxileno, chegando a importar quantidade maior do que a sua produção em 2002. Houve um aumento significativo no consumo aparente, praticamente dobrando, ando a ser em torno de 200.000 t/a; - e a terceira, a partir de 2007, em que o Brasil ou a exportar integralmente a sua produção, deixou de importar para-xileno, ando a importar o ácido tereftálico, PTA, derivado do para-xileno.

Figura 2 - Evolução da produção, importação, exportação e consumo aparente de p-xileno •

Produção do PTA e DMT Os gráficos das Figuras 3 e 4 mostram a evolução da produção, importação e consumo aparente de DMT e de PTA, respectivamente, no Brasil ao longo da última década.

Figura 3 - Produção, Importação e Consumo aparente de DMT no Brasil Sobre a Figura 3, até 2006 o Brasil produzia quase 100% da sua capacidade instalada de DMT, 80.000 t/a, além de importar quantidade considerável do produto, de forma que o consumo aparente encontrava-se em torno de 110.000 toneladas até o ano em questão. Em função do desenvolvimento de tecnologias para a produção de fibras de poliéster, com a rota 940

do PTA se mostrando mais econômica, a Braskem, então produtora de DMT, cessou a sua produção em meados de 2007, podendo ser observada a drástica redução de produção de DMT de 2006 para 2007 no gráfico da Figura 3.

Figura 4 - Produção, Importação e Consumo aparente de PTA no Brasil Quanto à produção de PTA, até o ano de 2006 o Brasil contava com uma unidade em Paulínia, SP, com capacidade instalada de 250 mil t/a, controlada inicialmente pela Rhodiaco (Rhodia e Amoco) e, mais tarde em 2002, vendida para a empresa Mossi & Guisolfi [17]. A produção de PTA em Paulínia era destinada à fábrica de PET em Poços de Caldas, MG, antes pertencente à Rhodia, porém também adquirida pela Mossi & Ghisolfi em 2002. Devido à falta de competitividade das resinas PET fabricadas em Poços de Caldas, em relação àquelas importadas da Ásia, a unidade foi fechada, o que comprometeu a fábrica de produção de PTA de Paulínia. Em 2007, esta única unidade produtora de PTA foi também fechada e o Brasil ou a importar integralmente o produto. No gráfico da Figura 4, observa-se um aumento considerável no consumo aparente de PTA a partir de 2007, o que se deu em necessidade de abastecer a nova unidade produtora de PET da Mossi & Ghisolfi, construída em Pernambuco, com capacidade de produzir 450 mil t/a (GRUPOM&G, 2013; SIMPEPE, 2012). •

Produção do PET Atualmente, no Brasil, a resina PET é produzida, exclusivamente, pela empresa Mossi & Ghisolfi, a maior produtora mundial de resina PET, com uma unidade localizada em Pernambuco de capacidade instalada de 550 mil toneladas. A evolução da produção, importação e exportação de PET no Brasil é apresentada no gráfico da Figura 5. O ano de 2007 foi de grande crescimento da indústria brasileira de PET, quando iniciaram-se as operações da Mossi & Ghisolfi em Pernambuco. Observa-se no gráfico que o país chega a exportar pequena fração de sua produção, apesar de também importar grande quantidade de PET. Isso pode ter sido por problemas logísticos, em função da grande extensão do Brasil (ALICEWEB, 2013; ZAPAROLLI, 2008). Segundo dados da Abipet (Associação Brasileira da Indústria do PET), a demanda brasileira de PET vem crescendo, assegurada pelo aumento em média de 8% ao ano de PET reciclado, conforme observado entre 2004 e 2011. A alta demanda por PET é resultado do aumento na renda das famílias nos últimos anos. A ampliação do uso da resina, como exemplo, na embalagem de produtos alimentícios, higiene e limpeza e na indústria farmacêutica, também contribui para o aumento da demanda por PET no país. Além disso, grandes eventos pontuais como a Copa do Mundo de 2014 e as Olimpíadas de 2016, que ocorrerão no Brasil, trarão crescimento principalmente na indústria de bebidas, aumentando ainda mais a demanda por PET (PETRO&QUIMICA, 2011a). 941

A produção brasileira de PET está prestes a sofrer uma grande mudança com o início das operações da PetroquímicaSuape. A Companhia Petroquímica de Pernambuco, marca o início da produção de PTA e PET pela Petrobras. A Petroquímica será composta por três unidades: uma fábrica de PTA, uma de resina para a produção de embalagens PET e outra de fios têxteis (ALICEWEB, 2013; VALOR ECONÔMICO, 2012).

Figura 5 - Produção, Importação e Exportação de PET no Brasil O início das operações da fábrica de PTA tiveram início neste ano de 2013 e conta com uma capacidade instalada de 700 mil t/ano, das quais 400 mil toneladas serão destinadas à unidade produtora de PET da própria estatal (que está projetada para produzir 450 mil t/ano), 200 mil toneladas destinadas à unidade de fios têxteis da estatal, a Citepe, e o restante, 100 mil toneladas, poderá ser negociado com a Mossi & Ghisolfi (VALOR ECONÔMICO, 2012; PQSPE, 2013). Perspectivas para a produção de para-xileno no Brasil O PTA é obtido a partir do para-xileno e para que uma tonelada de PTA seja produzida são necessários 700 Kg de para-xileno. Desta forma, para a fábrica de PTA da Petrobras na PetroquímicaSuape, que pretende produzir 700 mil toneladas do intermediário petroquímico, serão demandadas anualmente 490 mil toneladas de para-xileno. Como mencionado, a Braskem é a única produtora de para-xileno no Brasil, produzindo em média 150 mil t/a, atualmente destinadas à exportação. Quando a fábrica de PTA da PetroquímicaSuape entrar em operação, este para-xileno produzido pela Braskem deixará de ser exportado para abastecer parte da demanda nacional (QUÍMICA E DERIVADOS, 2008) Originalmente, o projeto da Petrobras considerava iniciar a produção de PTA comprando o para-xileno produzido pela Braskem e também importando o insumo de forma complementar até que a unidade nacional de produção de para-xileno, prevista para ser construída no Comperj (Complexo Petroquímico do Rio de Janeiro) ficasse pronta. No entanto, a Petrobras já comunicou uma reformulação no projeto levando o enfoque da Petroquímica fluminense para o processamento de gás natural do pré-sal, com o objetivo de se produzir, principalmente, polietileno e polipropileno. Tal alteração inviabilizaria a produção de para-xileno no Comperj (VALOR ECONÔMICO, 2012; SOARES, 2011). A fábrica de PET da Mossi & Ghisolfi já existente, junto à nova fábrica de PET da Petrobras, fará com que a demanda nacional seja totalmente suprida pela produção interna e o 942

país ainda se apresente como um exportador da resina. No entanto, a fábrica nacional de PTA, apesar de suprir a demanda do ácido para a fabricação de PET da Petrobras, não terá capacidade de atender toda a demanda de PTA para a produção de PET da Mossi & Ghisolfi, tendo esta última que importar, parcialmente, o intermediário petroquímico. O Brasil, que hoje exporta todo o para-xileno produzido pela Braskem e importa integralmente PTA, ará a ser um grande importador do petroquímico básico. Em 2010, a Mossi & Ghisolfi importou a quantidade de 502,3 mil toneladas de PTA ao preço de US$ 1.172 por tonelada. Em 2011, a importação foi de 442,5 mil toneladas a US$ 1.331 por tonelada de PTA. Por outro lado, em 2011, o Brasil exportou 141,5 mil toneladas de para-xileno pelo preço de US$ 1.540 por tonelada, portanto muito superior ao preço do PTA importado (ALICEWEB, 2013). A exportação de para-xileno mostra-se, então, uma medida estratégica. Até maio de 2012, o para-xileno brasileiro foi exportado a um preço médio de US$ 1.500 por tonelada, enquanto o seu derivado PTA foi importado ao custo médio de US$ 1.320 por tonelada, no mesmo período. Com isso, fica evidente a importância de se investir em uma produção expressiva de para-xileno no país, o que permitiria não somente o suprimento da demanda interna, como a manutenção da exportação do composto petroquímico (ALICEWEB, 2013). Esta distorção nos preços poderá representar um grande problema para o Brasil que, com a reestruturação no setor, dependerá da importação de para-xileno para funcionamento da fábrica de PTA (PLATTS, 2012). O problema se agrava pela tendência em vários países de modificar a matéria-prima processada nas centrais petroquímicas, de nafta para gás natural, em função do baixo custo do gás. Nos Estados Unidos, apenas 14% das centrais petroquímicas flexíveis optaram por utilizar nafta como matéria-prima. Com isso, tem-se um estrangulamento na oferta de propeno e aromáticos. Já se verifica um grande crescimento nos preços dos aromáticos (benzeno, tolueno e xilenos) no mercado internacional, à taxa média de 20% ao ano, enquanto as poliolefinas tiveram um crescimento de apenas 7% ao ano (PETRO&QUIMICA, 2011b). Nos EUA e Europa, o consumo per capita apenas de resina PET atinge 8 quilos, contra 2,7 quilos no Brasil. Matéria-prima precursora de toda a cadeia produtora de PET, o paraxileno é de fundamental importância para o atendimento da necessidade global do polímero. Atualmente, os Estados Unidos importam para-xileno do Brasil. Porém, ao iniciarem-se as atividades da fábrica de PTA no país, o para-xileno hoje exportado será consumido internamente e os EUA, assim como o Brasil, terão de importá-lo de outro país. Este cenário leva à preocupação quanto à dependência de importação de um produto que apresenta uma alta demanda globalmente e, no entanto, vem sofrendo redução em sua capacidade produtora (VALOR ECONÔMICO, 2012). Atualmente, o Brasil importa cerca de 30% da nafta petroquímica que consome, que em 2012 chegou a 4,42 milhões de toneladas. Porém, o pré-sal pode fornecer grande volume de nafta dependendo da estratégia adotada na separação das frações petroquímicas do petróleo e do gás. O preço da nafta, que estava em US$ 733/ton em 2010, subiu para US$ 942/ton, considerando-se o primeiro trimestre de 2013 (ALICEWEB, 2013). Esta valorização da nafta no mercado internacional, junto à grande capacidade de produção do pré-sal, mostra a importância do processamento adequado de nafta no país, capaz de prover o mercado com petroquímicos aromáticos de alto valor comercial, em especial o para-xileno (PETRO&QUIMICA, 2011c). CONCLUSÕES O para-xileno é o isômero de maior demanda dos xilenos por ser matéria-prima fundamental de toda a cadeia produtora de uma das commodities de maior importância em 943

todo o mundo, o PET. A partir do para-xileno, produz-se o PTA, utilizado na produção do PET, polímero amplamente utilizado na produção de garrafas de refrigerante, óleos, molhos e em outros diversos tipos de embalagem e, também, na produção de fibras de poliéster para a indústria têxtil. No entanto, apesar de o para-xileno ser o isômero de maior importância dos xilenos, é também o isômero de menor abundância da fração, se fazendo necessária a implantação de tecnologias capazes de maximizar a produção do petroquímico em questão. Para isso, processos capazes de produzir xilenos adicionais a partir da nafta já processada, utilizando catalisadores seletivos para o para-xileno, processos de isomerização que maximizam a fração de para-xileno na carga e processos de separação por adsorção e cristalização, que conferem elevada pureza ao produto, vêm sendo desenvolvidos e aplicados mundialmente. No Brasil, a produção de para-xileno sofreu grandes mudanças nos últimos 20 anos. No início da década de 90, o país produzia quantidade suficiente para atender à demanda interna, que era em torno de 110.000 t/a. Já no início da década seguinte, a demanda interna chegou a duplicar, tendo o país que importar quantidade semelhante à produzida. Em 2007, a única unidade produtora de PTA no Brasil e portanto consumidora de para-xileno, fechou. A partir de então, o Brasil ou a exportar o para-xileno produzido e a importar a quantidade de PTA necessária a sua produção de PET. A crescente demanda por PET impulsionou a Petrobras a construir a PetroquímicaSuape, que conta com uma unidade de produção da resina para a fabricação de garrafas, uma unidade de produção de fibras de poliéster para indústrias têxteis e uma unidade de produção de PTA para abastecer as unidades produtoras de PET da estatal e parte da demanda da unidade produtora de PET da Mossi & Ghisolfi. Porém, para a produção de PTA, grande quantidade de para-xileno será demandada, de forma que a capacidade produtora atual não será suficiente. Desta forma, a importação do petroquímico será inevitável. A construção do Comperj, originalmente, tinha como projeto uma unidade de produção de para-xileno para abastecer a unidade de PTA da PetroquímicaSuape. Contudo, os planos da Petrobras para o pólo foram modificados e a estatal agora irá processar gás natural e não mais nafta. Este novo cenário coloca o Brasil na condição de importador de para-xileno por tempo indeterminado. A descoberta do pré-sal abre perspectivas promissoras para a auto suficiência brasileira na produção de nafta. No entanto, sem que haja unidades de processamento adequado, o país continuará dependente da importação de para-xileno, bem como de aromáticos em geral. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ABIQUIM – Associação Brasileira Da Indústria Química. Em Anuário da Indústria Química Brasileira, 1995 - 2012. ALICEWEB. http://aliceweb2.mdic.gov.br/, ada em abril de 2013. BOND, C. G. Heterogeneous Catalysis, Principles and Applications, 2nd Ed., Oxford Science Publications, 1987. BRASKEM. http://www.braskem.com.br, ada em junho de 2012. CHOI, S.; OH, S. H.; KIM, Y. S.; SEONG, K. H.; LIM, B. S.; LEE, J. H. Catalysis Surveys From Asia 2006, 10, 110. DURSCH, T.; KHALIL, R.; KHINE A.; MUTAHI, F. Em Toluene Methylation to paraXylene. University of Pennsylvania, 2009. GRUPO M&G. http://www.gruppomg.com.br, ada em março de 2013. MANCINI, S. D.; BEZERRA M. N.; ZANIN M. Polímeros: Ciência e Tecnologia 1998, 8, 68. 944

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

GESTÃO EM CONCESSIONÁRIAS DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA VIRGILIO MAGALDE DE AZEVEDO Mestrando em Metrologia e Qualidade e Esp. em Engenharia de Produção, INMETRO, (21) 8677-4392, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: O setor elétrico é o ambiente no qual esse estudo está localizado, sendo realizado o

mapeamento do seu funcionamento, detalhando assim suas especificidades de forma a estruturar o sistema de gestão a ser aplicado nessas empresas. Esse trabalho visa o estudo sobre os principais pontos do funcionamento do setor elétrico brasileiro e do sistema atual de gestão das empresas de distribuição de energia elétrica no Brasil. Esclarece conceitos de qualidade de produto e serviço em distribuidoras com relação ao seu regulador e ao consumidor. São vistos critérios como uso de mão de obra própria ou terceirizada, gestão de perdas técnicas e comerciais, e a gestão de custos que são as bases de seu sistema de gestão. É levantado o funcionamento do sistema elétrico brasileiro e a sua forma de regulação atual. Um dos frutos do presente estudo é o aprimoramento da qualidade da gestão gerando a diminuição de desperdícios e gastos extras provenientes de sistemas ineficientes. PALAVRAS–CHAVE: Gestão, Concessionárias de Energia Elétrica, Distribuição de Energia.

MANAGEMENT IN CONCESSIONAIRES OF DISTRIBUTION OF ELECTRICITY ABSTRACT: The electricity sector is the environment in which this study is located and it is mapped your operation, detailing their specific type in order to structure the management system to be applied in these companies. This work aims to study on the main points of the functioning of the Brazilian electric sector and the current system of corporate management of electricity distribution in Brazil. Clarifies concepts of quality of product and service distribution in respect to the regulator and the consumer. Criteria are seen as using own workforce or outsourced management of technical and commercial losses, and management costs that are the foundation of your management system. It viewed the functioning of the Brazilian electrical system and its current form of regulation. One of the results of the present study is to improve the quality of management leading to decreasing waste and extra costs from inefficient systems. KEYWORDS: Management, Electric Utilities, Electric Power Distribution.

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INTRODUÇÃO O sistema elétrico pode ser dividido em três grandes grupos: geração, que é o ramo responsável por gerar a energia elétrica por meio da conversão de outras fontes de energia; transmissão, que é responsável pelo transporte dessa energia do centro gerador até o centro distribuidor (fato devido a geração, em geral, estar longe do consumidor final); e a distribuição que é responsável por entregar a energia elétrica ao cliente conforme mostra a Figura 1.

Figura 1 – Grupos do setor elétrico Fonte: ANEEL, 2008 O perfil do cliente na distribuição poderá ser livre ou cativo. O livre poderá optar pela concessionária que irá entregar a energia elétrica (para tal deverá ter demanda contratada igual ou superior a 3,0 MW, conexão em tensão igual ou maior do que 69 kV; porém caso a conexão seja em data posterior a 7/7/1995 não há o requisito de tensão); já o cativo não possui essa escolha de concessionária e o mesmo deve contratar a da região, formando assim um monopólio natural das concessionárias de distribuição. O sistema de distribuição de energia elétrica no Brasil é composto por 64 empresas, segundo a agência reguladora. Agencia nacional de energia elétrica (ANEEL) regula essa estrutura através de resoluções e de procedimentos de distribuição de energia elétrica no sistema elétrico nacional (PRODIST). O PRODIST normaliza e padroniza as atividades técnicas relacionadas ao funcionamento e desempenho dos sistemas de distribuição de energia elétrica e é formado pelos seguintes módulos: introdução; planejamento da expansão do sistema de distribuição; o ao sistema de distribuição; procedimentos operativos do sistema de distribuição; sistemas de medição; informações requeridas e obrigações, cálculo de perdas na distribuição; qualidade da energia elétrica e ressarcimento de danos elétricos. A problemática abordada está em se ter um modelo de gestão e o levantamento das atividades primordiais para esse setor. Para esse estudo, o regulador é considerado como uma das principais partes interessadas na melhoria da efetividade de gestão das empresas reguladas. Com isso, é visto em consideração as exigências e recomendações para esse setor e a forma com que esse presente estudo pode contribuir para o processo. Contextualizando, a empresa distribuidora é a responsável no setor elétrico por entregar a energia elétrica para o consumidor final. De forma geral, o sistema de distribuição, no qual ela trabalha, pode ser considerado como o conjunto de instalações e equipamentos que operam em tensões inferiores a 230kV, incluindo a baixa tensão. 947

Essa rede de distribuição é composta por redes elétricas primarias de distribuição, composta por um conjunto de materiais que trafegam a energia, ou dão e ao mesmo, na faixa de média tensão (em geral 13,8 kV e 34,5 kV), e por redes elétricas secundárias de distribuição, correspondente a baixa tensão (em geral 110 V, 220 V ou 440 V). Nas redes primárias temos postes, cabos, conectores, ferragens e transformadores que em conjunto am a rede. Os transformadores, no caso, são os responsáveis por converter a energia elétrica na rede de média tensão para ser utilizado na baixa tensão. Nas redes secundárias são os cabos e fios elétricos em baixa tensão que são direcionados para os consumidores. Esse é o modelo clássico da rede de distribuição, porém existem algumas modificações como fornecimento direto em média tensão de acordo com a potência instalada na unidade consumidora, e fornecimento em 69 kV ou 138 kV, considerado sistema de subtransmissão - em geral utilizado para fornecimento em fábricas, de acordo com disponibilidade dessas linhas. Segundo o regulador (ANEEL, 2013), no país existem 64 concessionárias do serviço publico de distribuição de energia elétrica, além de um conjunto de permissionárias (cooperativas de eletrificação rural que am pelo processo de enquadramento como permissionária de serviço publico de distribuição de energia elétrica). Do total de energia distribuída, o setor privado é responsável por 67% desse trabalho, enquanto as empresas públicas 33% (ABRADEE, 2013).

MATERIAL E MÉTODOS Pontos básicos da regulação:

A prestação do serviço público de distribuição de energia elétrica é feita por meio de uma concessão pública via procedimento licitatório. O papel do estado é de regulador, um caminho intermediário entre modelo de estatização e de privatização total. Na concessão, toda a infraestrutura existente é de propriedade da União, cabendo à concessionária a istração dos ativos e a prestação dos serviços associados, segundo as regras legais vigentes. O contrato de concessão determina uma série de obrigações para as concessionárias no que diz respeito a qualidade do serviço prestado e as mesmas realizam investimentos com a finalidade de manter e aprimorar a qualidade de seus serviços. Um dos objetivos essenciais da regulação no setor é evitar abusos de mercado com preços elevados para consumidores e garantir a qualidade dos serviços prestados pelas empresas concessionárias. Com isso, podemos dizer que a missão do regulador é assegurar um serviço de qualidade ao menor custo para o consumidor e ainda estabelecer tarifas que remunerem adequadamente o capital aplicado no setor. A empresa concessionária tem um forte incentivo para obter maior eficiência em sua gestão; uma vez que poderá reter, como benefício, a diferença entre os custos operacionais eficientes definidos na revisão tarifária periódica e os que efetivamente possa alcançar. Para que se possa ter um sistema regulatório eficaz, se faz necessário que o mesmo seja previsível, possua clareza em suas regras e metodologias, tenha coerência, tenha transparência com o para os interessados a regras e critérios adotados, e conte com a comunicação e participação pública, ou seja, que as partes interessadas possam opinar e se manifestar a respeito. As concessionárias de distribuição podem sofrer sansões ao descumprirem as obrigações estabelecidas no PRODIST. Entre elas pode-se citar: advertências, multas, embargo de obras, suspensão de participação em licitações, revogação de autorização, intervenção istrativa e caducidade da concessão. 948

Das infrações catalogadas no âmbito do PRODIST temos: a) não prestação de informações aos consumidores; b) falta de registro de ocorrências nos sistemas; c) classificação incorreta de unidade consumidoras; d) não instalação de medidores de energia elétrica e demais equipamentos de medição em consumidores; e) não utilização de equipamentos, instalações e métodos operativos que garantam a prestação do serviço adequado; f) não implementação de medidas objetivando incremento de eficiência; g) descumprimento de regras e procedimentos estabelecidos para a implantação das instalações de distribuição de energia elétrica; h) não assegurar livre o, aos sistemas de distribuição, a outros agentes do setor e a consumidores não sujeitos à exclusividade do fornecimento; i) e o fornecimento de informações falsas à ANEEL. Um dos desafios para o regulador hoje é reduzir as assimetrias tarifarias, ou seja, as diferenças bruscas entre tarifas de uma determinada concessionária e em comparação com as demais; uma vez que cada região possui uma tarifa normalizada e isso independe de fatores econômicos locais. Outro desafio é modelar o sistema de acordo com empresas de referencia, de modo que o modelo teórico se assemelhe ao máximo possível do prático para as concessionárias. Outro fator que também pode ser levantado é a qualidade dos serviços das concessionárias. Este possui uma métrica própria estruturada pela agência reguladora e serve como indicador de qualidade e performance da mesma tanto na parte quantitativa quanto na qualitativa. Qualidade de serviço e produto: Pode-se caracterizar a concessionária como fornecedora de produto e prestadora de serviço. No que tange a produto, o bem fornecido é a energia elétrica, o qual a empresa necessita disponibilizar para os seus clientes de acordo com o especificado pelo regulador. Já em relação a serviço, a concessionária presta o serviço de fornecimento ininterrupto da energia elétrica e com isso a gestão de serviços complementares como corte, religação, aumento de carga, entre outros. Nesse aspecto os dois fatores importantes são as interrupções de fornecimento de energia elétrica: a duração e a freqüência que isso ocorre. No contexto atual, a qualidade dos serviços prestados pelas concessionárias está intrinsecamente ligada a excelência operacional dessas empresas. O aperfeiçoamento da qualidade é perseguido e incentivado por diversas maneiras, entre essas se destaca o estabelecimento de padrões de qualidade técnica do serviço e a avaliação da satisfação dos consumidores. Os níveis de qualidade técnica são estabelecidos pela ANEEL com metas a serem atingidas pelas empresas distribuidoras. Essas metas buscam considerar de forma justa o equilíbrio entre a modicidade tarifária, a saúde financeira da concessionária e o fornecimento de um serviço adequado e seguro. Com a finalidade de garantir que o sistema se encaminhe ao nível de qualidade pretendido, o regulador atua de forma a aplicar penalidades às empresas que não cumprem os requisitos de regulação. Uma das formas usadas para levantar a qualidade do serviço das concessionárias é com base nos indicadores de duração de interrupções, DEC (Duração Equivalente de interrupção por unidade consumidora) e de freqüência das interrupções, FEC (Freqüência Equivalente de interrupção por unidade consumidora). O DEC representa o intervalo de tempo que, em média, cada unidade consumidora de um conjunto de consumidores ficou sem o fornecimento de energia elétrica no período de observação, em geral um mês. Já o FEC representa o número de interrupções que, em média, cada unidade consumidora de um conjunto de consumidores ficou sem o fornecimento de energia elétrica no período de observação, em geral um mês. Já para a qualidade do produto, são estabelecidos pela ANEEL requisitos técnicos a serem atendidos pelas concessionárias quanto às características básicas da energia elétrica, de forma a garantir o funcionamento adequado dos diversos tipos de maquinas e equipamentos elétricos no seu sistema de distribuição.

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Para avaliar a qualidade de serviço prestado aos consumidores, o regulador realiza uma pesquisa anual de satisfação do consumidor com o nome de Índice ANEEL de Satisfação do Consumidor (IASC), e é composta dos seguintes itens: qualidade percebida, valor percebido, confiança, fidelidade e satisfação. Gestão de perdas: Tanto a parte istrativa quanto a parte técnica possuem perdas relacionadas ao pagamento pela utilização da energia elétrica e a eficiência da rede de distribuição em fornecer toda a energia elétrica injetada na mesma. Quanto à parte técnica, chamada perdas técnicas, esta é relacionada a tecnologias e equipamentos utilizados na rede. Os mesmos podem favorecer para o aumento ou diminuição dos valores de energia dissipada (perdida). Para que se possa agir de forma efetiva no gerenciamento das perdas técnicas, se faz necessário o investimento na reposição dos materiais utilizados no sistema de distribuição, em novas tecnologias e equipamentos, em novas configurações de linhas, redes e conexões e em capacitação técnica especifica para técnicos e engenheiros da rede. Quanto à parte istrativa ou comercial, chamada perdas não técnicas ou comerciais, esta é relacionada ao furto de energia, ou seja, a utilização do serviço de energia elétrica de forma criminosa sem pagar pelo consumo. Para a ação efetiva, é necessário o investimento em comunicação e conscientização da população em geral, em capacitação de equipes, em trabalhos de inspeção em unidades consumidoras e trabalhos socioculturais e demais campanhas diretamente nas comunidades. Para um grupo considerável de empresas, o nível de perdas de energia é maior que o itido e reconhecido na tarifa. Algumas empresas possuem níveis de perdas superiores a 30%. Níveis extremamente elevados de perdas de energia impactam diretamente a composição das receitas operacionais , refletindo de forma negativa na geração de caixa e no resultado operacional dessas empresas. Gestão de custos: Conforme explicitado até aqui, as empresas distribuidoras de energia elétrica possuem atualmente um forte papel da gestão em relação à sobrevivência da empresa. Isso porque as mesmas trabalham com duas divisões de recursos: os gerenciáveis e os não gerenciáveis. Com isso istrar os custos ganha uma importância muito maior para essas empresas. Com os avanços do método de regulação, gerou-se uma demanda maior por estabelecimento de objetivos, metas e estratégias voltados para a redução de custos operacionais. As tarifas de energia elétrica, liberadas às distribuidoras no seu mercado de consumidores cativos, buscam garantir um determinado nível de receitas, que são requeridas para a existência do negócio. Essas receitas visam garantir a cobertura dos custos não gerenciáveis, parcela A (compra de energia e encargos tributários), e a cobertura dos custos gerenciáveis, parcela B (custos operacionais, custos de capital, depreciação e tributos), conforme Quadro 1. Os recursos gerenciáveis correspondem, em média, a 30% do valor da tarifa e os não gerenciáveis, em média 70% do valor da mesma (ANEEL, 2005). A empresa distribuidora possui forte incentivo do regulador para obter maior efetividade em sua gestão, já que poderá reter, como benefício, a diferença entre os custos operacionais eficientes definidos na revisão tarifaria periódica e os que de forma eficiente possa alcançar. Contudo, se essa diferença for negativa, a distribuidora sofrerá uma diminuição nas suas expectativas de beneficio.

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COMPOSIÇÃO DA RECEITA REQUERIDA PARCELA A (custos não-gerenciáveis) PARCELA B (custos gerenciáveis) Despesas de Operação e Encargos Setoriais Manutenção Cotas da Reserva Global de Reversão (RGR) Pessoal Cotas da Conta de Consumo de Combustível (CCC) Material Taxa de Fiscalização de Serviços de Energia Elétrica Serviços de Terceiros (TFSEE) Rateio de custos do Proinfa Despesas Gerais e Outras Conta de Desenvolvimento Energético (CDE) Encargos de Transmissão Despesas de Capital Uso das Instalações da Rede Básica de Transmissão Cotas de Depreciação de Energia Uso das Instalações de Conexão Remuneração do Capital Uso das Instalações de Distribuição Transporte da Energia Elétrica Proveniente de Itaipu Operador Nacional do Sistema (ONS) Compra de Energia Elétrica para Revenda Outros Contratos Iniciais P&D e Eficiência Energética Energia de Itaipu PIS/COFINS Contratos Bilaterais de Longo Prazo ou Leilões Quadro 1 – Composição da receita líquida

Fonte: ANEEL, 2005 Com o intuito de regular o setor, a ANEEL possui como metodologia de tarifação de comparação teórica com empresa de referencia. Anualmente são readas informações padronizadas para o regulador para que o mesmo possa analisar e comparar com a empresa padrão elaborada pelo mesmo. O esquema é representado na Figura 3.

Figura 2 – Esquema básico de competição regulatória na concessão de distribuição de energia elétrica.

Fonte: Adaptado de Fonseca, 2012

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RESULTADOS E DISCUSSÃO Conforme ilustrado, a empresa concessionária deve garantir níveis de serviço satisfatórios e trabalhar de forma eficiente para que seus custos operacionais não ultraem demasiadamente os valores atribuídos pelo regulador via empresa de referência. Atualmente, as distribuidoras possuem três desafios emergentes: a gestão da inovação gerada pelo avanço da eletrônica e da informática; a atuação de forma sustentável em seu mercado e a valorização do cliente, que cada vez possui mais poder participativo. As estratégias dessas empresas estão voltadas para a expansão do mercado com novas aquisições (sinergia nas operações), reestruturação com o intuito de aumentar a produtividade e a capacidade de caixa operacional (com eficiência nos processos e redução de custos operacionais), alavancagem financeira e investimentos em pontos críticos como: redução de perdas de energia, combate a inadimplência, automação das instalações, entre outras. Com a efetiva gestão é possível aperfeiçoar a qualidade atendendo de forma efetiva os requisitos e ao mesmo tempo reduzindo o custo de operacionalização do processo. Para explicitar melhor o processo, foi feito um mapa de processo pelo modelo SIPOC (suppliers - fornecedores, inputs - entradas, process - processo, outputs - saídas e customers – clientes), conforme mostra no Quadro 2.

Quadro 2 - SIPOC simplificado do processo de distribuição de energia elétrica. Fonte: O autor, 2013. Os principais fornecedores são as empresas geradoras (responsáveis pelo fornecimento do produto energia elétrica), fornecedores de material (responsáveis por suprir a operação, manutenção e expansão dessas empresas), fornecedores de serviços (responsáveis pelo apoio e execução de atividades), e os recursos humanos próprios (responsável pela mão de obra ligada diretamente a empresa). As entradas geradas são energia elétrica, materiais, equipamentos e serviços. Os mesmos devem ser devidamente gerenciados pela distribuidora, cada qual em seu contexto. A empresa trabalha na distribuição dessa energia adquirida de acordo com as especificações da sua região de atuação e da agência reguladora. A saída resulta na energia elétrica fornecida diretamente ao cliente, com seus requisitos de qualidade tanto de produto, quanto de serviço. Os clientes considerados foram: a comunidade (residências, estabelecimentos comerciais, fábricas...) e o governo. Tanto para o consumidor quanto para o regulador, as empresas prestadoras desse serviço público devem possuir confiabilidade de suprimento, modicidade tarifária e universalidade. Como forma de adentrar nos processos das distribuidoras, foram levantadas as atividades principais e secundárias, e sua relação entre a utilização de recursos próprios ou de terceiros, conforme ilustrado na Figura 2.

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Figura 3 – Serviços produzidos e adquiridos. Fonte: O autor, 2013

CONCLUSÕES Esse artigo visou o estudo sobre os principais pontos do funcionamento do setor elétrico brasileiro e do sistema atual de gestão das empresas de distribuição de energia elétrica no Brasil. Esclareceu conceitos de qualidade de produto e serviço em distribuidoras com relação ao seu regulador e ao consumidor, e ainda aborda temas sobre gestão de perdas e custos. Assim como a atuação do regulador no caso das concessionárias de distribuição de energia elétrica, que funciona como um motivador de melhorias e ao mesmo tempo limitador de custos e gastos, com a finalidade de não pesar aos consumidores e garantir um desejado nível de serviço. Em relação às perdas tanto a parte istrativa quanto a parte técnica, se tem a necessidade de investimento em comunicação e conscientização da população em geral, em capacitação de equipes, em trabalhos de inspeção em unidades consumidoras e trabalhos socioculturais e demais campanhas diretamente nas comunidades. A estrutura de uma concessionária não diverge muito das demais empresas, entretanto sua área de regulação, e consecutivamente suas normas e responsabilidades dão o grau de divergência aos demais métodos de gestão. Desse fato, podemos concluir que um dos frutos do presente estudo foi a estruturação em forma de pontos e áreas de gestão como forma de explicitar o cenário atual das distribuidoras de energia elétrica conforme pesquisado. Gerando assim frutos para melhorias em perdas, custos, regulação, e na qualidade de materiais e produtos.

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REFERÊNCIAS ABCE – Associação Brasileira de Concessionárias de Energia Elétrica; ABRACEE – Associação Brasileira de Distribuidores de Energia Elétrica. Proposta de reforma tributária do setor de Energia Elétrica. São Paulo: ABCE-ABRADEE, 2006. AGENCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA. Atlas de energia elétrica do Brasil / Agência Nacional de Energia Elétrica. Brasília: ANEEL, 2002. 153 p. ASSIS, Luís Donizeti, Qualidade de fornecedores em uma concessionária de distribuição energia elétrica, Campinas,: Faculdade de Engenharia Mecânica, Universidade Estadual de Campinas, 2004. 102p. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE DISTRIBUIDORES DE ENERGIA ELÉTRICA (ABRADEE). Portal ABRADEE. Rio de Janeiro, 2013. Disponível em: <www.abradee.com.br>. o em: 10 junho 2013. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE DISTRIBUIDORES DE ENERGIA ELÉTRICA (ABRADEE). Relacionamento cliente x concessionária: direitos e deveres. In: Seminário Nacional de Distribuição de energia elétrica, 14., 2000, Foz do Iguaçu. Anais... Foz do Iguaçu: ABRADEE, 2000. FONSECA, Joazir Nunes. REIS, Linei. Empresas de distribuição de energia elétrica no Brasil. Rio de Janeiro: Synergia, 2011.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

UTILIZAÇÃO DE UM MODELO ACOPLADO PARA AVALIAÇÃO DO IMPACTO DO DESMATAMENTO AMAZÔNICO NA PRECIPITAÇÃO DA REGIÃO NORDESTE TALMO MANHÃES DE FRANÇA RODRIGUES1, MÔNICA CARNEIRO ALVES SENNA2, ANA CAROLINA PEDRINI ROCKERT3 1

Mestrando em Engenharia de Biossistemas, Universidade Federal Fluminense, Niterói – RJ, [email protected]; Doutora em Meteorologia Agrícola, Universidade Federal Fluminense, Niterói – RJ, 2629-5916, [email protected]; 3 Graduanda em Ciência Ambiental, Universidade Federal Fluminense, Niterói – RJ, [email protected]. 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Este trabalho teve como objetivo realizar uma análise das alterações na precipitação sobre o nordeste brasileiro devido ao desmatamento da floresta amazônica. Foi empregado o modelo acoplado biosfera-atmosfera CCM3-IBIS para efetuar as simulações de dois cenários distintos, desmatamento total amazônico e cobertura vegetal amazônica intacta. Os dados de precipitação do satélite TRMM foram utilizados como parâmetros comparativos das simulações geradas, e a simulação controle conseguiu representar adequadamente a sazonalidade da precipitação da região nordeste, com um erro de aproximadamente 10% na precipitação total anual. Ao considerar o cenário de desmatamento amazônico total, os resultados mostraram fortes reduções na precipitação sobre o nordeste (chegando a 39% de redução) especialmente nos meses de novembro a janeiro, indicando que o maior impacto do desmatamento amazônico sobre o nordeste brasileiro ocorreu durante a estação chuvosa da região. PALAVRAS-CHAVE: desmatamento, clima, modelo acoplado.

USING A COUPLED MODEL FOR EVALUATION OF THE AMAZON DEFORESTATION IMPACT IN THE PRECIPITATION OF NORTHEAST REGION ABSTRACT: This study aimed to perform an analysis of changes in precipitation over the Northeastern region of Brazil due to Amazon rainforest deforestation. It was used the coupled atmosphere-biosphere model CCM3-IBIS to conduct the simulation of two distinct scenarios, total Amazonian deforestation and Amazonian vegetative cover intact. Rainfall data from the TRMM satellite were used as comparative parameters of the generated simulations, and the control simulation was able to adequately represent the seasonality of rainfall in the Northeast region, with an error of about 10% in the total annual precipitation. When considering the overall scenario of Amazonian deforestation, the results showed strong reductions in rainfall over the Northeast (up to 39% of reduction), especially in the months from November to January, indicating that the greatest impact of Amazonian deforestation on the Brazilian Northeast occurred during the region’s rainy season. KEYWORDS: deforestation, climate, coupled model.

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INTRODUÇÃO Muitos pesquisadores acreditam que o cenário global das próximas décadas apresentará intensas modificações, como aumento da concentração atmosférica de CO2 e mudanças climáticas, catalizadas por interferências antrópicas (COSTA et al., 2009). Certamente isso implicará em alterações representativas no balanço da biosfera, o que acarretará na necessidade de seu monitoramento constante. Segundo FOLEY et al. (2000), vegetação e clima interagem de forma bi-direcional sendo, portanto, a primeira um espelho da segunda. Dessa forma, espera-se que a distribuição e estrutura da flora em todo o globo sejam afetadas por alterações no clima (COSTA et al., 2009). Enquanto mudanças no clima podem influenciar nas relações entre as espécies, alterando a estrutura de diferentes ecossistemas, existe o outro lado, onde essas modificações na estrutura dos ecossistemas podem influenciar na alteração de balanços hídrico, de energia, momento, CO2, dentre outros gases, afetando, então, o clima (PIELKE et al., 1998; BONAN, 2002; FOLEY et al., 2003). Mais especificamente, a região nordeste tem um período chuvoso de novembro a abril e o máximo de precipitação em sua porção norte é devido ao deslocamento anual da ZCIT (Zona de Convergência Intertropical) para latitudes mais ao sul no Hemisfério Sul, afetando o nordeste brasileiro, principalmente nos meses de abril e maio (HASTENRATH e LAMB, 1977). NOBRE e MOLION (1988) sugeriram que a semiaridez dessa área pode ser explicada pela adjacência à região amazônica, onde ocorrem movimentos convectivos intensos e amplos, sendo um dos ramos ascendentes da Circulação de Walker. Segundo MARQUES et al. (1983), os mecanismos de convergência e divergência de vapor d’água na troposfera exercem um papel relevante na caracterização das estações seca e chuvosa da região nordeste. As maiores diferenças entre essas estações, em termos de exportação e importação de vapor d’água, ocorrem em seus setores norte e sul, e as mudanças relevantes no balanço de vapor d’água na região, portanto, parecem estar ligadas à variação do posicionamento da ZCIT e às possíveis penetrações de sistemas frontais, procedentes do sul do continente (MOLION E BERNARDO, 2000). De forma geral, a umidade da região norte brasileira, onde está contida a maior parte da Amazônia nacional, possui uma importância significativa no equilíbrio climático não só do nordeste brasileiro como de todo planeta, pois o vapor d’água evapotranspirado nessa região é transportado a inúmeros lugares através da circulação geral da atmosfera (WERTH e AVISSAR, 2002). Considerando que, nas últimas décadas, a floresta amazônica vem sofrendo intervenções antrópicas que reduzem continuamente sua área total de cobertura tais como, exploração irregular de madeira, expansão da fronteira agrícola e o aumento da densidade populacional, se faz necessário predizer o comportamento do clima a fim de se determinar quais implicações que isso trará à biosfera; especialmente ao regime de chuvas da região nordeste brasileira, o objetivo deste trabalho. MATERIAL E MÉTODOS Neste estudo foi utilizado um modelo climático acoplado a um modelo de dinâmica de vegetação, este tipo de modelo é capaz de simular interações biofísicas de curto prazo entre a atmosfera e a superfície através das trocas de momentum, energia, carbono e água. Em seguida, as retroalimentações de longo prazo entre o clima e o ecossistema são simuladas, gerando um possível cenário futuro (SENNA, 2006).

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Um dos modelos acoplados mais utilizados atualmente é o CCM3-IBIS, composto pelo modelo integrado de simulação da biosfera – IBIS (FOLEY et al., 1996) e pelo modelo climático da comunidade do NCAR– CCM3 (KIEHL et al., 1996). O IBIS está incluído na nova geração de modelos de biosfera global e leva em consideração alterações ocorridas na estrutura e composição da vegetação em resposta às condições ambientais (SENNA, 2006), ele compreende diversos processos, de forma a incluir as interações entre a atmosfera e a superfície, dinâmica da vegetação, e ciclo de carbono e nutrientes (FOLEY et al., 1996; KUCHARIK et al., 2000). Os processos do IBIS operam em diferentes intervalos de integração, com uma variação entre 60 minutos e 1 ano, e estão organizados hierarquicamente (FIGURA 1), portanto é possível que haja um acoplamento com outros processos que ocorram em escalas de tempo distintas, tais como: ecológicos, biofísicos e fisiológicos (KUCHARIK et al., 2000). O CCM3 foi desenvolvido em 1996 e trata-se da quarta geração dos modelos CCM’s. A versão inicial, também chamada CCM0, foi baseada no modelo espectral do centro australiano de pesquisa numérica (ANMRC) e, então, sofreu algumas adaptações a fim de melhorar suas parametrizações para que ele pudesse ser aplicado globalmente (HACK, et al., 1993), essas adaptações também incluíram melhorias no acoplamento de modelos oceânico e de gelo (SENNA, 2006). As adaptações podem ser divididas em cinco categorias principais: nos processos hidrológicos, na representação do transporte radiativo em céu limpo e nublado, na incorporação de um modelo de vegetação mais sofisticado e de um módulo opcional oceânico de camadas misturadas, além de outras pequenas modificações que não alteravam significativamente a modelagem climática original (KIEHL et al., 1996).

Figura 1 – Esquema do modelo dinâmico de vegetação global IBIS. Fonte: SENNA (2006). Para a realização desse estudo foi utilizado o CCM3-IBIS com uma resolução espectral T42 (~2,8º x 2,8º), com 18 níveis na vertical e a vegetação dinâmica habilitada, assim a 957

estrutura da vegetação e a distribuição dos ecossistemas eram influenciadas pelo clima. A temperatura da superfície do mar foi considerada fixa, de acordo com a média da década de 1990, e a concentração atmosférica de CO2 foi mantida constante em 380 ppmv. Foram efetuadas duas simulações para um período de 50 anos, uma considerando a totalidade da cobertura inicial do solo na região amazônica como sendo de floresta tropical (Controle) e outra onde 100% dessa mesma cobertura inicial do solo seria pastagem (P100), ou seja, uma situação de desmatamento amazônico total. Além disso, o modelo foi inicializado com condições próximas do equilíbrio, reduzindo o seu tempo de “spin up”. A precipitação gerada pela simulação Controle foi comparada com aquela obtida na simulação P100 e com a precipitação estimada pelo satélite TRMM (Tropical Rainfall Measuring Mission). O TRMM é capaz de combinar dados de sensoriamento remoto com dados de pluviômetros (COLLISCHONN, 2006). Foi utilizado o produto 3B43 do TRMM que consiste em uma média mensal da precipitação global em uma grade de 1º x 1º (lat/lon) desde 1998 até 2006. Esse produto foi redimensionado para a mesma grade do CCM3-IBIS (cerca de 2,8º x 2,8º), para possibilitar o cálculo da diferença entre a precipitação simulada e estimada pelo TRMM. Por estar contida em 23 células da grade do CCM3-IBIS (FIGURA 2), a precipitação da região nordeste foi obtida através de sua média.

Figura 2 – Região nordeste com a representação da grade do CCM3-IBIS composta por 23 células consideradas neste estudo. RESULTADOS E DISCUSSÃO Conforme a Tabela 1 ocorre uma inversão nos sinais dos erros relativos percentuais entre a simulação Controle e o satélite TRMM, indicando que durante a estação chuvosa a simulação Controle em geral subestima a precipitação obtida pelo TRMM, e durante a estação seca ocorre o comportamento inverso. No entanto, a média anual de precipitação simulada possui um erro de aproximadamente 10%. Esse comportamento pode ser melhor visualizado através da Figura 3, onde nota-se que a simulação Controle consegue captar a sazonalidade da precipitação da região nordeste, estando, porém, atrasada em cerca de um mês.

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Tabela 1 – Comparação entre a precipitação obtida pela simulação Controle e pelo satélite TRMM, com o respectivo erro. Meses Controle (mm/dia) TRMM (mm/dia) Erro (%) 6.59 6.62 -0.53 Janeiro 7.41 6.43 15.15 Fevereiro 6.69 6.80 -1.67 Março 5.21 4.24 22.87 Abril 3.11 1.74 78.24 Maio 1.75 0.53 230.25 Junho 1.32 0.28 370.02 Julho 1.15 0.21 453.28 Agosto 0.64 0.68 -5.41 Setembro 0.67 1.64 -59.02 Outubro 2.58 3.84 -32.87 Novembro 5.20 5.24 -0.79 Dezembro 3.53 3.19 10.62 Média

Figura 3 – Gráfico comparativo entre a precipitação obtida pela simulação Controle e pelo satélite TRMM. Ao considerar o desmatamento total da Amazônia, a precipitação simulada foi inferior principalmente nos meses de novembro, dezembro e janeiro, em relação aos valores simulados pelo cenário sem desmatamento (FIGURA 4). Nos demais meses há uma diferença de precipitação quase insignificante.

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Figura 4 – Gráfico comparativo entre a precipitação obtida pela simulação Controle e pela simulação P100. Além dos valores numéricos referentes a cada célula também foram gerados mapas mensais da diferença de precipitação entre a simulação P100 e a simulação Controle, denominado de anomalia, com o objetivo de facilitar a compreensão espacial dos resultados. Os mapas de anomalia são ilustrados nas Figuras 5 a 7, que correspondem aos meses de novembro, dezembro e janeiro, respectivamente. Foi utilizada uma escala onde a coloração avermelhada indica chuvas abaixo da média no cenário de desmatamento total (P100), e a coloração azulada indica chuvas acima da média. A média é considerada como sendo a precipitação simulada pelo cenário sem desmatamento (Controle). Essas figuras mostram que os estados mais impactados pelo decréscimo da precipitação devido ao desmatamento amazônico são Maranhão, Piauí e Bahia, locais de clima semiárido que enfrentam dificuldades na utilização dos recursos hídricos e possuem regiões onde já ocorre o processo de desertificação.

Figura 5 – Mapa de anomalia referente ao mês de novembro. 960

Figura 6 – Mapa de anomalia referente ao mês de dezembro.

Figura 7 – Mapa de anomalia referente ao mês de janeiro.

A Tabela 2 indica a proximidade dos valores de precipitação encontrados entre ambas as simulações, Controle e P100, em quase todos os meses exceto no verão, que são os meses mais chuvosos, onde a precipitação decresce até 39% no mês de novembro no cenário P100. A média anual de precipitação simulada no cenário P100 foi aproximadamente 8% inferior à simulada pelo cenário Controle.

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Tabela 2 – Comparação entre a precipitação obtida pela simulação Controle e pela simulação P100, com a respectiva anomalia. Meses Janeiro Fevereiro Março Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Média

Controle (mm/dia) 6.59 7.41 6.69 5.21 3.11 1.75 1.32 1.15 0.64 0.67 2.58 5.20 3.53

P100 (mm/dia) 5.96 7.51 6.44 5.28 3.06 1.71 1.25 0.95 0.48 0.51 1.56 4.09 3.23

Diferença (%) -9.49 1.36 -3.77 1.31 -1.59 -2.33 -5.51 -17.70 -25.08 -23.99 -39.38 -21.30 -8.32

CONCLUSÕES A simulação controle conseguiu representar adequadamente a sazonalidade da precipitação da região nordeste, com um erro de aproximadamente 10% na precipitação total anual. Além disso, na simulação P100, que considera o desmatamento amazônico total, ocorreu um decréscimo da precipitação sobre a região nordeste, principalmente na estação chuvosa, chegando a 39% de redução em novembro. Os locais mais afetados pelo decréscimo da precipitação foram os estados do Maranhão, Piauí e Bahia. Esse resultado mostra que a floresta amazônica é um importante regulador climático, mesmo em regiões relativamente distantes da mesma, como o nordeste brasileiro. Os estados possivelmente afetados por um clima mais seco devido ao desmatamento amazônico já sofrem grandes pressões na utilização dos recursos hídricos e possuem áreas atingidas por processos de desertificação. Portanto, o nordeste brasileiro trata-se de uma região muito vulnerável ao impacto de mudanças ambientais e climáticas, e precisa ser estudada com mais profundidade e considerando outros possíveis futuros cenários, assim poderemos conhecer antecipadamente tais impactos para que possamos evitar ou nos preparar para eles. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BONAN, G. B. Ecological Climatology: Concepts and Applications. Cambridge University Press, Ed., 2002, 678 pp. COLLISCHONN, B. Uso de precipitação estimada pelo satélite TRMM em modelo hidrológico distribuído. Dissertação de Mestrado, 2006, UFRGS, Porto Alegre, 175p. COSTA, M. H.; NUNES, E. L.; SENNA, M. C. A; IMBUZEIRO, H. M. A. Estado-da-Arte da Simulação da Taxa de Fixação de Carbono de Ecossistemas Tropicais, Revista Brasileira de Meteorologia, 2009, v.24, n.2, 179-187. FOLEY, J. A., PRENTICE, I. C., RAMANKUTTY, N., LEVIS, S., POLLARD, D., SITCH, S., HAXELTINE, A. An integrated biosphere model of land surface processes, terrestrial carbon balance, and vegetation dynamics. Global Biogeochemical Cycles, 10: 603-628, 1996. FOLEY, J. A.; LEVIS, S.; COSTA, M. H.; CRAMER, W.; POLLARD, D. Incorporating dynamic vegetation cover within global climate models. Ecological Applications, 2000, v. 10, p. 1620-1632.

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FOLEY, J. A.; COSTA, M. H.; DELIRE, C.; RAMANKUTTY, N.; SNYDER, P. - Green surprise? How terrestrial ecosystems could affect earth’s climate, Front. Ecol. Environ., 2003, 38–44. HACK, J. J., BOVILLE, B. A., BRIEGLEB, B. P., KIEHL, J. T., RASCH, P. J., WILLIAMSON, D. L. Description of the NCAR Community Climate Model (CCM2). Technical Report NCAR/TN-382+STR, National Center for Atmospheric Research, Boulder, Colorado, 1993, 120p. HASTENRATH, S., LAMB, P. Climatic Atlas of the Tropical Atlantic and Eastern Pacific Oceans. University of Wisconsin Press, 1977, 113 pp. KIEHL, J. T., HACK, J. J., BONAN, G. B., BOVILLE, B. A., BRIEGLEB, B., WILLIAMSON, D. L., RASCH, P. J. Description of the NCAR Community Climate Model (CCM3), 1996. KUCHARIK, C. J., FOLEY, J. A., DELIRE, C., FISHER, V. A., COE, M. T., LENTERS, J. D., YOUNG-MOLLING, C., RAMANKUTTY, N. Testing the performance of a dynamic global ecosystem model: water balance, carbon balance, and vegetation structure. Global Biogeochemical Cycles, 2000, 14: 795-825. MARQUES, V.S., RAO, V.B., MOLION, L.C.B. Interannual and seasonal variation in the structure and energetics of the atmosphere over Northeast Brazil. Tellus, 1983, 35 A, p.136148. MOLION, L. C. B., BERNARDO, S. O. (2000). Dinâmica das chuvas no Nordeste Brasileiro. In Congresso Brasileiro de Meteorologia, Anais… (CD-ROM). Rio de Janeiro. NOBRE, C. A., MOLION, L.C.B. The Climatology of Droughts and Drought Prediction,. In: Impacts of Climatic Variations on Agriculture, v.2 : Assessements in semi-arid regions, M. P. Parry, T.R. Carter e N. T. Konijn ( eds.), 1988, D. Reidel Pub. Co., 764p. PIELKE, R.; AVISSAR, R.; RAUPACH, M.; DOLMAN, A. J.; ZHEN, X.; DENNING, A. S. Interactions between the atmosphere and terrestrial ecosystems: Influence on weather and climate. Global Change Biol., 1998, 4, 461–475. SENNA, M. C. A. Exame de Qualificação de Doutorado em Meteorologia Agrícola, 2006. WERTH, D., AVISSAR, R. The local and global effects of Amazon deforestation. Journal of Geophysical Research, 2002, 107 (D20): 8087, doi:10.1029/2001JD000717.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

ANÁLISE DE PROJETOS DE IRRIGAÇÃO DE FORMA SUSTENTÁVEL EM CAMPOS DE FUTEBOL LUCAS RACHID DE OLIVEIRA LANNES1, LUCAS DE ALMEIDA MARTINS2, LEONARDO DA SILVA HAMACHER³, JÉSSICA ZIMMERMANN ESPÍNDOLA4 1 Graduando no curso de Engenharia Agrícola e Ambiental e integrante do PET Engenharia Agrícola e Ambiental, UFF Universidade Federal Fluminense, (21)8522-1421, [email protected]. 2 Graduando no curso de Engenharia Agrícola e Ambiental e integrante do PET Engenharia Agrícola e Ambiental, UFF Universidade Federal Fluminense, (21)9334-6575, [email protected]. ³ Professor assistente no curso de Engenharia Agrícola e Ambiental e integrante do PET Engenharia Agrícola e Ambiental, UFF - Universidade Federal Fluminense, (21)8781-4565, [email protected]. 4 Engenheira Agrícola e Especialista em Engenharia de Segurança do Trabalho, professora auxiliar, TER - TPC, UFF Universidade Federal Fluminense, (21)2629-5392, [email protected].

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: A percepção de que a água é um recurso finito é um dos primeiros os para se realizar um consumo mais eficiente, desde uma escala individual a global. Em virtude disto, o objetivo do presente estudo consistiu em realizar a busca de artigos técnicos sobre a irrigação de campos esportivos, mais precisamente em campos de futebol. Para isto, foi necessário analisar projetos já existentes de campos de futebol do Brasil, a fim de verificar possíveis alternativas sustentáveis para o uso da água em projetos deste tipo, já executado em campos de golfe, por exemplo. Conclui-se que o crescimento sustentável fez com que a irrigação vinculasse a produtividade e a rentabilidade ao uso eficiente da água, da energia e de insumos, necessitando, portanto, de maiores critérios na elaboração, no desenvolvimento e na consolidação de projetos de irrigação. PALAVRAS–CHAVE: irrigação, sustentável, campos esportivos

ANALYSIS OF IRRIGATION’S PROJECTS IN SUSTAINABLE WAYS IN SOCCER FIELDS ABSTRACT: The perception the water is a finite resource it’s one of first steps to realize a better efficient consumption, from an individual scale even a global. As a result, the present study’s objective consisted to realize the looking for technical articles about sports fields’ irrigation, but more accurately in soccer fields. For this, was necessary to analyze Brazilian soccer field’s projects in existence, in order to check possible sustainable ways of water consumption in these kinds of projects, already executed in golf fields for example. Be concluded the sustainable rising did with the irrigation linked the productivity and the profitability with the efficient consumption water, energy and the inputs, needing, therefore, bigger criterions in elaboration, and in consolidation irrigation projects. KEYWORDS: irrigation, sustainable, sports fields

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INDRODUÇÃO Irrigação é uma técnica que consiste em aplicar a quantidade de água necessária ao solo nos momentos adequados, para que a espécie vegetal cultivada possa expressar todo seu potencial produtivo. Porém, a base da irrigação que é a água, está sendo um recurso cada vez mais escasso, contribuído por inúmeros fatores como desperdício, alta demanda, poluição de mananciais. Tal fato faz induzir a procura de alternativas de abastecimento, captação e reaproveitamento da água. No Brasil, campos esportivos como Maracanã, Mineirão, Engenhão e Morumbi são irrigados através de aspersores, com válvulas e painéis controladores que fazem o uso mais preciso da água evitando o desperdício. Nessa premissa, o presente estudo teve como finalidade de explicar como funciona um sistema de irrigação aplicado em campos esportivos, mais especificamente em campos de futebol. OFERTA E DEMANDA DE ÁGUA A população mundial vem crescendo exponencialmente e com isso o suprimento de água vem sendo limitado cada vez mais (RAIN BIRD, 2003). Segundo Bernardi (2003), a taxa de crescimento populacional mais que dobrou entre os períodos de 1900 e 1995, enquanto a consumo d’água cresceu seis vezes mais com o consumo dos setores agrícolas, residenciais e industriais, provando que só tende a crescer rapidamente. Ainda sobre Bernardi (2003), os estudos realizados pela Organização Meteorológica Mundial (OMM) das Nações Unidas indica que um terço da população mundial está consumindo 20% a mais da sua disponibilidade de água. As estatísticas da OMM concluem que caso não haja soluções para diminuição desse consumo, nos próximos 30 anos as reservas hídricas do planeta tendem piorar consideravelmente. Tendo em vista que 97% de toda água do planeta é salgada, 2% está contida em icebergs e neve e apenas 1% de água doce apropriada para consumo humano. O uso de água global é dividido em três partes, 10% na área industrial, 21% no uso urbano e 69% na área agrícola (RAIN BIRD, 2003). PRINCÍPIOS DE IRRIGAÇÃO A irrigação é um conjunto de técnicas utilizadas para garantir uma produção econômica de determinada cultura com adequado manejo de recursos naturais. Devendo ser levado em conta os aspectos de sistemas de plantios, de possibilidades de rotação de culturas, de proteção dos solos, de fertilidade do solo, de manjo integrado de pragas e doenças e de mecanização, almejando uma produção integrada e de boa qualidade e de melhor inserção de mercados (BERNADO, 2006). Portanto, é utilizada em varias culturas e módulos diferentes podendo ser aplicados tanto na produção de alimentos quanto na área ligado ao paisagismo, na estética e ligado em áreas esportivas como irrigação de campos esportivos. SISTEMAS DE IRRIGAÇÃO ASPERSORES Conforme Bernado (2006), a irrigação por aspersão é semelhante à chuva, a água é aspergida sobre a cultura por meio de dispositivos especiais chamados aspersores. O jato ao 965

chocar-se com o ar pulveriza-se em gotas caindo sobre a cultura em forma de chuva artificial. Para tal efeito, a água é conduzida por equipamentos como a motobomba e tubulações. Baseado em Bernado (2006), são usados em sistemas de irrigação aspersores rotativos, aspersores estacionários, bocais e tubos perfurados. Porém, em campos esportivos são utilizados aspersores rotativos com mecanismo retrátil. A figura a seguir apresenta dados de desempenho do bocal 15 VAN fabricado pela Rain Bird.

Figura 1 – Tabela do bocal de 15 VAN fabricado pela empresa Rain Bird Fonte: LIMA, 20?? Segundo Lima (20??), os aspersores podem ser de giro completo ou tipo setorial, conhecidos como bocais VAN(variable arc nozzle), permitindo a amplitude de giro e área a ser irrigada, sendo este, o mais comum em campos esportivos. Em geral, aspersores tem um alcance em média de 1 a 5,4 metros e seu ângulo de trajetória do jato em relação a horizontal varia de 0 a 26 graus. Para seu bom desempenho, a velocidade de rotação deve ser uniforme nos aspersores. Ainda conforme Lima (20??), os aspersores do tipo rotor que são mais elaborados que os aspersores setoriais, bocais VAN, apresentam engrenagens que permitem o jato d’água girar de 40 a 360 graus. O funcionamento dos rotores há também um mecanismo responsável como memória de arco, isto é, caso o bocal seja direcionado acidentalmente, ao funcionar na próxima vez, o rotor retornará ao arco pré-definido. O alcance deste varia de 4 a 25 metros. Nos campos esportivos e paisagismo, em geral o espaçamento entre os aspersores são de até 25 metros, dependendo do alcance. Geralmente, nos campos de futebol são irrigados com aspersores com espaçamento de 18 metros, numa malha quadrada, como mostra a figura 2.

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Figura 2 – Projeto de irrigação. (Fonte: Hamacher, 2006) Existem também, aspersores rotores de grande porte, que também são utilizados em irrigação de projetos paisagísticos e campos esportivos, principalmente em campos de golfe. A irrigação em campos esportivos é feita de forma rigorosa devida a seus dimensionamentos. Pois em geral a lamina de água em determinada área não varia mais que 10% (LIMA, 20??). Um exemplo de estádio que adota esse sistema de irrigação é o Maracanã, que foi recentemente reconstruído, que promete ser o mais moderno do mundo, como mostra a figura abaixo.

Figura 3 – Aspersores do sistema de irrigação do Maracanã (Fonte: Costa, 2013) Serão 54 aspersores espalhados pelo campo com fertirrigação, onde utiliza a água para levar nutrientes ao solo cultivado, de uma maneira mais eficiente e econômica com grau de precisão maior (COSTA, 2013). 967

EQUIPAMENTOS VÁLVULAS De acordo com Lima (20??), a irrigação em projetos paisagísticos é feito de tal forma que seu funcionamento é em partes ou setores. A tubulação hidráulica é dimensionada nesses setores, com isso, a água é controlada e dirigida para o setor ao fluxo de água para os aspersores, através de válvulas hidráulicas por solenóide elétrico, que são acionados por uma corrente elétrica emitida pelo controlador, de modo, enquanto uma está aberta às demais estão fechadas. Existem diferentes modelos de válvulas utilizadas nas diferentes situações. DE CONTROLE O Controlador é como o cérebro do sistema, onde enviam sinais elétricos às válvulas. O de controle é capaz de reduzir o consumo de água, pois indicam o dia de irrigação, horários de inicio e quando irrigar. Sendo assim, reduzem a despesa com conta de água, reduzindo a quantidade de água usada na manutenção das áreas verdes, os controladores inteligentes alteram os tempos de irrigação automaticamente em função das mudanças climáticas e são bons do ponto de vista ambiental, pois evitam o desperdício de água. No projeto do Mineirão para a Copa de 2014 foram usados equipamentos para a economia de água. Nos quais, foram utilizados dispositivos controladores da vazão de água e de fechamento automático (GUEDES et al, 201?). Atualmente, a indústria do golfe está na frente em relação à implementação de medidas de economia de água. Pois, sistemas de controle central avançados são utilizados para a irrigação dos campos minimizando os desperdícios (RAIN BIRD, 2003). De acordo com Trierweiller (2011), a preservação do lençol freático e a diminuição do desperdício em relação a quantidade da agua para irrigação do gramado são aspectos essenciais. Para Rima (2004 apud TRIERWEILLER et al, 2011) “uma irrigação eficiente garante não só a redução do consumo de água como também os gastos com o tratamento do gramado. A água de irrigação, seja da chuva ou tratada, é filtrada pelo campo regenerando o próprio recurso”. DISCUSSÃO E RESULTADOS A importância e o objetivo de um sistema de irrigação de campos esportivos, mais precisamente para campos de futebol, na maioria das vezes são os mesmo, independente do estádio, seja no Maracanã ou em um campo de várzea, o modelo de irrigação não mudará. O que irá diferenciar é o investimento que irá ser utilizado para implementação de equipamentos do projeto e a circunstância em que o campo apresentar. Pondo em prática a engenharia que é basicamente a minimização de tempo, de custo e a solução mais viável, a forma que o projeto de irrigação será aplicado levando em conta a energia que será gastada para seu funcionamento, o trajeto pela qual a água

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percorre pelas tubulações, perda de carga e eventuais problemas fazem de um sistema de irrigação ser eficiente. Levando em conta a drenagem, fazendo dela um meio de captação da água da chuva junto com os sistemas de armazenamento torna-se mais um meio sustentável para irrigação e controle de inundações. Com as discussões apresentadas é visto que para trabalhos futuros a implementação dessas formas sustentáveis poderão ser mais utilizadas devido o manejo da água e por ela ser um recurso finito. Além disso, é um investimento que ao longo prazo é revertido tanto nas contas de água e manutenção dos campos. MATERIAL E MÉTODOS Para o desenvolvimento do seguinte trabalho, a metodologia adotava teve base em pesquisas bibliográficas, artigos e manuais técnicos na temática de irrigação em geral e em campos esportivos, e o reaproveitamento de água. Também foram utilizadas informações obtidas pela internet em sites de fontes de alta confiabilidade, buscando referências e conceitos relacionados ao assunto. E como complemento, esclarecimentos e explicações obtidos com especialistas na área. CONCLUSÕES A partir do trabalho realizado com a análise e pesquisa com projetos, artigos e equipamentos com a finalidade de achar métodos sustentáveis para o uso da água para a irrigação de campos esportivos. É certo afirmar que a irrigação eficiente junto com sua tecnologia e seus respectivos métodos e equipamentos avançados, devem ser usados e elaborados juntamente com os projetos de sistemas, instalações e manutenção periódica adequada. Em função disto, foi possível perceber que todo esse processo e adereços tecnológicos permitem economizar tempo e irrigar de uma forma mais eficiente e precisa baseada nas necessidades características de cada espécie de grama, resultando economias em custos, trabalho e principalmente na quantidade de água, e ter gramados mais saudáveis. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BERNADO, Salassier. Manual de Irrigação. 8.ed. Viçosa: Ed. UFV, 2006. Pag. 625 BERNARDI, Cristina Costa. Reuso de água para irrigação, 2003 Disponível em: < www.iica.org.br/docs /publicacoes/publicacoesiica/cristinacosta.pdf > o em: 22 jul. 2013 COSTA, Felippe. À la Camp Nou, Maracanã terá sistema de irrigação mais moderno do mundo, 2013 Disponível em: < http://globoesporte.globo.com /futebol/copa-domundo/noticia/2013/01/la-camp-nou-maracana-tera-sistema-de-irrigacao-mais-moderno-domundo.html >oem: 22 jul. 2013 GUEDES, Alyne Ferreira; VELOSO, Ana Carolina de Oliveira; MORENO, Ana Cecília; MATTOS, Marianna Costa; SOUZA, Roberta Vieira Gonçalves de. Copa 2014: O estádio do Mineirão e diretrizes de sustentabilidade na primeira copa verde do mundo, 201? Disponível em: o em: 22 jul. 2013 HAMACHER, Leonardo. Aspectos Ambientais Relacionados a Irrigação Paisagística e de Gramados Esportivo. Notas de aula, UFF, 2006 LIMA, Luiz Antonio. Irrigação de projetos paisagísticos e campos esportivos, Notas de aula, UFL, 20??. Disponível em:<www.lalima.com.br/lalima/arquivos/irrigacao_paisagismo.pdf > o em: 22 jul. 2013

RAIN BIRD. Irrigação para um mundo em crescimento. Catalogo técnico, 2003. Disponível em: <www.rainbird.com/documents/corporate/iuow/IUOW_PT_BR.pdf> o em: 22 jul. 2013 RIMA – RELATORIO DE IMPACTO AMBIENTAL PARA IMPLANTAÇÃO DO CONDOMINIO RESIDENCIAL COSTÃO GOLF. CARUSO, Francisco Jr. (coordenador da equipe técnica de elaboração do RIMA). Empresa Caruso Jr. Estudos Ambientais Ltda. Florianópolis, mar. de 2004. TRIERWEILLER, Andrea Cristina; PEIXE, Blenio Cesar Severo; JACQUES, Soraia; WEISE, Andreas Dittmar; AZEVEDO, Beatriz Marcondes de Azevedo. Relatório de impacto ambiental: Estudo de caso em um campo de golfe. In: XXXI Encontro Nacional de Engenharia de Produção, 31, 2011. Disponível em: <www.abepro.org.br/biblioteca/enegep2011_TN_STO_143_901_17700.pdf> o em: 22 jul. 2013

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

AVALIAÇÃO DO REAPROVEITAMENTO DO RESÍDUO PROVENIENTE DO POLIMENTO DO PORCELANATO NA MELHORIA DO CONFORTO TÉRMICO DE NOVOS PRODUTOS CERÂMICOS NATHALIA CRISTINA GOMES SILVEIRA1; LORENA CRISTINA DE OLIVEIRA GOULART2; CLAUDINEI REZENDE CALADO3 1,2,3

CEFET-MG; Email: [email protected]; [email protected]; [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: A indústria cerâmica, e demais indústrias de fabricação e transformação de materiais produzem, em maior ou menor grau, uma quantidade de resíduos que não são reaproveitados ou não têm um destino ecologicamente correto. Neste contexto, este trabalho propõe o uso de resíduos que contenham baixos teores de carbeto de silício para a promoção de expansão em corpos cerâmicos de forma a melhorar o conforto térmico dos mesmos. Desta forma, foi escolhido o resíduo do polimento do porcelanato como matéria prima. Este foi adicionado a massa atomizada de porcelanato em diferentes teores mássicos: 20 a 80%. Estes corpos de prova foram sinterizados a 1.200ºC e submetidos aos ensaios de densidade absoluta e aparente, absorção de água, expansão linear, volumétrica e porosidade aparente. Os resultados indicaram que o aumento do teor de resíduo aumenta a porosidade, absorção de água e, consequentemente reduz os valores de densidades aparente e absoluta dos corpos de prova. As composições químicas do porcelanato e do resíduo gerado, em termos de seus óxidos constituintes, determinadas pela fluorescência de raios X (FRX), mostram que tais materiais são semelhantes quimicamente. Esta semelhança química indica a possibilidade de realizar o reaproveitamento do resíduo. Os resultados confirmam o potencial de utilização do resíduo na formulação de novos produtos cerâmicos que apresentem baixa densidade, alta porosidade e baixa condutividade térmica. PALAVRAS–CHAVE: pisos cerâmicos, conforto térmico, porosidade.

EVALUATION OF THE REUSE OF WASTE FROM THE POLISH PORCELAIN ON IMPROVEMENT OF THERMAL COMFORT OF NEW PRODUCTS ABSTRACT: The ceramic industry, and other industries that manufacture and processing of materials produce a greater or lesser degree, an amount of waste that is not reused or doesn’t have an ecofriendly destination. In this context, this work proposes the use of waste containing low levels of silicon carbide to promote expansion of ceramic bodies in order to improve the thermal comfort of the same. Thus, it was chosen the residue of the polishing of porcelanato as raw material. This material was added at different concentrations porcelain mass: from 20 to 80%. These specimens were sintered at 1200°C and subjected to essays of absolute and apparent density, water absorption, linear and volumetric expansion and porosity. The results indicate that increasing the amount of waste increases the porosity, water absorption and reduces the values of apparent and absolute densities of the samples. The chemical composition of the porcelanato and the waste generated in of its constituent oxides, as determined by X-ray fluorescence (XRF) show that these materials are chemically similar. This chemical similarity indicates the possibility of reusing the waste. The results confirm the potential use of the residue in the formulation of new ceramics that have low density, high porosity and low thermal conductivity. KEYWORDS: ceramic floor tiles, thermal comfort, porosity.

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INTRODUÇÃO Segundo Kummer, o porcelanato é considerado um revestimento cerâmico, que devido as suas características químicas e físicas, como por exemplo, alta dureza, resistência à abrasão e resistência a meios ácidos e básicos, tem se tornado um substituto para outros produtos comuns, como por exemplo, o granito e outras pedras naturais1. O resíduo gerado no processo de polimento do porcelanato tem causado grande preocupação social e ambiental, devido, principalmente, ao seu acondicionamento em aterros e/ou lugares impróprios. Com o intuito de reduzir a quantidade de resíduos que estão sendo dispostos de maneira inadequada, pesquisas atuais estão sendo realizadas na direção de reaproveitar este resíduo, como por exemplo, no desenvolvimento de cerâmicas porosas que melhorem a sensação térmica, além de propor uma melhoria na qualidade e na eficiência no seu processo de produção2. A sensação térmica está relacionada com a temperatura da pele em contato com uma superfície, neste caso, quando as os pés estão em contato com o piso3. A efusividade térmica é a medida da temperatura de interface, quando se colocam dois sólidos em contato. Quanto menor é a efusividade térmica mais confortável é o piso cerâmico. A efusividade térmica é correlacionada diretamente com a condutividade térmica e a densidade do material. Geralmente, a condutividade térmica de materiais cerâmicos diminui à medida que a porosidade aumenta3,4. Em relação ao comportamento mecânico, a presença de poros implica na diminuição da resistência mecânica. No entanto, a presença de porosidade controlada é essencial para materiais de construção que devem apresentar baixa condutividade térmica, garantindo o conforto térmico da edificação5. Logo é interessante obter cerâmicas porosas com elevada resistência mecânica e resistência química por combinar adequadamente as matérias-primas e técnicas de processamento6. Neste trabalho, serão produzidos corpos de prova cerâmicos que terão porosidade induzida por meio da incorporação do resíduo proveniente do polimento do porcelanato. Este resíduo será adicionado a massa atomizada fornecida por uma empresa de revestimentos cerâmicos situada na região metropolitana de Belo Horizonte, Minas Gerais. O resíduo será caracterizado para avaliar a possibilidade de reutilizá-lo no desenvolvimento de novos produtos cerâmicos que apresentem uma melhoria no conforto térmico, diminuindo os custos com matéria prima, agregando valores e acabando com os importunos de destino final. A incorporação de resíduos nas formulações de novos produtos cerâmicos reduz os gastos com recursos naturais, esta situação revela a importância da sua reutilização como matérias-primas cerâmicas alternativas7,8. A gradativa diminuição na disponibilidade dos recursos minerais resultou em uma tendência em substituir minerais por matérias-primas alternativas que estão disponíveis em abundância, tais como os resíduos industriais9,10. MATERIAL E MÉTODOS Para a realização deste trabalho, foi utilizado o resíduo gerado no processo de polimento do porcelanato, conhecido como torta, e a massa atomizada. Após a coleta da torta em uma empresa de revestimentos cerâmicos essa foi quarteada manualmente e determinado o teor de umidade da amostra. A determinação da composição química do resíduo, do porcelanato (referência) e de uma amostra produzida foi realizada empregando-se a técnica de fluorescência de raios X (FRX). A determinação das fases presentes na torta e sua estrutura cristalina foi realizada empregando-se a técnica de difração de raios X (DRX). Estas análises foram conduzidas no Laboratório de Análises de Engenharia de Materiais, do CEFET-MG. 972

Após a caracterização da torta, foi avaliado o teor máximo de resíduo que pode ser adicionado à massa atomizada de porcelanato, preparando-se oito amostras, identificadas de 1 a 7, com teores mássicos de resíduo de 20, 30, 40, 50, 60, 70 e 80, a amostra 8 foi identificada como sendo a referência. Foram produzidos corpos de prova com dimensões de 2,5 cm de diâmetro e 1,2 cm de espessura, prensados a 54 MPa. As pastilhas foram aquecidas a 115ºC por 24 horas, em seguida foram levadas a uma mufla previamente aquecida a 400°C por 40 minutos e sinterizadas a 1.200ºC por 40 minutos. O resfriamento das amostras foi lento, dentro da própria mufla. Para as amostras cerâmicas sinterizadas foram realizados os seguintes ensaios: expansão linear na dimensão da altura, expansão linear na dimensão do diâmetro, expansão volumétrica, densidade aparente, densidade absoluta, porosidade aparente e absorção de água pela norma ISO 10545-3 A avaliação da superfície e da quantidade de poros das amostras sinterizadas foi realizada empregando a técnica de microscopia óptica com ampliação de 10 e 50X e as imagens obtidas foram tratadas empregando-se o programa QUANTIKOV. RESULTADOS E DISCUSSÃO O teor de umidade encontrado para o resíduo úmido, determinado logo após o polimento, foi de 30,6% em peso e quando seco e quarteado foi de 1,0% em peso. Na Tabela 1 são apresentados os resultados para a composição química do porcelanato, do polidor e do resíduo de polimento obtidos pela técnica de fluorescência de raios X. Tabela 1 – Composição química (% em peso) da torta (resíduo do polimento do porcelanato), Referência (porcelanato) e da Amostra 1 (porcelanato c/ 20% em peso de resíduo). Torta Referência Amostra 1 Composto %em peso Desvio %em peso Desvio %em peso Desvio SiO2 66,120 0,233 68,709 66,814 Al2O3 18,606 0,321 18,979 19,075 ZrO2 1,273 0,007 0,408 2,491 CaO 2,286 0,008 4,349 3,881 MgO 3,819 0,008 K2O 3,401 0,010 4,254 3,895 Fe2O3 1,408 0,008 1,986 1,923 MnO 0,102 0,004 0,065 0,08 Fonte: Laboratório Análises de Engenharia de Materiais, CEFET-MG. (2013)

De acordo com os dados contidos na Tabela 1, pode-se observar que o resíduo apresenta elevada quantidade de sílica, alumina e óxido de magnésio e baixa quantidade de óxidos fundentes (Fe2O3, CaO e K2O). Comparando os valores obtidos da composição química do branco e amostra 1 com a do resíduo, foi possível verificar que a composição química em termos de seus óxidos constituintes são semelhantes. A semelhança química indica a possibilidade de realizar o reaproveitamento do resíduo gerado no processo como matéria prima para o desenvolvimento de novos produtos cerâmicos. Os óxidos constituintes são típicos de corpos cerâmicos utilizados na fabricação de peças cerâmicas para piso 4,5. Na Figura 1 está ilustrado o difratograma da torta ou do resíduo obtido pelo polimento do porcelanato.

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Q

M - Mulita Q - Quartzo S - SiC Mg - (MgO)0,77(FeO)0,23

Q

0

10

S MgQ

M

M

20

30

40

Q Q

50

Q S

60

70

80

2θ / graus

Figura 1 – Difratograma da torta (resíduo do polimento de porcelanato).

Analisando o difratograma acima, observa-se que o resíduo é formado por uma fase vítrea (amorfa), evidenciada pela existência de um alargamento na linha base entre os ângulos 15º e 35º em 2θ, e fases cristalinas que foram identificadas como sendo a mulita, quartzo, carbeto de silício e uma mistura entre os óxidos de magnésio e ferro. Quando o porcelanato é queimado a partir de 1.200ºC forma-se a fase mulita (3Al2O3.2SiO2) no material. De acordo com Marques2, o porcelanato é um material constituído por uma grande quantidade de fase vítrea e fases cristalinas que podem ser detectadas por meio da técnica de difração de raios X. A fase vítrea conterá os óxidos fundentes presentes no porcelanato (Fe2O3, Na2O e K2O) que em geral se concentram na fase vítrea após o processamento2. Como o resíduo apresenta as mesmas fases do porcelanato, fase vítrea e fundentes, ele poderá ser usado como matéria prima de novos produtos, pois fornecerá a densificação de revestimentos cerâmicos. Devido ao elevado teor de sílica existente no resíduo, será favorecida a formação de fases vítreas ricas em sílica, que possuem viscosidade mais elevada do que aquelas com menores teores de sílica, o que minimizará os efeitos de pirodeformação11. Por inspeção a curva termogravimétrica foi possível determinar o teor de carbeto de silício no resíduo (torta), no caso da amostra fornecida pela empresa ele é de 3,8% em peso. Os dados obtidos para as amostras sinterizadas empregando-se os ensaios de expansão linear na dimensão da altura, expansão linear na dimensão do diâmetro, expansão volumétrica, densidade aparente, densidade absoluta, porosidade aparente e absorção de água pela norma ISO 10545-3 estão apresentados na Tabela 2.

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Tabela 2 – Resultados obtidos para os testes na série de amostras. Amostra

Densidade absoluta: (Kg/m³)

Densidade aparente: (Kg/m³)

Absorção de água: (%)

Expansão linear dimensão altura: (%)

Expansão linear dimensão diâmetro: (%)

Expansão volumétrica : (%)

Porosidade aparente: (%)

1 2 3 4 5 6 7 8

1560,0 1270,0 1020,0 940,0 830,0 730,0 650,0 2220,0

1673,11 1414,83 1212,30 1129,63 892,93 849,59 723,04 2381,60

10,94 16,68 22,55 29,35 42,85 45,68 64,87 0,43

6,87 22,14 38,73 40,56 43,15 46,98 49,34 -6,87*

0,80 1,59 5,56 8,76 12,35 15,87 18,73 -8,37*

8,59 26,05 54,58 66,28 80,69 97,34 110,51 -21,80*

18,35 23,65 27,41 33,24 38,36 38,90 47,02 1,03

*Contração linear Fonte: próprios autores. (2013)

Analisando os dados registrados na Tabela 2, observa-se que o aumento do teor em peso de resíduo provoca diminuição nos valores das densidades aparente e absoluta. Esta tendência está relacionada ao aumento da porosidade nos corpos de prova. A redução nos valores de densidade está associada a queima a 1.200ºC do carbeto de silício e a liberação do dióxido de carbono (CO2), que leva a expansão do material. Esta expansão esta associada a quantidade de carbeto de silício adicionada, quanto maior a quantidade maior será a expansão. Outro fator é a redução de massa após o processo de sinterização. À medida que se adiciona resíduo à massa cerâmica observa-se o aumento da quantidade de poros no material obtido. Tais poros são responsáveis pelo aumento da absorção de água. É possível observar a existência de poros na superfície dos corpos de prova, porosidade aberta, (Figuras 2 e 3). Estes resultados corroboram com os observados para as densidades aparente e absoluta, onde se observa a redução dos respectivos valores. Portanto, quanto maior o teor de resíduo, mais poros e, consequentemente, maior o teor de água absorvida, esta observação pode ser comprovada analisando as porcentagens apresentadas na tabela 2. Somente o corpo de prova identificado como 8, branco, apresenta alta densidade relativa, absorção de água inferior a 0,5% e baixa porosidade relativa, o que os caracterizam como porcelanatos de baixa absorção e resistência mecânica alta (BIa de 0 a 0,5%), as demais amostras apresentam absorção de água acima de 10,0%, podem ser classificadas como cerâmicas porosas de alta absorção e resistência mecânica baixa (BIII). Nas Figuras 2 e 3 são apresentas as imagens obtidas pela microscopia ótica com aumento de 10X e 50X para todos os corpos de prova sinterizados. As imagens das superfícies obtidas através da técnica de microscopia óptica com ampliação de 10X permitiram a comparação do aspecto visual da superfície de cada peça após a etapa de sinterização dos corpos de prova preparados com diversos teores de resíduo. As imagens obtidas indicam que o aumento do teor de resíduo até o valor de 80% em peso aumenta a quantidade de poros na superfície dos corpos de prova, a qual é denominada de porosidade aberta. A porosidade aberta é a que tem contato com a superfície externa do material. Empregando o programa QUANTIKOV foi possível determinar o tamanho médio dos poros de cada amostra, os resultados encontrados estão relacionados na Tabela 3. Nos dados apresentados na Tabela 3 observa-se duas tendências, a primeira entre as amostras identificadas como 1, 2 e 3 onde o aumento do teor adicionado aumenta o diâmetro médio da porosidade aberta. A partir da amostra 3 até a 7, o que se observa que o diâmetro médio dos poros flutua dentro de um valor de equilíbrio, desta forma o aumento do teor de 975

resíduo adicionado irá aumentar a quantidade de poros, mas não mais o seu diâmetro. diâm A amostra 8 apresentou um baixo teor de porosidade aberta, branco.

Figura 2 – Imagens de microscopia ótica para as amostra: (1) com 20% em peso de resíduo, (2) com 30% em peso de resíduo, (3) com 40% em peso de resíduo, (4) com 50% em peso de resíduo, (5) com 60% em peso de resíduo, (6) com 70%, (7) com 80% em peso de resíduo e (8) Branco. Aumento: 10X. Nas imagens obtidas com ampliação de 50X fica mais evidente que o aumento do teor da torta adicionado à massa sa atomizada induz o aparecimento de uma maior quantidade de poros na massa cerâmica sinterizada. É observada uma distribuição homogênea dos poros,

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este resultado indica que a mistura formada entre a massa atomizada e o resíduo estava homogênea.

Figura 3 – Imagens de microscopia ótica para as amostra: (1) com 20% em peso de resíduo, (2) com 30% em peso de resíduo, (3) com 40% em peso de resíduo, (4) com 50% em peso de resíduo, (5) com 60% em peso de resíduo, (6) com 70%, (7) com 80% em peso de resíduo e (8) Branco. Aumento: 50X.

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Tabela 3 – Distribuição do tamanho médio dos poros nos corpos de prova Amostra Menor diâmetro / mm Maior diâmetro / mm Diâmetro médio / mm 1 0,291464 0,429527 0,356113 2 0,214763 0,575259 0,389258 3 0,276124 1,127507 0,448997 4 0,03068 1,234889 0,490887 5 0,928084 1,211878 0,446078 6 0,237774 0,751671 0,491314 7 0,276124 0,651960 0,445564 8 Fonte: próprios autores. (2013)

-

-

Por inspeção visual das estruturas obtidas com ampliação de 10X e 50X, o teor máximo de resíduo adicionado à massa atomizada, 80%, produziu um corpo cerâmico com uma maior quantidade de poros. O aumento do número de poros modifica o aspecto visual da peça bem como reduz a densidade aparente da amostra e aumenta o teor de umidade absorvida. CONCLUSÕES De acordo com os dados de fluorescência de raios X a composição química da torta (resíduo) é semelhante à da massa atomizada (porcelanato), esta semelhança permite a mistura de ambos, por serem compatíveis, sem causar qualquer alteração no aspecto visual da peça final. A técnica de difração de raios X evidenciou que o resíduo gerado durante o polimento é formado por uma fase vítrea (amorfa), que conterá os óxidos fundentes (Fe2O3, Na2O e K2O) e fases cristalinas identificadas como sendo a mulita (3Al2O3.2SiO2), quartzo, carbeto de silício e uma mistura entre os óxidos de magnésio e ferro. Como as fases existentes no resíduo são as mesmas existentes no porcelanato, ele poderá ser usado como matéria prima de novos produtos, pois fornecerá a densificação de revestimentos cerâmicos. Empregando-se a TG foi possível determinar o teor de carbeto de silício no resíduo (torta), no caso da amostra fornecida pela empresa ele é de 3,8% em peso. Os testes indicaram que à medida que se aumenta o teor do resíduo adicionado a massa atomizada obtém-se um produto cerâmico, após a sinterização a 1.200ºC, com uma quantidade maior de poros, devido ao efeito expansor do gás carbônico gerado, durante o aquecimento da amostra, pela degradação térmica do carbeto de silício. Este efeito expansor faz com que a amostra 1, que contem 20% em peso do resíduo, sofra uma expansão de 8,6% em volume e a amostra 7, com 80% em peso, apresente 110,5% de expansão. O aumento da porosidade reduz a resistência mecânica e tenacidade à fratura do material, mas em contrapartida reduz a sua condutividade térmica. Como a quantidade de parâmetros envolvidos neste estudo é alta, é possível aperfeiçoar o processo a ponto de garantir melhores propriedades para cada finalidade do material, assim como, melhores técnicas de fabricação. REFERÊNCIAS KUMMER, L. et al. Reutilização dos resíduos de polimento de porcelanato e feldspato na fabricação de novo produto cerâmico. Cerâmica Industrial, São Paulo, v. 03, n.12, p. 34 38, maio/jun. 2007.

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MARQUES, L. N., et al. Re-aproveitamento do resíduo do polimento de porcelanato para utilização em massa cerâmica. Revista Eletrônica de Materiais e Processos. V. 2, p. 34-42, 2007. EFFTING, C.; FOLGUERAS, M. V.; GÜTHS, S.; ALARCON, O. E.; Microstructural Characterization of Ceramic Floor Tiles with the Incorporation of Wastes from Ceramic Tile Industries. Materials Research, v. 13, n. 3, p. 319-323, 2010. EFFTING, C.; GÜTHS, S.; ALARCON, O. E.; Evaluation of the Thermal Comfort of Ceramic Flor Tiles. Materials Research, v. 10, n. 3, p. 301-307, 2007. REED, J.S. Introduction to the principles of ceramic processing. John Wiley, New York, 1988. SILVA, A. G. P. Porosidade e densidade de materiais cerâmicos. In Estrutura e propriedades de materiais cerâmicos. p. 172-178. MENEZES, R. R., FERREIRA, H. S., NEVES, G. A., FERREIRA, H. C., Uso de rejeitos de granitos como matérias-primas cerâmicas, Cerâmica, v. 48, p. 1-9, 2002. TORRES, P.; Fernandes, H. R.; AGATHOPOULOS, S.; TULYAGANOV, D. U.; FERREIRA, J. M. F., Incorporation of granite cutting sludge in industrial porcelain tile formulations, Journal of the European Ceramic Society, v. 24, p. 3177-3181, 2004. MENEZES, R. R.; FERREIRA, H. S.; NEVES, G. A.; LIRA, H. L.; FERREIRA, H. C., Use of granite sawing wastes in the production of ceramic bricks and tiles, Journal of the European Ceramic Society, v. 25, p. 1149-1155, 2005. PINATTI, D. G.; CONTE, R. A.; BORLINI, M. C.; SANTOS, B. C.; OLIVEIRA, I.; VIEIRA, C. M. F.; MONTEIRO, S. N., Incorporation of the ash from cellulignin into vitrified ceramic tiles, Journal of the European Ceramic Society, v. 26, n. 3, 305-312, 2005. SOUZA, P. A. B. F. Estudo do comportamento plástico, mecânico, microestrutural e térmico do concreto produzido com resíduo de porcelanato. 2007. 208 f. Tese (Doutorado) – Programa de Pós–Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

ANÁLISE COMPARATIVA DOS ASPECTOS QUALITATIVOS DAS CERTIFICAÇÕES PARA CONSTRUÇÕES SUSTENTÁVEIS MAIS UTILIZADAS NO BRASIL PEDRO P. RODRIGUES1, RAFAELA P. GRACILIANO2 1 2

Graduando em Engenharia de Recursos Hídricos e Meio Ambiente, UFF, (21) 9561-6197, [email protected] Graduanda em Engenharia de Recursos Hídricos e Meio Ambiente, UFF, (21) 9376-5580, [email protected],br3

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Seguindo a recente preocupação com os impactos causados pelo desenvolvimento por todo o mundo, universidades e órgãos do setor de construção de diversos países criaram certificações para construções sustentáveis. Este artigo apresenta uma comparação dos aspectos qualitativos das certificações para construções sustentáveis mais utilizadas no Brasil. Optou-se pelas LEED e Casa AQUA, sendo a segunda certificação totalmente adaptada ao território nacional. A metodologia utilizada foi a comparação dos manuais destas duas certificações bem como seus checklists e formulários, para identificar itens abordados em comum entre ambas e destacar os pontos divergentes entre as mesmas com o objetivo de colaborar para a escolha e adaptação de empreendimentos por um modelo sustentável, apresentando assim as vantagens de obter certificações como estas, tanto para o empreendedor quanto para o meio ambiente, além dos ocupantes destes espaços certificados. PALAVRAS–CHAVE: Sustentabilidade, Meio Ambiente, Certificações.

COMPARATIVE ANALYSIS OF THE QUALITATIVE ASPECTS OF SUSTAINABLE BUILDING CERTIFICATIONS MOST USED IN BRAZIL ABSTRACT: Following recent concerns regarding the impacts caused by development around the world, universities and agencies in the construction sector of various countries have certifications for sustainable buildings. This article presents a comparison of the qualitative aspects of sustainable building certifications for most used in Brazil. It was decided by the LEED and AQUA, the second certification fully adapted to the national territory. The methodology used was the comparison of these two manuals certifications as well as their forms and checklists to identify items addressed in common between them and highlight the divergent points among them in order to contribute to the choice and adaptation of projects for a sustainable model and thus also to obtain the advantages as those certificates for both the developer and for the environment, in addition to the occupants of these spaces certificates. KEYWORDS: Sustainable, Environment, Certifications.

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INTRODUÇÃO O conceito de desenvolvimento sustentável foi definido no Relatório de Brundtland, em 1987 como “a capacidade de suprir as necessidades presentes sem comprometer as futuras gerações de suprirem suas próprias necessidades”. A partir de então, inúmeras iniciativas para amenizar os impactos causados pela ação do homem no meio ambiente foram criadas. Esta nova forma de enxergar as conseqüências dos impactos causados por diversas atividades, que colaboram para o desenvolvimento econômico e industrial, ajudou para que em diversos setores, iniciativas de “promoção” da sustentabilidade fossem pensadas. Devido ao grande crescimento populacional, as construções civis têm sido acrescidas no Brasil em grande proporção. Neste aumento expressivo de construções é necessário um uso excessivo de recursos naturais. Para tentar atender a necessidade de se auto-sustentar, uma nova forma de construir foi pensada e difundida através de certificações e qualificações de construções sustentáveis. MATERIAL E MÉTODOS REVISÃO DA BIBLIOGRAFIA Larsson (2004, apud AULICINO, 2008) “define os métodos de avaliação de edifícios como um conjunto de protocolos ou indicadores e critérios geralmente baseados na avaliação do ciclo de vida e usados para avaliar o desempenho ambiental ou de sustentabilidade de um edifício ou de seus sub-sistemas”. De acordo com Cole (2005, apud AULICINO, 2008), “ferramentas e métodos de avaliação de sustentabilidade ambiental de construções surgiram para proporcionar uma avaliação objetiva do uso dos recursos naturais, da carga ecológica e da qualidade do ambiente interno, mas também para aumentar a consciência de responsabilidade ambiental no setor da construção civil”. “A abordagem a um novo processo de construção, que se pretende mais sustentável, impõe que se tornem evidentes as suas vantagens. Tal evidência pode ser efetuada através da avaliação do nível de desempenho que o processo introduz na construção de edifícios.” (LUCAS, 2011).

Ainda segundo Lucas, 2011 “os sistemas de certificação são aceitos como um dos métodos mais eficientes para a melhoria dos edifícios face ao seu comportamento ambiental.” LEED Após a formação do U. S. Green Building Council (USGBC – Conselho Americano de Construções Sustentáveis) – em 1993, o conselho identificou a necessidade de focar na mensuração e definição de construções sustentáveis, criou então um comitê composto por diversos profissionais como arquitetos, agentes imobiliários, construtores, advogados, ambientalistas e representantes industriais. Com esta junção de diversos profissionais de diferentes setores, teve como o resultado o primeiro piloto de uma certificação de construção sustentável LEED (Leadership in Energy and Environmental Design) foi lançado em agosto de 1998 com o título LEED Version 1.0, depois ou por diversas modificações e revisões que ao longo dos anos, resultou no LEED 2009. Esta é uma certificação internacional, utilizada em 143 países. Para atender a demanda de diferentes tipos de construções, e tornar o processo de certificação cada vez mais específico e preciso, foram criadas certificações LEED próprias para diversos empreendimentos, e são elas:

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• • • • • • • •

LEED New Construction (LEED Para Novas Construções); LEED Existing Building (LEED Para Prédios Existentes); LEED for Commercial Interiors (LEED Para Interiores Comerciais); LEED Core & Shell (LEED Para Fachadas e Áreas Comuns); LEED Retail (LEED Para Lojas de Varejo); LEED for Schools (LEED Para Escolas); LEED for Neighborhood Development (LEED Para Desenvolvimento De Bairros) e LEED for Healthcare (LEED Para Hospitais).

A certificação LEED possui sete dimensões a serem avaliadas e seus respectivos objetivos a serem atingidos conforme o quadro 1. Quadro 1 - Dimensões avaliadas pelo LEED. Dimensões avaliadas Encoraja estratégias que minimizam o impacto no ecossistema durante a implantação da edificação e Sustainable sites (Espaço Sustentável) aborda questões fundamentais de grandes centros urbanos, como redução do uso do carro e das ilhas de calor. Promove inovações para o uso racional da água, Water efficiency (Eficiência do uso da água) com foco na redução do consumo de água potável e alternativas de tratamento e reuso dos recursos. Promove eficiência energética nas edificações por meio de estratégias simples e inovadoras, como Energy & atmosphere (Energia e Atmosfera) por exemplo simulações energéticas, medições, comissionamento de sistemas e utilização de equipamentos e sistemas eficientes. Encoraja o uso de materiais de baixo impacto ambiental (reciclados, regionais, recicláveis, de Materials & resources (Materiais e Recursos) reuso, etc.) e reduz a geração de resíduos, além de promover o descarte consciente, desviando o volume de resíduos gerados dos aterros sanitários. Promove a qualidade ambiental interna do ar, essencial para ambientes com alta permanência de pessoas, com foco na escolha de materiais com Indoor environmental quality (Qualidade baixa emissão de compostos orgânicos voláteis, ambiental interna) controlabilidade de sistemas, conforto térmico e priorização de espaços com vista externa e luz natural. Incentiva a busca de conhecimento sobre Green Buildings, assim como, a criação de medidas Innovation in design or innovation in operations projetuais não descritas nas categorias do LEED. (Inovação e Processos) Pontos de desempenho exemplar estão habilitados para esta categoria. Incentiva os créditos definidos como prioridade regional para cada país, de acordo com as Regional priority credits (Créditos de Prioridade diferenças ambientais, sociais e econômicas Regional) existentes em cada local. Quatro pontos estão disponíveis para esta categoria. Fonte: adaptado de GBC Brasil – Green Building Council Brasil – Conselho de Construção Sustentável Brasil.

Os certificados LEED podem ser de quatro níveis: certificado, prata, ouro e platina, suas respectivas pontuações estão na tabela 1 abaixo:

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Tabela 1 – Níveis de certificação LEED. Níveis de certificação LEED Certificado Prata Ouro Platina

40 a 49 pontos 50 a 59 pontos 60 a 79 pontos 80 a 110 pontos

Fonte: Adaptado de VALENTE (2009)

Existe no Brasil em torno de 400 empreendimentos certificações pelo LEED segundo informações da própria certificadora no site no Brasil. A certificadora também disponibiliza a quantidade de registros e certificações que existem no país conforme as figuras 1 e 2. De acordo com os dados divulgados no site oficial e contidas nas figuras 1 e 2, há uma grande concentração desta certificação no estado de São Paulo (SP) correspondendo a 58,3% do total de todas as certificações no Brasil.

Figura 1 - Registros e certificações LEED no Brasil Fonte: http://www.gbcbrasil.org.br/?p=empreendimentos-leed

Registros LEED divididos por estados podem ser conferidos na figura 2, e destacam São Paulo como estado com maior número de registros.

Figura 2 - Registros por estados no Brasil Fonte: http://www.gbcbrasil.org.br/?p=empreendimentos-leed

A seguir serão apresentados aspectos sobre a certificação AQUA, objetivando posteriormente realizar a comparação entre ambas. 983

AQUA O Haute Qualité Environnementale (HQE) se baseia nos referenciais de desempenho elaborados pelo Centre Scientifique et Technique du Bâtiment (CSTB) criado em 1947 na França. No Brasil ele também é conhecido como AQUA (Alta Qualidade Ambiental), tendo sido adaptado pelo modelo original do HQE para a versão brasileira em 2007. Foi implantado pela fundação Vanzolini. O AQUA visa a diminuição dos impactos ambientais de um empreendimento de construção. Durante o processo são utilizadas todas as normas brasileiras vigentes, que são citadas no referencial técnico elaborado pela fundação Vanzolini. Caso haja ausência de alguma norma brasileira, podem ser utilizadas normas internacionais. Este sistema de certificação traz como benefícios a qualidade de vida para o usuário, fazendo-o economizar água, energia e contribuição para o desenvolvimento sócio-economicoambiental da região. Inicialmente foi lançado no mercado o referencial para edifícios comerciais e escolas, mas estão programados para breve os outros referenciais. Para a certificação, segundo a Fundação Vanzolini (2007), “os referenciais técnicos brasileiros são estruturados em duas partes onde avalia o empreendimento de maneiras complementares.” A primeira, o Sistema de Gestão do Empreendimento (SGE) que trata da gestão a ser estabelecida pelo empreendedor para assegurar a qualidade ambiental final de sua construção. O referencial do SGE organiza-se em quatro estruturas conforme o quadro 2: Quadro 2 – Etapas do SGE. Etapas

Descrição Do empreendedor e dos envolvidos no processo com perfil Comprometimento de QAE desejado. Implantação e Estrutura, competência, contratos, comunicação, funcionamento planejamento, documentação para todas as etapas da obra. Gestão do Acompanhamento e análise, avaliação da QAE, correções empreendimento e ações corretivas. Aprendizagem Balanço do empreendimento. Fonte: Fundação Vanzolini apud VALENTE (2009).

A segunda é a Qualidade Ambiental do Edifício (QAE), que avalia o desempenho do empreendimento de acordo com suas características técnicas e arquitetônicas ao qual possui três fases: • Programa: o construtor define as futuras necessidades e o perfil de desempenho desejado baseado nas categorias do qae. Ele deve utilizar o sge para a gestão do empreendimento em todas as etapas da obra. • Concepção: se inicia o projeto ainda usando o perfil qae e sge, assim corrigindo eventuais erros encontrados. • Realização: fase durante a qual os projetos são construídos, tendo como resultado final a construção de um empreendimento. Todo o sistema de avaliação QAE com as áreas de avaliação e respectivos parâmetros de avaliação consta no quadro 3:

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Quadro 3 – Sistema de avaliação QAE Áreas de avaliação da sustentabilidade na construção Eco-construção

Gestão

Conforto

Saúde

Parâmetros de avaliação Relação do edifício com a sua envolvente. Escolha integrada de produtos, sistemas e processos construtivos. Obras com baixo impacto ambiental. Gestão de energia Gestão de água Gestão de resíduos de uso e operação do edifício. Manutenção-permanencia do desempenho ambiental. Higrotérmicos Acústico Visual Olfativo Qualidade sanitária dos ambientes Qualidade sanitária do ar Qualidade sanitária da água

Fonte: Adaptado de VALENTE (2009).

O desempenho associado às categorias de QAE se expressa segundo 3 níveis: • Bom: nível correspondendo ao desempenho mínimo aceitável para um empreendimento de alta qualidade ambiental; • Superior: nível correspondendo ao das boas práticas; • Excelente: nível calibrado em função dos desempenhos máximos constatados em empreendimentos de alta qualidade ambiental, mas se assegurando que estes possam ser atingíveis. Para obter a certificação é necessário que sejam obtidos no mínimo quatro itens com classificação de nível médio e três de nível máximo. RESULTADOS E DISCUSSÃO COMPARAÇÃO ENTRE AS CERTIFICAÇÕES Como metodologia foi utilizada a comparação dos aspectos e critério de avaliação de cada certificação. Uma comparação dos pontos principais de cada certificação estão no quadro 4. Quadro 4 – Comparação entre os métodos de avaliação AQUA e LEED Características AQUA LEED Rede global com critérios locais, baseados Modelo norte americano, com Modelo e rede no modelo s representações globais Local sustentável, energia, uso eficiente da Eco-construção, eco-gestão, Categorias avaliadas água, materiais e recursos, qualidade do conforto e saúde ambiente interno e processo de projeto Adequação dos critérios Sim Não do Brasil Núcleo central, fachada, Escritórios, edifícios escolares e edifícios de escritório, Tipologia dos edifícios habitacionais, hotéis comerciais, residenciais, lotes, bairros, hospitais, lojas, escolas Resultado Bom, superior e excelente Certificado, prata, ouro e platina Fonte: Adaptado de VALENTE (2009).

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Sendo o LEED baseado num sistema de pontos implicando no fato de não ser necessário atender a todos os requisitos para se obter pontuação suficiente, um critério pode ir muito bem e o outro muito mal sendo que a média dos dois é suficiente. Já o Processo AQUA é baseado em desempenho sendo necessário atender a todos os requisitos nos níveis determinados para se atingir a certificação, logo o empreendimento tem que apresentar real desempenho. Verifica-se que o sistema LEED de certificação ambiental abrange um número maior de tipos de empreendimentos, se comparado ao AQUA. Outro ponto que é relevante é o fato do LEED ser preparado para a realidade norte americana, o que reflete nos critérios e pesos dado aos temas. Em contrapartida o Processo AQUA é adaptado a realidade brasileira tendo maior possibilidade de garantir o desempenho desejado no Brasil. Outro ponto de discordância é o peso dado aos temas abordados nas avaliações, conforme a figura 3 abaixo:

Figura 3 - Ponderações dos aspectos dos processos LEED e AQUA Fonte: MELHADO, 2009 apud VALENTE

O certificado final do AQUA é valido por um ano não havendo possibilidade de renovação, pois todos os elementos necessários ao bom desempenho já se encontram na edificação. O certificado LEED é concebido na conclusão da obra, via auditoria que verifica se os pré-requisitos e pontuações obtidas na fase de projeto se mantém. Este certificado é o único concebido e é válido por dois anos, podendo ser renovado após reavaliação que levam em consideração a fase de operações. CONCLUSÕES O presente artigo teve como principal objetivo apresentar as semelhanças e divergências destes dois modelos de certificações sustentáveis, de forma que facilite a escolha entre um deles. Estas certificações agregam um grande valor de mercado aos empreendimentos, não somente valor financeiro, mas também um incentivo à uma nova forma de compra, onde pode-se escolher por uma construção que vai colaborar com o meio ambiente. Percebe-se o papel importante destas certificações para a manutenção de um desenvolvimento sustentável dentro da construção civil. Opções de certificações não faltam e a todo momento novas versões e certificações surgem para suprir as necessidades deste setor tão importante e promissor para o desenvolvimento do país. Antes de escolher a certificação a que o empreendimento irá se submeter, alguns fatores importantes devem ser levados em conta como o padrão da construção, o objetivo que se 986

pretende alcançar com a certificação, os clientes a que se destina, o mercado em que pertence entre outros fatores. No caso das certificações aqui estudadas, avaliar também quão adaptável às condições ambientais o modelo de certificação é, pode ser um fator decisivo na escolha, outro fator de peso também é a credibilidade e reconhecimento da certificação escolhida. REFERÊNCIAS AULICINO, P. Análise de métodos de avaliação de sustentabilidade do ambiente construído: o caso dos conjuntos habitacionais. São Paulo, 2008. Disponível em o em 28/07/2013. DEEKE, V.; JUNIOR, E. F. C.; SILVA, M. C. Edificações Sustentáveis em Instituições de Ensino Superior. Paraná. Disponível em: o em 15/06/2013. KELLER, M. BURKE, B. Fundamentos de projeto de edificações sustentáveis. Porto Alegre: Bookman, 2010. LEED – USGBC. LEED 2009 for Core & Shell Development Rating System. 2011 LUCAS, V. S. Construção Sustentável – Sistema De Avaliação E Certificação. Lisboa, 2011. Disponível em < http://run.unl.pt/handle/10362/5613> o em 20/06/2013. MARQUES, N. R. Avaliação sustentável de um edifício educacional em Viçosa-MG: uma experiência no uso do método LEED para edificações existentes. Revista Tecnológica Edição Especial ENTECA 2009. Disponível em: o em 24/06/2013. OLIVEIRA, M. L.; SILVEIRA, C. B.; QUELHAS, O. L. G.; LAMEIRA, V. J. Análise da Aplicação da Certificação AQUA em Construções Civis no Brasil. Disponível em: o em 20/06/2013. SANTO, H. M. I. E. Procedimentos para uma certificação da construção sustentável. Monte de Caparica, 2010. Disponível em o em 15/06/2013. UNITED NATIONS. Report of the World Commission on Environment and Development: Our Common Future, 1987. VALENTE, J. P. Certificações na construção civil: comparativo entre LEED e HQE. Rio de Janeiro, 2009. Disponível em: o em 17/06/2013.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

INFLUÊNCIA DA QUALIDADE DO AR NO INTERIOR DE GALPÕES AVÍCOLAS NA SAÙDE DOS TRABALHADORES TAMARA DAIANE DE SOUZA1, LUCIANO JOSÉ MINETTE2, MUCIO ANDRE DOS SANTOS ALVES MENDES3 1 Doutoranda em Engenharia Agrícola e Pós-graduanda em Engenharia de Segurança do Trabalho, Universidade Federal de Viçosa, (31) 8556 3774, [email protected] 2 Professor Associado I, Universidade Federal de Viçosa 3 Doutorando em Engenharia Agrícola, Universidade Federal de Viçosa

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Nas ultimas décadas tem-se observado expressivo crescimento da atividade agropecuária no agronegócio brasileiro. Tal fato tem desencadeado especial atenção no que tange à saúde e segurança dos trabalhadores envolvidos neste ramo. Neste contexto destaca-se a avicultura de corte, a qual está inserida em um mercado extremamente exigente e competitivo, estabelecendo um processo contínuo de transformação e aprimoramento. Foco de pesquisas nas áreas de saúde e segurança ocupacional, os riscos químicos originados pela má qualidade do ar interno das instalações é recorrente nos diferentes tipos de galpões. Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivo avaliar os riscos químicos relacionados á concentração dos poluentes nas instalações avícolas típicas do Brasil. O estudo foi realizado por meio de levantamento de dados com base em pesquisa bibliográfica de trabalhos científicos publicados, normas regulamentadoras nacionais e internacionais. O levantamento bibliográfico indicou que a qualidade do ar no interior de galpões avícolas de frango de corte possui elevado potencial danoso à saúde dos trabalhadores, principalmente com relação aos níveis de amônia e poeira. Assim, evidencia-se a necessidade de medidas com relação ao manejo do galpão de criação das aves, para que a qualidade do ar nestes ambientes se torne compatível a com a segurança, saúde e meio ambiente do trabalho. PALAVRAS–CHAVE: Amônia; Frangos; Segurança do Trabalho.

INFLUENCE OF AIR QUALITY INSIDE POULTRY'S SHED ON HEALTH WORKERS ABSTRACT: In the last few decades has seen significant growth in agricultural activities in Brazilian agribusiness. This has triggered special attention with regard to the health and safety of workers engaged in this branch. In this context there is the poultry industry, which is embedded in a highly demanding and competitive market, establishing a continuous process of change and improvement. Focus of research in occupational health and safety areas, chemical risks originated by poor indoor air quality of the facilities is recurrent in the different types of sheds. In this context, this paper aims to assess the risks related chemicals will pollutant concentration in poultry houses typical of Brazil. The study was conducted by surveying data based literature search of published scientific papers, national and international regulatory standards. The literature indicated that the air quality inside broiler has high potential harmful to workers' health, particularly with respect to the levels of ammonia and dust. Thus, it is evident the need for measures related to the management of the poultry house of birds, so that the air quality in these environments becomes compatible with the safety, health and working environment. KEYWORDS: Ammonia, Chickens, Workplace Safety.

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INTRODUÇÃO A avicultura brasileira vem ganhando espaço no mercado consumidor interno e externo, pois é uma das atividades que tem apresentado um avanço substancial tecnológico, principalmente a de corte, atingindo elevados níveis de produtividade que contribuem para o fornecimento de proteína animal de baixo custo (Kunh, 2010). A avicultura de corte brasileira é basicamente fundamentada no sistema de integração, em que uma empresa coordena todo o processo produtivo, fornecendo o pintainho e todos os insumos utilizados na produção e assistência técnica. Por outro lado, o produtor rural integrado é responsável pelo fornecimento dos demais insumos necessários à condução da atividade avícola, como a mão-de-obra, o material base da cama de frango, as instalações, a energia elétrica, aquecimento e ventilação. As empresas assumiram, neste contexto, a função de beneficiar e comercializar em grande escala produtos que em geral continuaram sendo produzidos pelos pequenos proprietários rurais ( Scalco.e Zen, 2010). As empresas integradoras, em sua maioria, possuem em suas unidades infraestrutura e uma politica capaz de promover um ambiente salutar aos trabalhadores, de forma a combater e evitar as doenças relacionadas a esforços repetitivos, a temperaturas extremas, qualidade do ar, entre outros. Em contrapartida, na criação dos frangos no meio rural não têm sido monitoradas e otimizadas as condições de higiene e segurança do trabalho (Zanatta, 2007). O ambiente interno onde os frangos e os trabalhadores estão inseridos é composto por fatores físicos, químicos e biológicos, que incluem o ambiente aéreo, luz e componentes construtivos (Menegali et al., 2008). As instalações avícolas brasileiras possuem normalmente, baixo isolamento térmico, principalmente na cobertura, e a ventilação natural ainda é o meio mais utilizado pelos avicultores, fazendo com que as condições ambientais internas se mantenham altamente sensíveis às variações diárias na temperatura externa, e consequentemente resultando na ocorrência de altas amplitudes térmicas diárias (Tinôco, 2001; Carvalho, 2009). Adicionalmente, problemas relacionados com poeira, gases e sobrecarga de peso de várias atividades, expõem os trabalhadores a condições insalubres de trabalho no interior da granja. Nesse contexto, verifica-se a necessidade de realizar estudos que tenham como foco estudar as condições de trabalho a que os trabalhadores avícolas estão expostos durante o desempenho de suas tarefas. Assim, o presente estudo objetivou avaliar os aspectos relacionados à qualidade do ar no interior das instalações avícolas típicas do Brasil bem como os aspectos relacionados melhoria destes ambientes com embasamento em normas técnicas nacionais e internacionais. MATERIAL E MÉTODOS O estudo foi desenvolvido na Universidade Federal de Viçosa – UFV em Vicosa-MG por meio de revisão bibliográfica. Buscou-se dados na literatura de pesquisas que avaliaram galpões avícolas de frango de corte, no que se refere à qualidade do ar para os trabalhadores no interior dos mesmos. Analisou-se também o que as normas regulamentadoras do Ministério do Trabalho e Emprego e diretivas nacionais e internacionais inferem sobre o assunto bem como as medidas mitigadoras aplicáveis à realidade da produção de aves no Brasil. RESULTADOS E DISCUSSÃO Instalações Avícolas e atividades exercidas

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De acordo com Albino (1998), a escolha das edificações para criação de frangos é um desafio complexo que inicia com o conhecimento detalhado do clima da região e termina com o estudo da viabilidade econômica do modelo proposto. Observa-se que o microambiente térmico onde as aves e os trabalhadores estão inseridos é composto por quatro fatores principais: temperatura, velocidade e umidade do ar, e carga térmica radiante (Carvalho, 2009). Geralmente, os aviários apresentam uma grande porta de entrada em uma extremidade e, lateralmente, existe uma meia parede de tijolos, que é complementada até o teto por um aramado. Esse aramado possui, na face externa, uma cortina de plástico removível, conforme a necessidade dos animais por mais ou menos calor, sendo ainda pouco considerados fatores de conforto humano neste manejo. Os equipamentos básicos existentes nos aviários são os bebedouros e comedouros (automáticos ou manuais), ventiladores, nebulizadores, aquecimento, os quais podem ser a gás ou a lenha (Zanatta, 2007). Outro elemento de extrema relevância em galpões avícolas é a cama de frango. Via de regra, o piso cimentado do galpão é recoberto por um material utilizado com a finalidade de absorver a umidade do galpão, diluir a matéria fecal e isolar as aves do contato direto com o piso, atuando como um colchão protetor. O material utilizado para cama de aviários é variado, sendo os principais: raspas ou serragem de pinho ou eucalipto, além de outros tipos variados de madeira bem como cascas de arroz, amendoim, café, bagaço de cana, entre outros. O mau manejo da cama pode dar origem ao empastamento, principalmente em galpões em que há nebulização. Segundo Brandão (1995) citado por Zanatta (2007) o empastamento da cama aumenta a umidade relativa do ambiente e favorece a decomposição microbiana do ácido úrico, ambos prejudiciais à produção avícola e à saúde do trabalhador. Deste modo, a cama de frango inadequada apresenta elevado risco para qualidade do ar no interior dos galpões, estimulando a proliferação de organismos patogênicos, tais como ácaros, esporos e conídios de fungos patogênicos e micotoxina, bem como gases nocivos à saúde humana, como amônia e dióxido de carbono (Zanatta, 2007). O trabalhador de aviário tem uma rotina de tarefas variadas, não permanecendo no ambiente do aviário durante toda a jornada de trabalho. Fernandes e Furlaneto (2004) destacam as principais atividades exercidas em um galpão de frango de corte, sendo elas: limpeza e abastecimento de comedouros; limpeza do aviário, o que inclui a retirada da cama do aviário ao final do ciclo produtivo; revolvimento da cama do aviário, a qual usualmente é realizada uma vez por semana; fumigação; retirada diária de aves mortas e doentes; carregamento de aves; vacinação das aves. Vale ressaltar que tais atividades podem variar de acordo o grau de mecanização do aviário. Deste modo, pode-se inferir que às condições do aviário podem influenciar expressivamente a saúde dos trabalhares que ali exercem suas funções, sendo a qualidade do ar um parâmetro de grande relevância. Qualidade do ar no interior de galpões de frango de corte O ar no interior dos galpões avícolas de frango de corte apresentam contaminantes diversos. Esses locais contêm amônia (proveniente do metabolismo animal), monóxido e dióxido de carbono (proveniente do aquecimento a gás), ácido sulfídrico (proveniente do esterco líquido), metano (oriundo da decomposição anaeróbia das excretas) e poeiras orgânicas que permanecem no ar como bioaerossóis, contendo excrementos de aves, penas e caspa, insetos, ácaros e partes deles, além de micro-organismos como bactérias, vírus e fungos e toxinas. Segundo Menegali et al. (2008) a poluição do ar depende fortemente da densidade, idade e atividade dos animais, assim como qualidade e manejo de cama. A

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composição da ração e a taxa de ventilação são outros fatores que interagem com os demais afetando a qualidade do ar. Muitos gases, vapores e poeira são absorvidos pelo muco, olhos e trato respiratório dos trabalhadores. Os principais contaminantes no contexto da saúde e segurança do trabalhador serão detalhados a seguir. Amônia A amônia esta dentre os principais gases encontrados no interior dos galpões de criação de animais, principalmente devido às altas concentrações relativas. É um gás tóxico, incolor, mais leve que o ar e solúvel em água. A amônia é formada a partir da decomposição microbiana do ácido úrico eliminado pelos animais e possui odor forte, sendo irritante às mucosas. Existem diversos fatores que alteram a quantidade de amônia presente no ar interno dos galpões para produção intensiva de aves e a volatilização deste gás está relacionada aos níveis de umidade do ambiente, temperatura e velocidade do ar (Amaral, 2007). Em experimento realizado por Weaver (1991) citado por Amaral (2007), foram comparadas diferentes umidades relativas e circulação interna do ar e observou que, com o incremento da umidade relativa do ar ambiente, ocorreu um incremento proporcional nos níveis de amônia mensurados nestes ambientes. A reutilização da cama na produção de frangos de corte é uma prática adotada para diminuir custos com a aquisição de camas novas e aumentar a quantidade de nutrientes presentes na cama, para posterior utilização como biofertilizante na agricultura. Também é uma forma de estabilizar ou diminuir o impacto ambiental, ao reduzir a quantidade de camas por ave produzida. No entanto, essa reutilização pode levar a altos níveis de amônia no interior dos galpões, de 60 a 100 ppm, um valor considerado acima do recomendado, que deve ser inferior a 20 ppm (Amaral, 2007). Adicionalmente, o aumento da densidade de alojamento de animais em um ambiente de criação intensiva promove incremento no teor de umidade da cama ou do piso, como consequência da maior quantidade de dejeções depositada. Como o teor de umidade da cama ou dos dejetos tem uma relação direta com a quantidade de amônia liberada, pode-se concluir que, aumentando-se a densidade de alojamento, aumenta-se a volatilização da amônia (Amaral, 2007). O Ministério do Trabalho, por meio da norma regulamentadora NR 15 (2011), descreve que um ambiente pode ser considerado de insalubridade média, quando a concentração de amônia está acima de 20 ppm, sendo o tempo de exposição contínua do indivíduo a esse ambiente de 48 horas semanais. No entanto, uma exposição à concentração de 10 ppm, já causa incômodos aos trabalhadores e deve ser monitorado continuamente A CIGR (American Conference of Governmental Industrial Hygienists) (1989) recomenda valores máximos de 10 ppm para as aves criadas em ambientes completamente fechados e, de 25 ppm, para os tratadores expostos a 8 horas de trabalho contínuo, dentro da granja fechada, com sistema de ventilação totalmente artificial (laterais totalmente fechadas e limitação de renovação de ar interno), sistema utilizado nos países produtores da Europa, Estados Unidos e Canadá (Carvalho, 2009). Dióxido de carbono O dióxido de carbono, por sua vez, possui efeitos metabólicos e respiratórios secundários, e é formado a depender do material combustível utilizado para fornecimento de calor. A presença significativa deste gás reduz o conteúdo de oxigênio necessário para 991

respiração humana. Sua concentração pode ser incrementada no interior da instalação em ambientes mal ventilados, sendo um gás de difícil controle por estar relacionado principalmente com a função respiratória e indiretamente com a queima de combustíveis nos sistemas de aquecimento (Tinôco & Gates, 2005). Para instalações avícolas, Wathes (1999) citado por Menegali (2009) recomenda o limite de 3000 ppm para CO2 levando-se em consideração apenas o conforto animal. Já a norma regulamentador No 15 do Ministério do trabalho e emprego estabelece um nível de 3900 ppm para se considerar uma atividade insalubre de grau mínimo. De acordo com Lima et al. (2004), os índices de concentração de CO2 em instalações abertas de criatórios de aves já são da ordem de 50 a 900 ppm, variando conforme o uso de ventilação. Assim, não se observa-se, no geral, níveis insalubres nos galpões avícolas brasileiros com relação a CO2. Monóxido de carbono A produção de monóxido de carbono (CO) em galpões de frango de corte pode ser oriundo da combustão incompleta da lenha ou do carvão, dentro dos galpões principalmente na época fria, nas primeiras semanas de criação. Entretanto o tipo de aquecimento mais utilizado no país é de campânulas a gás GLP, sendo que a quantidade de CO no ar, dentro dos galpões fechados, à noite ou sob baixa ventilação, chega no máximo a ser da ordem de 10 ppm. A Norma Brasileira (NR 15) considera condição de insalubridade máxima, quando contém o limite máximo de 39 ppm, sendo o tempo de exposição do indivíduo a esse ambiente de 48 horas semanais. Vigoderis (2006) verificou, por meio de avaliação dos dias críticos em instalações de frango de corte, em um dia específico incidência de concentração de monóxido de carbono em torno de 95 ppm, em razão da má combustão de lenha no processo de aquecimento. Deste modo, faz-se necessário o monitoramento continuo deste gás e a inserção de medidas para evitar seu acumulo no interior dos ambiente, uma vez que concentrações acima de 400 ppm podem levar à morte por asfixia, mesmo para exposições de curtos períodos. Poeira e outros componentes em suspensão O ar no interior de galpões de frango de corte pode conter pó de madeira em suspensão, penas, resíduos de grãos e ração, microrganismos, pequenos insetos e ácaros, piolhos entre outros. A existência dessa poeira em suspensão deve-se principalmente à viragem da cama do aviário, atividade recomendada para aerar, aumentar a superfície de secagem e evitar aumento de temperatura do local, que, dependendo da fase de crescimento dos animais, é realizada até diariamente. Estudo detalhado realizado nos países escandinavos, citado no trabalho de Nääs et al. (2007), com o objetivo de avaliar a composição da poeira, em galpões de frangos de corte em toda a fase criatória, com densidade média de 30-32 kg m-2, determinou as seguintes concentrações médias de particulados no ambiente aéreo: matéria-seca 911,0 ± 4,4 g kg-1; cinzas 97,4 ±16,1 g kg-1; nitrogênio 169,0 ± 2,3 g kg-1; fósforo 6,44 ± 0,29 g kg-1; potássio 40,3 ± 1,4 g kg-1; cloro 4,19 ±0,44 g kg-1 e sódio 3,23 ± 0,34 g kg-1. A análise microscópica revelou que as amostras eram compostas, principalmente, de fragmentos de penas (> 10%) e cristais (> 10%, sendo provavelmente cristais de urato), e secundariamente por ração (< 1%) e microrganismos e bolores (< 1%), não sendo encontrados fragmentos de excrementos nas amostras. A análise do tamanho das partículas revelou que os tamanhos de partículas mais frequentes se encontravam nas faixas maiores que 9 µm (61,4%) e entre 5,8 - 9,0 µm (21,0%), e as demais faixas até 0,43 µm, representando 17,6% das contagens efetuadas. Constata-se que a concentração de poeira nos aviários apresenta-se como parâmetro de 992

extrema importância para saúde dos trabalhadores, sendo valores médios observados 3,83 a 10,4 mg m-3 para poeiras inaláveis e de 0,42 a 1,14 mg m-3 para poeiras respiráveis (Nääs, 2007). Ainda não existem normas nacionais que fixam limites de exposição para esse tipo de poeiras, mas adotou-se a orientações da ACGIH (American Conference of Governmental Industrial Hygienists) como guias. Outro elemento que, apesar de ser encontrado em menores concentrações, pode causar sérios danos à saúde humana é o gás sulfídrico. É detectado na concentração de 0,01 ppm ou mais, e entre 50–200 ppm pode acarretar sintomas, tais como a perda de apetite, fotofobia, vômitos e diarreias. A norma regulamentador No 15 do Ministério do trabalho e emprego estabelece um nível de 8 ppm para se considerar uma atividade insalubre de grau máximo. Riscos aos trabalhadores Altas concentrações de poluentes aéreos nas instalações de produção animal são fatores de elevada importância, devido às evidências epidemiológicas referentes à saúde dos tratadores pela exposição diária aos diversos contaminantes (Menegali, 2009). A inflamação por via aérea causada por mecanismos não alergênicos tem sido bem documentada na literatura como o maior problema de saúde respiratória de pessoas trabalhando em instalações de confinamento animal com pesada exposição à poeira, como é o caso da criação de frangos de corte (Alencar et al., 2004). Resultados mostraram que os trabalhadores que trabalham há mais de quatro anos e dentro de mais de uma instalação animal, excedendo mais de 5 horas por dia de trabalho apresentaram elevados riscos à saúde pulmonar. Isto indica que as atividades em galpões avícolas podem induzir a reações respiratórias alérgicas nos trabalhadores (Alencar et al., 2004). Os compostos de amônia, gases como os derivados do nitrogênio, enxofre, oxigênio, dependendo da concentração e tempo de exposição, além de provocarem lesões nas vias aéreas superiores podem determinar alterações respiratórias bronquioloalveolares (Bagatin & Costa, 2006). O monóxido de carbono causa insuficiência respiratória devido a sua extrema afinidade com a hemoglobina, que transporta oxigênio para o resto do corpo (Menegali, 2009). Em humanos, o gás CO reduz a absorção de oxigênio, causando dores de cabeça, tontura, náusea e perda de apetite. E em grandes quantidades causam asfixia. As partes do corpo que mais necessitam de oxigênio, tais como cérebro e o coração, são as mais profundamente afetadas. Além destes problemas, mais grave ainda é a lesão das vias aéreas, a partir da inalação de gases tóxicos, que pode resultar em complicação em longo prazo, como síndrome de disfunção das vias aéreas, e limitação crônica ao fluxo aéreo (Menegali, 2009). Faria et al. (2006) em estudo com os agricultores de diversos tipos de estabelecimentos rurais, observaram que aqueles que tinham aviários destacaram-se pelo aumento de sintomas de doença respiratória crônica. Segundo Tinôco & Gates (2005), as pesquisas ainda são incipientes com relação a este tema no Brasil, o que implica em escassa informação sobre a quantificação e a identificação dos poluentes aéreos em galpões avícolas e portanto, pouco poder de intervenção no que tange a promoção de um ambiente seguro ao trabalhador. Medidas mitigadoras Diante do exposto, observa-se elevado potencial de adoecimento dos trabalhadores de galpões avícolas. Assim, faz-se necessário a adoção de medidas que possam mitigar tal quadro, promovendo um ambiente mais seguro possível do ponto de vista da saúde e segurança ocupacional. 993

A primeira medida é determinar a emissão de gases poluentes e particuladados nos aviários e tentar adequar a qualidade do ar por meio da ventilação para permitir a melhora do seu ambiente interno (Calvet et al., 2010). A ventilação mínima pode ser definida como a quantidade de ar por unidade de tempo, necessária para manter a qualidade do ar e atender à demanda de oxigênio, visar o bem‑estar e saúde, tanto das aves quanto dos trabalhadores, sem prejudicar a temperatura e sensação térmica das aves. Entretanto, nem sempre garantir o bem estar humano e animal será possível conjuntamente. Nestes casos, o uso dos equipamentos de proteção individual serão uma alternativa em potencial. Adicionalmente, outras medidas devem ser avaliadas para cada situação, tais como limitação do tempo de exposição; educação e treinamento dos colaboradores; práticas de trabalho adequadas, principalmente no revolvimento das camas e vigilância à saúde através de exames médicos periódicos. CONCLUSÕES O levantamento bibliográfico indicou que a qualidade do ar no interior de galpões avícolas de frango de corte possui elevado potencial danoso à saúde dos trabalhadores, principalmente com relação aos níveis de amônia e poeira. Deste modo, há notória necessidade de medidas com relação ao manejo do galpão de criação das aves, para que a qualidade do ar nestes ambientes se torne compatível com a segurança, saúde e meio ambiente do trabalho. REFERÊNCIAS ALBINO, L. F. T. Frango de corte: Manual prático de manejo e produção. Viçosa, Minas Gerais. Ed. Aprenda Fácil. 72p., 1998. ALENCAR, M.C.B.; NÄÄS, I.A.; GONTIJO, L.A. Respiratory risks in broiler production workers. Revista Brasileira de Ciência Avícola, vol.6, nº.1, p.23-29, 2004. AMARAL, M. F. P. Avaliação de sistema para monitoramento de gás amônia em galpões avícolas com ventilação negativa. Dissertação (Mestrado em Engenharia Agrícola). Universidade Federal de Viçosa. Viçosa, Minas Gerais. 62p., 2007. BAGATIN, E.; COSTA, E.A. Doenças das vias aéreas superiores. Jornal Brasileiro Pneumologia. 2006;32(Supl 2):S35-S44. 2006. BRASIL. Ministério do Trabalho e Emprego. Portaria 3.214 de Jul. 1978. Normas regulamentadoras de segurança e saúde no trabalho - NR-15: Atividades e Operações Insalubres. Brasília, 1978. Disponível em: http://www.mte.gov.br o em: 08 Ago 2013. CALVET, S.; CAMBRA‑LOPEZ, M.; BLANES‑VIDAL, V.; ESTELLÉS, F.; TORRES, A.G. Ventilation rates in mechanically‑ventilated commercial poultry buildings in Southern Europe: measurement system development and uncertainty analysis. Biosystems Engineering, v.30, p.423‑432, 2010. CARVALHO, C. C. S. Avaliação ergonômica em operações do sistema produtivo de carne de frango. Tese (Doutorado em Engenharia Agrícola). Universidade Federal de Viçosa. Viçosa, Minas Gerais. 163p., 2009. CIGR - International Commission of Agricultural Engineering, Climatization of animal houses. Aberdeen: Scottish Farm Buildings Investigation Unit, 1989 (2nd Report of Working Group). FERNANDES, Francisco Cortes; FURLANETO, Antônio. Riscos Biológicos em Aviários. In: Rev. Bras. Med. Trab., Belo Horizonte , Vol. 2 , n. 2, p. 140-152, 2004.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

O USO DA GESTÃO DO CONHECIMENTO E DA TECNOLOGIA DA INFORMAÇÃO NA MELHORIA DO PROCESSO PRODUTIVO DE UMA INDÚSTRIA AUTOMOBILÍSTICA ELAINE ALOISIO 1, KELLY ALONSO2 1 2

Engenheiro de Produção, Universidade Federal Fluminense, [email protected] Professor Doutor – Departamento de Engenharia de Produção, Universidade Federal Fluminense, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Este artigo apresenta soluções estruturadas na gestão do conhecimento e nos sistemas de informação de uma empresa automobilística, que promovem melhorias de produtividade, reduções de complexidade e custos. Utilizou-se uma abordagem de análises quantitativa e qualitativa dos dados, obtidos através de levantamento estatístico e de aplicação de questionários. Os resultados sugerem práticas e melhorias gerenciais para alcançar a eficácia organizacional e diferenciais competitivos. Através da correta utilização de informação e do conhecimento, muitas empresas conseguem inovar seus produtos e serviços, atendendo uma demanda atual cada vez mais exigente. Esse estudo analisa os fluxos do conhecimento e as falhas nos seus processos. Também identifica os obstáculos para a tecnologia de informação propondo melhorias compatíveis com a cultura organizacional da companhia. Destaca-se a implementação de tecnologias de informação pela busca da inovação através da interação dos colaboradores corporativos. PALAVRAS–CHAVE: Sistemas de Informação, Gestão do Conhecimento, Indústria Automobilística.

USE OF KNOWLEDGE MANAGEMENT AND INFORMATION SYSTEMS IN THE IMPROVEMENT OF PRODUCTION PROCESSES AND INNOVATION OF AN AUTOMOTIVE INDUSTRY ABSTRACT: This paper presents structured solutions in knowledge management and information systems of an automobile company, which promote productivity improvements, reduced complexity and costs. We used an approach of quantitative and qualitative analysis of the data obtained through statistical and questionnaires. The results suggest improvements and management practices to achieve organizational effectiveness and competitive advantages. Through the proper use of information and knowledge, many companies can innovate their products and services, meeting current demand increasingly demanding. This study analyzes the flows of knowledge and the flaws in their processes. It also identifies the obstacles to information technology proposing improvements compatible with the organizational culture of the company. Highlights the implementation of information technologies by seeking innovation through the interaction of corporate employees. KEYWORDS: Information Systems, Knowledge Management, Improving Competitiveness; Automobile Industry.

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INTRODUÇÃO Nos últimos anos, o mundo corporativo vive um tempo de novos conhecimentos e descobertas, assim como o rápido desenvolvimento da tecnologia da informação (TI) facilitando a comunicação entre colaboradores e organizações. Atualmente, a vantagem competitiva está mais relacionada com a aplicação do conhecimento do que com o mercado (BOSE, 2004; NEUMANN; TOMÉ, 2011; XAVIER et al., 2012). Para que as empresas garantam o seu lugar nesse mercado cada vez mais competitivo, elas devem possuir uma gestão estratégica fundamentada no conhecimento e nos sistemas de informação com as suas respectivas ferramentas. O movimento do conhecimento propõe colocá-lo no balanço organizacional na forma de ativos intangíveis que representam o capital intelectual nas organizações (TSENG, 2008; VAHEDI e IRANI, 2011). Tais fatores incluem: a competência dos funcionários, a estrutura interna das organizações, dado por suas patentes, os seus próprios modelos, conceitos e processos, seu sistema istrativo e infra-estrutura de TI (TSENG, 2008). A área de Sistemas de Informação contribui com investigações sobre gestão do conhecimento (XAVIER et al, 20012). Nos últimos anos, o uso da tecnologia de informação (TI) vem permitindo às empresas grandes melhorias e reduções de custo cada vez mais significativas nas estratégias dos negócios. A TI como infraestrutura na busca pelo conhecimento organizacional é uma ferramenta fundamental para as empresas alcançarem a vantagem competitiva e a inovação organizacional (YANG et al, 2012). Para atender aos desafios atuais, as empresas são obrigadas a se tornarem mais inovadoras e introduzir novas idéias (ALHAWARI et al., 2012). Estimular a criatividade das pessoas envolvidas, de todos os níveis hierárquicos e funções alinhados às tecnologias de informação é considerado o diferencial para o sucesso competitivo. Os sistemas de TI permitem às empresas integrar as informações operacionais, transacional e financeira (ALHAWARI et al., 2012). O presente artigo tem como objetivo o melhoramento da gestão do conhecimento e de um sistema de informação aplicado no processo produtivo de uma fábrica automobilística, promovendo inovações, racionalizações e aumento de competitividade. Esse estudo também investiga os obstáculos deste processo, as causas das falhas de entrada, processamento e saída dos dados do sistema utilizado, propondo soluções para os processos de negócio e a inovação. MATERIAL E MÉTODOS Sistemas de informação Um sistema de informação coleta, processa, armazena, analisa e dissemina informações para uma finalidade específica (O’BRIEN, 2004; TURBAN et al., 2005). Os sistemas de informação são capazes de minimizar os riscos de transação e evitar a perda (KANGPOL, 2006). Favaretto (2007) destaca a importância de alinhamento do sistema de informação com a estratégia da empresa, estruturado na Tecnologia da Informação para a contribuição na vantagem competitiva. A tecnologia de informação (TI) envolve aspectos técnicos e organizacionais (recursos humanos, negócios e metas) num ambiente corporativo (TURBAN et al., 2005). istrá-los de forma certa e coerente, tornam-se fatores críticos e determinantes para o seu sucesso ou o fracasso.

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Gestão do conhecimento A gestão do conhecimento é um campo de investigação emergente e valorizado nos tempos atuais (ZEIDE e LIEBOWITZ, 2012). Para NONAKA E TAKEUCHI (2008) as organizações recebem conhecimentos e informações do ambiente externo e interno, se ajustam, gerando novos conhecimentos e informações. A aprendizagem é fator determinante para o sucesso organizacional, pois deixa de lado conceitos e atitudes obsoletas, explorando novas oportunidades através do aprendizado individual e em equipe (ALHAWARI et al, 2012). A gestão do conhecimento a, obrigatoriamente, pela visão e coordenação sistêmica de todas as práticas voltadas à criação e também são partes do mesmo processo (PEREIRA, 2002). Desta forma, a utilização dos fundamentos do conhecimento, assim como a busca dos modos de conversão, no alinhamento estratégico é um recurso que gera resultados. De acordo com Pires et al (2013), a aplicação da gestão do conhecimento em ambientes corporativos deve nortear por alguns os importantes. Esses pontos deverão ser eleitos por meio da avaliação de sua importância para a organização considerando, inclusive, o retorno que esses processos trazem para o desenvolvimento do trabalho na organização (BRENE et al, 2013). Conforme Silva (2002), em muitos casos, é preciso modificar os processos da empresa para poder acrescentar valor por meio de uma melhor istração do conhecimento. A identificação do ambiente através da investigação dos processos fornece as informações necessárias para uma análise sistêmica do conhecimento. Cândido e Araújo (2003) afirmam que o mapeamento do conhecimento proposto contribuirá para organizar todo o fluxo de informações, troca de experiências, compartilhamento de informações e disseminação do conhecimento, obtendo respaldo para dar e na resolução dos diversos tipos de problemas. Essa ferramenta permitirá o registro dos sistemas e características pertinentes a cada processo informacional para estruturar e identificar os fluxos do conhecimento. Brene et al (2013) afirmam que o reconhecimento do ambiente através do mapeamento dos fluxos permite organizar todos os processos já existentes, dando ênfase aos que funcionam, reestruturando aqueles que podem ser melhorados e propondo novos modelos. Melhoria contínua no processo automobilístico O processo de melhoria contínua em um setor tão competitivo como o automobilístico é fundamental para que as empresas sejam competitivas e que consigam uma vez já adquirida, manter seu desempenho. Nesse sentido, o processo de inovação é movido por meio da conversão de conhecimento entre os colaboradores da organização para novos produtos, serviços ou sistemas. Melhorar o desempenho de uma indústria é o desafio dos gerentes de produção que necessitam de informações para analisar e ter condições de propor mudanças, alterar processos, redistribuir mão-de-obra, visando obter ganhos de produtividade, reduzindo custos e atingindo a qualidade esperada pelos seus clientes (BRAGA et al., 2008). O conceito de melhoria contínua está intimamente ligado à reformulação de processos, produtos, atividades istrativas, impactando na qualidade de seus serviços, agilidade e reduções de custos e investimentos destinados a ele. Estudo de caso Este trabalho estudou uma companhia do ramo automobilístico, de grande porte, voltada para a fabricação de caminhões e ônibus que possui instalações em vários estados brasileiros. As informações pesquisadas são originadas de duas instalações dessa companhia. Por solicitação da direção da mesma, a fim de se preservar suas informações e sua visão estratégica, não se podem citar suas identificações, e por isso este estudo irá adotar os nomes 998

fictícios de empresa Alfa e empresa empresa Beta. As melhorias sugeridas são destinadas a empresa Alfa, pois houve total o as instalações da mesma. A metodologia utilizada nesse estudo foi através do levantamento e apresentação de dados estatísticos; mapeamento e análise da gestão do conhecimento imento com aplicação de questionários entre os colaboradores das empresas. Para aumentar a competitividade da companhia frente às oportunidades do mercado automobilístico, a empresa Alfa, dentre as estratégias de desenvolvimento existentes, implementou o Programa rograma de Melhoria de Competitividade. O programa foi elaborado e planejado pela equipe de RH e TI há 15 anos na fábrica de carros Beta localizada na cidade de Anchieta, no estado de São Paulo. Em 2002, o programa se estendeu para a fábrica Alfa de caminhões ões e ônibus. Esse programa visa estimular a criatividade e participação dos empregados e colaboradores na busca de soluções que promovam a racionalização, produtividade, redução de custos e acidentes, contribuindo para a competitividade da empresa. O protocolo ocolo e os manuais de utilização estão disponíveis para todos os funcionários na página principal da intranet. Os Programas de incentivo a melhorias são iniciativas positivas e significativas. Os colaboradores quando são ouvidos e podem compartilhar suas opiniões, opiniões, se sentem valorizados e trabalham com maior motivação. A figura 1 mostra o resultado obtido do programa no que se refere às reduções de custos, desde sua implementação até o ano de 2011. Através dos dados obtidos, nota-se se que as idéias exploradas dentro da organização permitem o seu desenvolvimento, reduzindo cada vez mais seus custos (saving) e por conseqüência os riscos.

Figura 1 – Faturamento do programa. Fonte: RH da Empresa Alfa (2011). O processo do Programa de Melhoria de Competitividade inicia-se se com o cadastro da idéia pelo autor via intranet ou pela internet, através de um formulário eletrônico para coletar informação. As propostas de melhoria são divididas em três tipos: Produto: alterações nos componentes de veículos, caminhões e ônibus; ôni istrativa: aplicadas principalmente em Recursos Humanos, Finanças, Vendas & Marketing e Suprimentos; Processo: propõe melhorias em áreas produtivas como Armação, Estamparia, Pintura, Montagem, entre outros. Existe uma diferenciação das idéias aprovadas, aprovadas, em mensuráveis e não-mensuráveis. não São consideradas idéias não-mensuráveis mensuráveis aquelas propostas inovadoras aplicáveis e, portanto, poderão ser implantadas, porém não podem ter retorno financeiro calculado. Já as idéias consideradas mensuráveis trazem um um retorno financeiro calculável para a empresa Alfa. Depois de cadastrada, a idéia segue para as áreas técnicas e são avaliadas pelos especialistas e coordenadores. Apesar de existir um processo estruturado e uma equipe responsável pelo andamento do mesmo, muitas sugestões chegam para os analistas e especialistas com inúmeros erros, resultando na rejeição da maior parte das idéias (FIGURA 2). 999

Figura 2 – Total de idéias geradas. Fonte: RH da Empresa Alfa (2011). Conforme foi descrito, as idéias válidas para o programa dividem-se em: processo, istrativa e produto. Em geral, os tipos de idéias tem a seguinte divisão: 53% - Produto, 32% - Processo e 15% - istrativa. A empresa Beta, produtora de automóveis, possui cerca de 12 mil colaboradores e está instalada no estado de São Paulo. Como foi dito anteriormente, apesar das duas empresas compartilharem do mesmo sistema de informação e dos mesmos procedimentos do programa de Geração de Idéias, a empresa Beta possui maior participação do que a empresa de caminhões e ônibus. A figura 3 mostra a variação da quantidade de propostas emitidas, durante o período de 2007 a 2010.

Figura 3 – Comparativo do total de idéias geradas das empresas Alfa e Beta. Fonte: RH da Empresa Alfa (2011) Através da figura 4, observa-se que a participação dos funcionários da empresa Beta é maior devido a alguns fatores como uma mobilização por parte de todos para a melhoria das condições da empresa. Além de possuir um programa específico e direcionado aos componentes e fatores desta empresa, existe uma estrutura definida e forte de recursos humanos, financeiros e estratégicos. Na FIGURA 4, conclui-se que o saving gerado 1000

anualmente da empresa Alfa é superior ao da empresa Beta, apesar da menor contribuição de idéias.

Figura 4 – Comparativo do total de saving gerado das empresas Alfa e Beta. Fonte: RH da Empresa Alfa (2011) Isto pode ser explicado pelo fato da complexidade da montagem de caminhões e ônibus. Como ilustrado na figura 5, a maioria das idéias dadas na empresa Alfa diz respeito ao produto. Essas modificações acarretam grandes saving, pois cada peça e componente de montagem possuem um valor alto no preço de compra. Já no caso da empresa Beta, a maioria de suas idéias é do tipo: istrativas.

Figura 5 – Comparação entre os Tipos de Idéias Geradas pela Empresa Alfa e Beta. Fonte: RH da Empresa Alfa (2011) Observa-se que a maior parcela de contribuições ao programa da Empresa Alfa, diz respeito a mudanças propostas para o produto, com cerca de 50% do total das idéias. Em seguida, idéias que envolvem inovações no processo, com 32%, e os 15% restantes são para a área istrativa. Muitos formulários nem chegam a ser analisados devido a algum tipo de erro e/ou incoerência na sua formulação, resultando em perdas de idéias boas, íveis de premiação, melhoria dos processos internos e maior fluidez nas operações da empresa. Desta forma, os dados do Programa de Melhoria de Competitividade foram levantados, organizados e avaliados para a identificação dos problemas existentes, com o objetivo de construir uma proposta para um cenário e uma análise concisa dos resultados do Programa. Descrição do Problema O primeiro contato do colaborador com o Programa é o preenchimento do formulário no sistema. Através de uma análise dos dados e de entrevistas com os colaboradores, verificou-se 1001

que o formulário para o cadastro de idéias é confuso, longo e desorganizado. Não há um fluxo definido para os processos de coleta e de análise dos dados pela equipe responsável. Atualmente, o sistema de informação utilizado na fábrica para a coleta, acompanhamento e conclusão das idéias de melhorias de competitividade é lento e permite a perda de informações, entre outros problemas. A infra-estrutura infra estrutura tecnológica do Programa de Melhoria de Competitividade etitividade é ultraada. O programa existe há mais de dez anos, e o sistema não é atualizado a mais de cinco, assim como o seu processo. Além de o SI implementado ser grosseiro, o próprio processo é engessado. Na figura 6, são apresentados os principais motivos de reprovações resultante dos problemas do atual SI e de sua istração.

Figura 6 - Principais motivos de Reprovação. Fonte: RH da Empresa Conforme o procedimento estabelecido no manual do programa, o prazo máximo para resposta a uma idéia é de 15 dias corridos. Contudo, este prazo não é obedecido e a há uma demora no tempo de envio do parecer conclusivo sobre aprovação ou rejeição da idéia. Além de um acúmulo nos formulários enviados. A maior conseqüência da demora na análise das idéias resulta resulta em um desinteresse e desmotivação por parte dos funcionários. Assim, são reduzidas as idéias criativas e conseqüentemente a fábrica perde, tanto em competitividade quanto em produtividade. Esse fato gera insatisfação e desinteresse dos colaboradores em participar do Programa como mostra a figura 7.

Figura 7 - Percentual de colaboradores participantes no Programa. Fonte: Empresa Alfa (2011) O comprometimento com o programa e o treinamento das pessoas, que fazem parte do fluxo operacional, são fundamentais fundamentais para o sucesso do programa. Através de entrevistas realizadas com as pessoas que trabalham diretamente com o sistema, observou-se observou um desinteresse motivado pela falta de investimentos em tecnologia. A alta direção justifica a falta de investimentos pelos custos e retorno a longo prazo. 1002

RESULTADOS E DISCUSSÃO A partir das análises dos relatórios e resultados do Programa, alguns erros e problemas puderam ser identificados. Os principais motivos de reprovação desde a implementação do Programa de melhoria de Competitividade são: erro de cadastramento, idéias repetidas, falta de informações essenciais para análise do especialista e idéias que estão fora do regulamento pré-estabelecido. Com base nessas informações, foram propostas algumas modificações para o processo. Mapeamento do Ambiente para Gestão do Conhecimento O uso do mapeamento para reconhecimento do ambiente possibilita identificar a estrutura e fluxos do conhecimento, figura 8. Gestão de informações - Formulário

Gestão eletrônica das informações - Classificação e análise das idéias

Gestão de informações - Avaliação das idéias

Gestão de conhecimento

Inovação

Figura 8: Fluxos da gestão do conhecimento. Fonte: Autor. A gestão adequada dos recursos identificados permitirá que a organização busque melhorias, resultados e posicionamento estratégico para gerenciar o conhecimento, gerando valor para o seu negócio, clientes e colaboradores. Inclusão de Software de Comunicação Própria A demora no tempo de análise dos especialistas pode ser solucionada através da implementação de email de cobrança. Esta ferramenta enviará automaticamente um correio eletrônico para cada analista responsável por uma idéia, informando-o sua pendência. A implementação de um sistema eletrônico de comunicação exige um banco de dados próprio do programa, com a equipe cadastrada e atualizada, para que os emails cheguem com precisão aos responsáveis. O objetivo é a diminuição do tempo de respostas e análise das idéias. Assim, os prazos serão cobrados efetivamente. Transparência ao Programa de Melhoria de Competitividade É importante também que o sistema tenha um recurso que possibilite ao usuário o constante as informações sobre o que está sendo feito. A utilização de filtros para uma melhor busca das idéias facilitará um o rápido e fácil. Hoje, este acompanhamento é feito somente pelo o autor de suas próprias idéias cadastradas no sistema e pela equipe responsável pelo programa. Com a adoção desse mecanismo, evitaria idéias repetidas e o sistema seria mais transparente. A divulgação das estatísticas, resultados e premiações traria credibilidade ao Programa. Inclusão de Anexos no Formulário e Melhoria da Interface Fotos, tabelas, diagramas, layouts, croquis são informações que ajudam no entendimento da proposta e conclusão do parecer sobre a idéia. Atualmente o sistema que disponibiliza este tipo de conteúdo não interage com o próprio sistema do Programa de Melhoria de Competitividade. Deve-se entrar em outro sistema para consultar os anexos de uma idéia, e somente algumas pessoas tem o ao software. Nesse processo há uma perda de informações. O propósito desta proposta é que o próprio autor poderá entrar no sistema e inserir seus anexos. A interface também deve ser reformulada para melhor interação com o 1003

usuário. Os botões, ícones, ações e opções deverão ser apresentados de forma fácil e visível, atendendo as novas melhorias já descritas. A conversão dos formulários das idéias em arquivos deverá ser em um formato portável, por exemplo: PDF. O resultado é uma maior flexibilidade, autonomia, tornando o sistema mais simples, eficaz. A Reformulação do Formulário de Cadastro das Idéias. Um dos pontos principais de mudança que foram realizadas neste artigo é a reformulação do formulário de cadastro das idéias. O atual formulário deixa margens para erros, descaracterizando até a idéia atual. Foram criados filtros que visam o bloqueio de possíveis erros de digitação e orientar as informações de forma adequada. O formulário ficou mais objetivo, evitando problemas de interpretação. A figura 9 apresenta o novo formulário.

Figura 9: Proposta de formulário Fonte: Autor. Com a implantação dessas propostas, espera-se um melhor desempenho do Programa de Melhoria de competitividade em relação aos resultados práticos como as idéias pertinentes ao processo de produtividade da empresa. A redução de custos também é uma das vantagens geradas que interessam a gerência de forma geral. 1004

Os resultados do Programa terão periodicidade e credibilidade com a eficiência e transparência do sistema. Há uma expectativa que os principais motivos de reprovação originados por inadequação do sistema sejam reduzidos. Acredita-se que a partir das vantagens advindas da melhoria do Programa, haja um maior envolvimento da gerência nos investimentos e desta forma a organização apóie os indivíduos criativos ou propicie contextos para que criem o conhecimento. CONCLUSÕES Este trabalho apresenta os desafios enfrentados por uma empresa do setor automobilístico com a gestão do conhecimento e o sistema de informação para um programa de melhoria do processo produtivo. A partir dos dados estatísticos e entrevistas levantados nas empresas Alfa e Beta, percebe-se uma necessidade de atualização dos recursos tecnológicos implementados para que o processo criativo seja impulsionado. O atual sistema não atende aos pré-requisitos fundamentais discutidos na literatura. Nota-se que faltam ferramentas importantes no Programa de Melhoria de Competitividade, que poderiam ajudar na competitividade da empresa, e consequentemente na redução dos seus custos. Foram apresentadas as propostas de melhoria que fazem parte de uma proposta oficial apresentada e aprovada pela empresa. Um dos pontos críticos era o formulário para coleta de idéias. O mesmo foi reformulado e otimizado para o melhoramento dos processos de colaboração e análise. Outras medidas também foram apresentadas como o software de aviso de idéias novas e a divulgação do Programa de Melhoria de Competitividade. Foi observado que essas medidas reduzem principalmente o tempo de espera das análises de viabilidade das idéias e motivam a participação dos colaboradores na melhoria dos processos, operações, tomada de decisões mais eficientes e melhores resultados. A partir desse estudo observou-se que a participação do capital humano de uma organização coopera efetivamente na redução de custos, porém faz- se necessário uma estruturação do processo alinhada com tecnologias de informação adequadas. É uma forma de aumentar a competitividade da organização através da valorização de seus bens intangíveis. Alguns pontos ainda precisam ser analisados como soluções tecnológicas disponíveis no mercado ou as soluções customizadas, levantamento dos custos da reestruturação de TI, avaliação da equipe responsável pelo programa e o envolvimento e comprometimento da alta gerência com os objetivos do programa. Uma sugestão para trabalhos futuros seria a elaboração de um banco de dados das melhorias das peças e dos processos obtidos ao longo do tempo com a utilização do programa. REFERÊNCIAS ALHAWARI, S.; KARADSHEH, L.; TALET, A.; MANSOUR, E. Knowledge-Based Risk Management framework for Information Technology project, International Journal of Information Management, Volume 32, Issue 1, February 2012, Pages 50-65. BOSE, R. Knowledge management metrics. Industrial Management + Data Systems, 104(5), 457-468, 2004. BRAGA, L. P.; SANTOS, P. R. G.; OLIVEIRA, E. A. A. Q. Análise da implantação do processo de melhoria contínua na indústria automobilística. Tecnologia em Metalurgia e Materiais, São Paulo, v.5, n.1, p. 60-64, jul.-set. 2008. CÂNDIDO, G. A.; ARAÚJO, N. M. de. As tecnologias de informação como instrumento de viabilização da gestão do conhecimento através da montagem de mapas cognitivos. Ciência da informação, Brasília, v. 32, n. 3, p. 38-45, set./dez. 2003.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

RISCOS FÍSICOS E ERGONÔMICOS DOS TRABALHADORES EM GALPÕES DE FRANGO DE CORTE DO TIPO DARK HOUSE MÚCIO ANDRÉ DOS SANTOS ALVES MENDES 1, LUCIANO JOSÉ MINETTE 2, ILDA DE FÁTIMA FERREIRA TINÔCO 3, TAMARA DAIANE DE SOUZA4 1

Doutorando em Engenharia Agrícola e Pós graduando em Engenharia de Segurança do Trabalho, Universidade Federal de Viçosa, (31)8752-139, [email protected]; 2 Professor Associado I da Universidade Federal de Viçosa; 3 Professor Associado IV, Universidade Federal de Viçosa; 4 Doutorando em Engenharia Agrícola, Universidade Federal de Viçosa.

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: O trabalho em instalações agropecuárias tem sido alvo de estudo no âmbito da saúde e segurança ocupacional. Bastante difundido no Brasil, os galpões de frango dark house, são caracterizados pela baixa luminosidade no seu interior, em torno de 5 lux, o que possibilita um aumento na densidade de aves no galpão, além de diminuir o nível de estresse das aves resultando em uma melhora nos índices zootécnicos das aves. Porém as condições ideais para o conforto das aves destoam das condições necessárias para que o trabalhador exerça suas funções de forma saudável, sem que haja o comprometimento da sua saúde. Neste contexto, este trabalho teve como objetivo identificar e analisar os riscos físicos e ergonômicos aos quais os trabalhadores do setor produtivo da avicultura de corte estão expostos durante a operação de galpões de frango dark house. A pesquisa foi realizada através de um levantamento bibliográfico por meio de normas regulamentadoras do Ministério do Trabalho e Emprego, normas técnicas e trabalhos científicos. De acordo com os dados apresentados, é possível identificar a existência de condições insalubres de trabalho em galpões de frango do tipo dark house e concomitantemente a necessidade de investimentos por parte de órgãos federais e privados em estudos a fim de mitigar os problemas referentes à saúde e segurança dos trabalhadores do setor. PALAVRAS–CHAVE: Avicultura, Segurança do Trabalho, Risco Físico.

PHYSICAL AND ERGONOMIC RISKS OF THE WORKERS ON BROILER SHED KIND OF DARK HOUSE ABSTRACT: The job on agricultural facilities has been studied in the context of occupational health and safety. Widespread in Brazil, the chicken sheds dark house are characterized by low light inside, around 5 lux, which allows an increase in the density of birds in the shed, and reduce the stress level of the birds resulting in an improvement in indexes of birds. But the ideal conditions for bird comfort is opposite of the conditions necessary for the worker to exercise its functions in a healthy way, without compromising your health. In this context, this study aimed to identify and analyze the physical and ergonomic risks to the workers in the productive sector of the poultry industry, which they are exposed during operation chicken sheds dark house. The research was conducted through a literature review, the regulatory standards of the Ministry of Labour and Employment, technical standards and scientific works. According to the data presented, it is possible to identify the existence of hazardous working conditions in chicken sheds like dark house and concomitant they need for investments by federal and private studies in order to mitigate the problems relating to health and security sector workers. KEYWORDS: Poultry, Workplace Safety, Physical Risk.

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INTRODUÇÃO O acelerado desenvolvimento da avicultura brasileira, com destaque a criação de frangos de corte em escala industrial, se deu principalmente devido à evolução nas áreas da nutrição animal, genética, manejo e sanidade, incluindo a importância que ou a ser dada à ambientação da ave à sua faixa de conforto térmico. Esses fatores foram relevantes e decisivos entre aqueles que consagraram o Brasil como um dos maiores produtores e exportadores de carne de frango no mundo. Tecnologia bastante difundida, os módulos de confinamento Dark House, primam pela melhoria dos parâmetros de produtividade do setor avícola. Neste sistema, faz-se o controle artificial dos parâmetros de conforto ambiental das aves, com ênfase na iluminação da construção, a qual é manejada a baixas taxas durante toda a vida do lote proporcionando um ambiente tranquilo. Tais condições permitem uma alta densidade de aves nas instalações, contribui com menor mortalidade e com o ganho de peso efetivo, o que garante melhores resultados no fechamento dos lotes. A grande importância que a avicultura representa para a economia brasileira se deve ao dinamismo da cadeia produtiva do frango que é oriundo de uma grande organização, fortemente baseada no sistema de integração, em que a empresa utiliza indiretamente as instalações do produtor rural, fornecendo o pintainho, a ração, as vacinas, os medicamentos e assistência técnica e ao produtor integrado compete o fornecimento dos demais insumos necessários à condução da atividade avícola, como a mão-de-obra, a maravalha, as instalações, a energia elétrica, lenha para o aquecimento e ventilação (FIGUEIREDO et al., 2006). Entretanto as empresas integradoras contam em suas unidades com profissionais responsáveis pela higiene e segurança de seus colaboradores de forma a combater e evitar as doenças relacionadas às atividades laborais, este fato não ocorre na propriedade do produtor integrado, que em geral trabalham sem todas as condições de segurança atendidas. O ambiente interno onde os frangos e os trabalhadores estão inseridos é composto por fatores físicos, químicos e biológicos, que incluem o ambiente aéreo, luz e componentes construtivos (MENEGALI et al., 2008). Esses problemas podem ser reduzidos ou até mesmo eliminados a partir da aplicação de boas práticas de ergonomia e segurança, que notadamente tem contribuído por meio de intervenções e projetos para melhorar, de forma integrada a segurança, o conforto, o bem-estar e a eficácia das atividades humanas no setor urbano, podendo ser estendidas para o setor rural, mesmo este setor apresentando características significativamente diferentes, como por exemplo, níveis de escolaridade dos trabalhadores, características socioeconômicas, culturais, e antropológicas (ALENCAR et al, 2006). A atividade agrária brasileira apresenta um grande número de acidentes devido à falta de informação e percepção dos riscos por parte dos empregados e empregadores, e a um sistema de registro menos apurado dos acidentes rurais (CARVALHO et al., 2008). No entanto, no Brasil existe um conjunto de leis e normas que regulamentam e auxiliam na adequação das atividades, visando assim, a redução ou até mesmo a eliminação dos riscos existentes em cada atividade. Esse conjunto de medidas está inserido na Legislação Trabalhista do Ministério do Trabalho e Emprego, que atualmente contém 33 Normas Regulamentadoras (NR’s), com destaque para a NR 6 dedicada a orientação e adequação com relação ao uso dos Equipamentos de Proteção Individual – EPI’s, NR 15 voltada para atividades e operações insalubre, NR 17 relacionada a ergonomia e a NR 31 dedicada a agricultura, pecuária silvicultura, exploração florestal e aquicultura. Além da minimização dos problemas a partir da abordagem ergonômica e de higiene ocupacional, o atendimento das normas de segurança no trabalho, impostas pelo Ministério do Trabalho e Emprego contribuem de forma significativa para garantir a satisfação, o bem-estar e segurança, bem como a eficiência e eficácia dos processos produtivos (SILVA,2011). 1008

Juntamente com a ergonomia, estudos envolvendo a segurança no trabalho vêm tomando maiores proporções devido a busca pelo aumento das fronteiras comerciais exigidas pelo mercado externo e a adequação das atividades através das Normas Regulamentadoras do Ministério do Trabalho em função das questões trabalhistas. Neste contexto, este trabalho teve como objetivo identificar e analisar os riscos físicos e ergonômicos aos quais os trabalhadores do setor produtivo da avicultura de corte estão expostos durante a operação de galpões de frango dark house. MATERIAL E MÉTODOS Este estudo foi desenvolvido na Universidade Federal de Viçosa em Viçosa, Minas Gerais, onde foi realizado um levantamento bibliográfico de pesquisas que os riscos físicos e ergonômicos aos quais os trabalhadores do setor produtivo da avicultura de corte estão expostos durante a operação de galpões de frango dark house. Analisou-se também o que as normas regulamentadoras do Ministério do Trabalho e Emprego e diretivas nacionais e internacionais inferem sobre o assunto bem como as medidas mitigadoras aplicáveis à produção de frango corte em galpões do tipo dark house. RESULTADOS E DISCUSSÃO Panorama da Avicultura Brasileira Segundo a União Brasileira de Avicultura (UBA, 2013), o Brasil é o terceiro maior produtor mundial de carne de frango, tendo produzido 12,65 milhões de toneladas no ano de 2012, ficando atrás apenas da China, com produção de 13,7 milhões de toneladas e Estados Unidos, maior produtor, com produção de 16,48 milhões de toneladas. Em relação a exportação, o Brasil é o maior exportador de carne de frango do mundo, 3,92 milhões de toneladas no ano de 2012, este valor representa um redução de 0,6 % em relação a exportação de 2011. Esta posição de liderança brasileira na produção e exportação de carne de frango, entretanto, traz consigo um maior comprometimento da avicultura industrial nacional no atendimento as demandas internacionais cada vez mais acirradas em relação a preservação ambiental, ‘a sustentabilidade da produção em seus diversos pilares de sustentação, a economia de energia nos processos em geral, a promoção do bem estar animal e segurança das atividades laborais do setor (CASSUCE,2011). Embora seja crescente a substituição do trabalho humano, pela automatização de tarefas, o uso da mão de obra humana ainda é significativo. Segundo Santos et al., (2011) um conceito bastante explorado na avicultura, e nos demais sistemas de produção animal, é o de que na ausência de bem estar, o animal não produz o condizente com seu potencial. Este conceito também deve ser empregado para o ser humano, já que a produtividade do funcionário também está relacionada à produtividade da granja e ao lucro do produtor. Outra premissa que relaciona diretamente a qualidade do meio em que o trabalhador está inserido e o lucro da granja é o aumento da exigência dos mercados consumidores quanto à necessidade de um produto originado de um processo com absoluto respeito à sustentabilidade e ao bem estar animal em toda a sua sequência, bem como o atendimento as exigências das normas regulamentadoras do Ministério do Trabalho e Emprego relacionados à saúde e segurança do trabalhador.

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Galpões Dark House O sistema “Dark House” já é utilizado há muito tempo em galpões de matrizes e em outros países já se usa esta tecnologia há vários anos para aves de corte.Neste sistema, os lotes são criados com luminosidade controlada, permitindo uma maior densidade de aves por metro quadrado de galpão, mantendo as aves mais calmas, evitando assim dermatoses e permitindo uma menor conversão alimentar e melhor ganho de peso diário, o que traz um melhor resultado zootécnico e maior retorno financeiro à empresa e produtores (GALLO, 2009). Em alguns programas de luz a partir do sexto dia de vida das aves a intensidade luminosa pode ser reduzida a 3 lux, o que dificulta a verificação dos comedouros, bebedouros e coleta das aves mortas. Assim como a luminosidade, neste tipo de instalação a temperatura interna deve ser controlada, este controle é realizado através da utilização e exaustores, pads e nebulizadores, o que justifica a significativa demanda energética dessas instalações. No que diz respeito aos sistemas de ventilação utilizados, pode-se dizer que uma instalação avícola ideal, em termos de conforto térmico para as aves e os trabalhadores, prevê uma circulação de ar que se ajuste à finalidade de remover o excesso de umidade, calor e gases (CO, CO2 e NH3) encontrados no interior dos galpões além do controle de temperatura (Menegali et al.,2008). Para terem uma boa produtividade é necessário que as aves, principalmente nas últimas semanas, tenham temperaturas mais amenas dentro do galpão (LIMA et al., 2004) Outra grande vantagem do sistema de criação em galpões Dark House é um carregamento ou apanha das aves com muito mais eficiência e menores danos às aves e trabalhadores. Por possuírem controle da luminosidade do galpão, é possível que as aves sejam carregadas praticamente no escuro, não causando amontoamento, arranhões e mortalidade. Aspectos Ergonômicos A ergonomia é conceituada como um conjunto de conhecimentos científicos relacionados ao homem e ao trabalho, e necessários para a adaptação do trabalho ao homem. O trabalho neste âmbito uma acepção bastante ampla, abrangendo, portanto, não apenas máquinas e equipamentos, mas toda a relação entre o homem e o trabalho. A ergonomia estuda vários aspectos atuantes no trabalhador como: postura, movimentos corporais tanto estáticos quanto dinâmicos; fatores ambientais, entradas e saídas no campo sensorial perceptivo, aspectos psicossociais e relações sociais existentes na relação homem-trabalho; tendo um caráter interdisciplinar diferindo por isso, de outras áreas do conhecimento (Mafra, 2004; Iida 2005). Segundo Alencar (2006) a ergonomia tem evoluído muito nas últimas décadas, trazendo inúmeras contribuições para o setor urbano, entretanto, ainda são poucas as contribuições para o setor rural. A área rural apresenta diferenças importantes, especialmente quanto aos níveis de escolaridade dos trabalhadores, características sócio-econômicas, culturais, e antropológicas. Em trabalho desenvolvido em granjas avícolas de Santa Catarina, com objetivo de avaliar a ergonomia dos trabalhadores, Alencar (2006), verificou que 61% dos entrevistados sentiam dores musculoesqueléticas, além do registro de outras enfermidades como: hipertensão arterial, reumatismo, infecções renais, depressão, rinite alérgica, diabetes, enxaqueca e problemas cardíacos. Para que a ação ergonômica seja eficaz, deve-se partir do conhecimento das causas das lesões, realizando uma melhoria nos postos de trabalho, combatendo a força manual

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excessiva, as posturas inadequadas dos membros superiores, repetitividade de movimentos, tensão excessiva no trabalho e compressão mecânica das estruturas (COUTO, 1996). Ambiente Térmico De acordo com a NR 17 (2004), para o trabalhador que possui uma jornada de trabalho de 8 horas a zona de conforto térmico é delimitada por temperaturas entre 20 e 23ºC, com umidade relativa ar não inferior a 40% e velocidade do ar não superior a 0,75 m.s-1. Para Iida (2005), Quando a temperatura ambiente ultraa 30 ºC, aumenta o risco de danos à saúde do operador, as pausas se tornam maiores e mais frequentes, o grau de concentração diminui e a frequência de erros e acidentes tende a aumentar significativamente. Nos galpões dark house, por se tratar de uma instalação fechada, se prima pelo controle continuo durante todo o período de ocupação pelas aves, com variação da temperatura de forma a adequá-la as necessidades fisiológicas das aves. Sendo comum nas primeiras semanas de vida que a temperatura interna do aviário seja superior a temperatura do ambiente externo, apesar de o funcionário ficar exposto a uma condição de sobrecarga térmica por períodos curtos, deve-se levar em consideração os riscos de choques térmicos. Em estudo realizado por Carvalho (2009), em analise as atividades laborais na fase inicial do lote, apesar do IBUTG estar abaixo dos valores limites preconizados pela NR 15, anexo n°3 (2004), antes aproximadamente das 07:00 horas e após às 20:00 horas, os trabalhadores nesses horários ficam expostos a uma grande variação de temperatura, devida a entrada e saída do galpão, principalmente no período da madrugada para realizar o abastecimento e manutenção das campânulas praticamente de 3 em 3 horas. Desta forma, os trabalhadores ficam sujeitos a poucas horas de sono e frequentemente resfriados ou gripados. Na atividade avícola é comum a utilização de fornalhas a lenha para o aquecimento da instalação, o abastecimento dessas fornalhas são caracterizadas como atividades pesadas, pelo esforço e temperatura a que são submetidos. Segundo Grandjean (1998), o calor excessivo em ambientes de trabalho resulta em cansaço e sonolência, que reduzem a prontidão de resposta e aumenta a tendência a falhas. De acordo Fiedler & Venturoli (2002), os trabalhadores, que executam trabalhos considerados pesados, merecem especial atenção quanto aos fatores ergonômicos ambiente de trabalho, alimentação e as pausas, pois estão sujeitos a maior desgaste físico durante o trabalho. Influencia da luminosidade Desta forma, o correto planejamento da iluminação contribui para aumentar a satisfação no trabalho e melhorar a produtividade, além de reduzir a fadiga e os acidentes. Existem muitos fatores que influem na capacidade de discriminação visual, como a faixa etária e as diferenças individuais, no entanto, a quantidade de luz, o tempo de exposição e o contraste entre figura e objeto, são os fatores de maior interferência na acuidade visual dos trabalhadores. De acordo com Albino (1998), a intensidade luminosa na altura do frango deve ser de 20 lux na primeira semana de vida e posteriormente de 5 lux, chegando em alguns casos a 3 lux. No entanto, de acordo com a NBR 5413(1992) a iluminação mínima no interior do aviário deve ser de 30 lux para o desenvolvimento das atividades de forma segura para o trabalhador. Quando exposto a uma condição de baixa iluminação, o trabalhador fica sujeito a uma fadiga visual, que é caracterizada pela irritação dos olhos e lacrimejamento. A frequência do piscar vai aumentando, a visão torna-se "borrada" e se duplica. Tudo isso diminui a eficiência 1011

visual. Em grau mais avançado, ela provoca dores de cabeça, náuseas, depressão e irritabilidade emocional. Em consequência, há quedas do rendimento e da qualidade do trabalho (Iida, 2005). O trabalho realizado em ambiente de baixa iluminação provoca problemas de fadiga visual, queda no desempenho e riscos de acidentes (Kroemer & Grandjean,2005). Ruídos É comum às pessoas apresentarem diferenças individuas quanto à tolerância aos ruídos, sendo, portanto frequentemente alvo de reclamações sobre as condições ambientais. Embora os ruídos até 90 dB não provoquem sérios danos aos órgãos auditivos, os ruídos entre 70 e 90 dB dificultam a conversação e a concentração, e podem provocar aumento dos erros, redução do desempenho e perda de audição. De acordo com a NR 15, Anexo 1 (2011), existem basicamente, dois tipos de ruídos: os contínuos e os de impacto. Entende-se por ruído contínuo ou intermitente, para os fins de aplicação de limites de tolerância, o ruído que não seja de impacto. Sendo preconizado pela norma brasileirao ruído contínuo de 85 dB como o máximo tolerável para uma exposição durante 8 horas de jornada diária de trabalho (NR-15, anexo n°1). Um som repentino de 100 dB, com duração aproximada de 5 ms, provoca um susto, produzindo uma reação imediata de defesa, quando o organismo adota uma posição de máxima estabilidade postural. Esse tipo de reação interfere no trabalho e retarda o tempo de reação para outras tarefas (Iida, 2005). Os galpões dark house são em sua maioria totalmente automatizados, desde o fornecimento de água e ração até o controle ambiental através de exaustores e nebulizadores, todos esses equipamentos contribuem para o aumento do nível de ruídos no interior da instalação. Níveis elevados de ruído além de provocar efeitos sobre o aparelho auditivo (baixa temporária da acuidade auditiva e até riscos de surdez) atingem o conjunto do sistema nervoso e o endócrino com repercussões sobre os sistemas digestivo e cardiovascular. O ruído intenso pode contribuir para o desenvolvimento de problemas de equilíbrio e sistema nervoso (Barbosa, 2000). Carvalho (2009), através de análise realizada em aviários na fase de crescimento em período no qual houve baixa demanda da utilização de exaustores e nebulizadores, encontrou o nível sonoro contínuo abaixo de 85 dB, com intensidade média de ruído verificada para todos os galpões de 78,37 dB. Já em estudo realizado por, Schiassi et al. (2009) foi verificado que os níveis de ruído produzidos próximos aos ventiladores apresentaram valores acima do limite mínimo permitido pela norma pertinente no país, sendo que nos pontos afastados dos ventiladores esses valores ficaram dentro dos limites de salubridade. Embora o tempo de exposição do trabalhador seja inferior ao tempo limite estabelecido pela norma, é recomendado o uso de protetores auditivos adequados. Medidas Corretivas É necessário achar uma condição ambiental no interior dos aviários propicia para que as aves expressem de forma satisfatória seu potencial zootécnico e concomitantemente os funcionários possam realizar suas atividades laborais de forma a não comprometer sua saúde, alcançando desta forma maior eficiência em sua função. Nas situações em que não for possível adequar a condição de trabalho aos níveis exigidos por lei, é necessário lançar mão a EPIs e sistemas paliativos para contornar tal situação. Todavia o uso de EPIs deve ser acompanhado de cursos educacionais, os quais exponham sobre a importância da utilização de tais equipamentos e forma correta da 1012

utilização destes. É imprescindível que se de atenção a extensão das jornadas de trabalho, bem como os períodos de descanso para cada função desempenhada na propriedade. CONCLUSÕES De acordo com os dados apresentados, é possível identificar a existência de condições insalubres de trabalho em galpões de frango do tipo dark house e concomitantemente a necessidade de investimentos por parte de órgãos federais e privados em estudos a fim de mitigar os problemas referentes à saúde e segurança dos trabalhadores do setor. É possível verificar também que o sistema de integração pode vir a eximir as grandes organizações de qualquer responsabilidade referente a segurança dos trabalhadores que atuam no manejos das granjas nas propriedades rurais, situação que deve ser estudada pelos órgãos competentes a fim de corrigir esta falha contratual. REFERÊNCIAS ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. Técnicas - NBR 5413 Iluminação de Interiores, 1992. Disponível em:
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FIEDLER, N. C.; VENTUROLI, F. Avaliação da carga física de trabalho exigida em atividades de fabricação de móveis no distrito federal. 2001. Revista Cerne, v.8, n.2, p.117 a 122, 2002. Disponível em: http://www.dcf.ufla.br/cerne/artigos/130220095906v 8_n2_nt%2002.pdf. o em: 08 set 2013. FIGUEIREDO, A. M. et al . Integração na criação de frangos de corte na microrregião de Viçosa MG: viabilidade econômica e análise de risco. Revista de Economia Social Rural, v. 44, n.4, p.713-730, 2006. Disponível em: . o em: 01 jun. 2013. GALLO, B. B. Dark house: manejo x desempenho frente ao sistema tradicional. 2009. Disponível em: . o em: 30 ago. 2013.

KROEMER, K. H. E.; GRANDJEAN, E. Manual de ergonomia: adaptando o trabalho ao homem. 2005. Tradução: Lia Buarque de Macedo Guimarães. 5a Edição. Ed. Brookman. Porto Alegre. Rio Grande do Sul. IIDA, I. Ergonomia: projeto e produção. 2005. São Paulo: Edgard Blucher, 2005. LIMA, Ana Monteiro Correio. Avaliação de dois sistemas de produção de frango de corte: uma visão multidisciplinar. Campinas, SP: [s.n.], 2005. MAFRA, S. C. T. Mini curso: Análise ergonômica do trabalho. 2004. 37p. MENEGALI, I. ; TINOCO, I. F. F. ; GATES, R. S. ; BAETA, F. C. ; CARVALHO, C. C. S. . Effect of two different minimum ventilation systems on the thermal comfort and productive performance of broiler chickens in winter conditions. In: International Conference of Agricultural Engineering, the XXXVII Brazilian Congress on Agricultural Engineering and the International Livestock Environment Symposium- ILES VIII, 2008, Foz do Iguaçu. International Livestock Environment Symposium- ILES VIII, 2008. SANTOS, M. B. G.; SILVA, C. H.; ALMEIDA, L.F.A.; MONTEIRO, L.F.; NASCIMENTO, J. W. B.. Avaliação da higiene, saúde e segurança do trabalho em galpões para criação de frangos de corte.2011. XXXI ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO. Anais: Inovação Tecnológica e Propriedade Intelectual: Desafios da Engenharia de Produção na Consolidação do Brasil no Cenário Econômico Mundial. Belo Horizonte, MG, Brasil, 2011. SCHIASSI, L.; YANAGI JÚNIOR, T.; AMARAL, A. G.; DAMASCENO, F. A.; SILVA, G. C. A. Avaliação do nível de ruído produzido em galpão de produção de frangos de corte. 2009. Simpósio de Construções e Ambiência – SIMCRA 2009. Campina Grande, PB.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

LICENCIAMENTO AMBIENTAL DE EMPREENDIMENTOS MILITARES GABRIEL DE PINNA MENDEZ1 1

Bacharel em Ciências Militares, AMAN. Graduando em engenharia de recursos hídricos e do meio ambiente, UFF, (21) 27106257, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: O presente trabalho trata do Licenciamento Ambiental dos empreendimentos localizados em áreas de responsabilidade do Exército Brasileiro, analisando basicamente os procedimentos legais e técnicos e ainda, as peculiaridades do licenciamento ambiental dos empreendimentos militares de pequeno porte, ou seja, aqueles realizados no interior de unidades militares ou ainda relacionados ao preparo e emprego das Forças Armadas, tendo como empreendedor o Exército Brasileiro. Trata-se de uma pesquisa bibliográfica das principais normas legais e na literatura referente ao licenciamento ambiental e também, nas normas internas do Exército Brasileiro referentes à atividade de licenciamento ambiental. Procurou-se analisar os aspectos de competência para licenciar os empreendimentos militares, principalmente após a edição da Lei Complementar 140 de 2011, que alterou substancialmente essa questão, além dos procedimentos necessários para obtenção da licença. O trabalho foi motivado pela necessidade em padronizar os procedimentos no âmbito do Exército Brasileiro, relativos ao licenciamento ambiental. A relevância do estudo se da pelo fato de que, os órgãos responsáveis pela execução e fiscalização de Obras, no âmbito do Exército Brasileiro, precisam observar as normas específicas relativas ao licenciamento ambiental. Concluiu-se que, em regra geral, a competência para licenciar os empreendimentos militares ou declará-los dispensados do licenciamento ambiental é do IBAMA. PALAVRAS–CHAVE: licenciamento ambiental, legislação ambiental, empreendimentos militares.

ENVIRONMENTAL LICENSING ON AREAS UNDER THE BRAZILIAN ARMY RESPONSIBILITY ABSTRACT: The present work is about Environmental Licensing to enterprises located on areas under the Brazilian Army responsibility, analyzing basically the legal and technical procedures. The peculiarities related to the environmental licensing to small-sized military enterprises will also be analyzed. Small-sized military enterprises refer to those inside a military zone, such as building up lodgings, homes for Army Staff, parking lots for Army vehicles or any other kind of enterprise related to ing Army activities developed by the Brazilian Army. This research is based on literature review on the major rules and on environmental licensing regarding scopes as well as on the Brazilian Army rules regarding the environmental licensing. The issues related to competence to authorize military enterprise, mainly after the complementary law 140 (2011) that modified these procedures, were also analyzed. This research was motivated by the necessity to organize patterns of procedures related to environmental licensing to enterprises under the scope of the Brazilian Army, considering all the activities related to their development; the planning phase, settlement and operation including, whenever necessary, environmental analyses and preliminary licensing. The importance of this work is based on the fact that not only the military organizations but also the authorities in charge of carrying out and controlling building activities inside the Brazilian Army. KEYWORDS: environmental Licensing; environmental law; legal competence.

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INTRODUÇÃO O presente trabalho trata sobre o tema licenciamento ambiental aplicado à empreendimentos localizados em Organizações Militares do Exército Brasileiro. A legislação ambiental brasileira evoluiu de forma considerável nas últimas décadas tornando-se cada vez mais rigorosa e impondo às instituições públicas e privadas a necessidade de adequar suas atividades às exigências legais cabíveis, observando suas peculiaridades e limitações. O licenciamento ambiental consiste em um dos instrumentos da Política Nacional do Meio Ambiente (Lei nº 6938/1981), através do qual o órgão ambiental competente licencia a localização, instalação, ampliação e a operação de empreendimentos e atividades que possam, de qualquer forma, causar degradação ambiental. As atividades desenvolvidas nas Organizações Militares do Exército Brasileiro, via de regra, não resultam em alto potencial poluidor, excetuando-se atividades comuns às Organizações Militares como abastecimento de viaturas e armazenamento de explosivos e munições. No entanto, como é necessário licenciar qualquer atividade ou empreendimento que sob qualquer forma cause degradação ambiental, podemos considerar que qualquer alteração no espaço natural irá causar algum tipo de degradação, ainda que de pequeno porte, considerando que a simples substituição de cobertura vegetal por alguma edificação altera a dinâmica natural. Ocorre que o órgão ambiental competente para licenciar, irá julgar a necessidade de execução ou não de Estudos Ambientais, de acordo com as características da atividade ou do empreendimento localizado na OM. O objetivo do presente trabalho é analisar a legislação aplicável e os procedimentos para licenciamento ambiental de empreendimentos localizados em Organizações Militares do Exército Brasileiro, buscando reconhecer os responsáveis pela competência no licenciamento dos referidos empreendimentos. Com isso, espera-se auxiliar as Organizações Militares e Comissões Regionais de Obras Militares nos processos de licenciamento ambiental. Cabe salientar que o Exército Brasileiro participa de grandes obras de cooperação junto à sociedade civil. Como o exemplo de rodovias, obras hidráulicas e outras obras de grande porte que foge do escopo do presente trabalho, uma vez que, para esse tipo de empreendimento de grande porte há exigência específica e já bem conhecida na legislação, que exigem estudos detalhados como o Estudo de Impacto Ambiental e seu respectivo Relatório de Impacto do Meio Ambiente (EIA/RIMA), previstos na Resolução CONAMA 01/1986, não gerando maiores dúvidas sobre a necessidade e exigências no processo de licenciamento. Por ser uma exigência legal relativamente nova para o país, o Exército Brasileiro, como instituição federal, ainda precisa adequar-se às peculiaridades e à constante evolução da legislação das exigências pertinentes ao tema. Segundo Sánchez (2008), o licenciamento ambiental no Brasil começou em alguns estados em meados da década de 1970, deixando claro que a matéria é relativamente recente e a por constantes evoluções. Na visão de Fink (2000), o licenciamento ambiental é um serviço público típico, enquadrando-se dentre as atividades próprias da istração Pública, submetendo-se ao regime jurídico aplicável à istração. O fato do procedimento de licenciar um empreendimento ter como um dos seus princípios a preocupação em conservar os recursos ambientais, está completamente em consonância com o conceito largamente aplicado de desenvolvimento sustentável. De acordo com a CMMAD (Comissão Mundial Sobre o Meio Ambiente e Desenvolvimento, 1998). A definição clássica de desenvolvimento sustentável é “aquele que é capaz de satisfazer às

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necessidades das gerações atuais sem comprometer as possibilidades das gerações futuras em atender às suas”. Nos últimos anos, o Exército Brasileiro vem demonstrando preocupação com as questões ambientais, visto que no ano de 2011 a instituição aderiu à Agenda Ambiental da istração Pública (A3P), programa socioambiental do Ministério do Meio Ambiente sobre o uso racional dos recursos ambientais e diversas ações voltadas para gestão ambiental das instituições públicas. No Boletim do Exército Brasileiro número 041 de 14 de outubro de 2011, foi publicado a Instrução Reguladora 50-20 (IR 50-20) que trata da Gestão Ambiental no âmbito das Organizações Militares do Exército Brasileiro. Nesse documento, fica clara a relevância dada ao tema licenciamento ambiental, visto que Seção IV trata especificamente do Licenciamento Ambiental de empreendimento e atividades militares. A legislação sobre licenciamento ambiental sofre constantes modificações, além disso, na medida em que o Exército Brasileiro começou a seguir os procedimentos legais para o licenciamento ambiental, surgem novas necessidades e adaptações a serem feitas, tendo em vista as peculiaridades vivias pela instituição e a legislação aplicável ao tema. Qualquer tipo de adaptação a novas realidades traz a necessidade de normatização interna e preparo dos recursos humanos. Sendo assim, tem-se verificado no Exército Brasileiro a necessidade de, além de criar as normas referentes ao cumprimento da legislação ambiental, adequar a capacitação e treinamento dos recursos humanos para enfrentar os desafios no que diz respeito à correta condução nos processos de licenciamento ambiental de empreendimentos e atividades militares, demonstrando a importância do tema para o Exército Brasileiro. MATERIAL E MÉTODOS Para atingir o objetivo deste trabalho, foi revisada a literatura referente ao licenciamento ambiental e principalmente às diversas legislações, resoluções e normas aplicáveis ao licenciamento ambiental de empreendimentos militares, além da análise dos procedimentos realizados em alguns processos de licenciamento ambiental de empreendimentos militares. Segundo Monosowski (1989), há quatro fases principais na política ambiental brasileira que correspondem a diferentes concepções do meio ambiente e seu papel nas estratégias do desenvolvimento econômico. Sobre a distribuição dessas quatro fases, Sánchez (2008) salienta que, embora elas praticamente se sucedam cronologicamente, não há substituição de uma política por outra, mas, sim, superposição, o que transforma a atual política ambiental brasileira em um mosaico onde coexistem os conceitos dos anos de 1930 com aqueles do final do século XX. A primeira fase da política ambiental brasileira data de 1930, época em que o Brasil experimentava uma reorganização durante o governo de Getúlio Vargas e uma crescente intensificação da indústria nacional. A intensificação da industrialização traz consigo um aumento da necessidade de exploração dos recursos minerais e seu uso como matéria prima. Com isso, o enfoque da política ambiental brasileira nessa fase é a racionalização do uso e da exploração desses recursos através de políticas públicas setoriais com o objetivo de disciplinar a apropriação dos recursos naturais. Para Sánchez (2008), o objetivo principal dessa primeira fase de políticas ambientais era regulamentar o o aos recursos naturais, não se tratando a rigor de uma política ambiental, tal qual a entendemos hoje. O melhor exemplo disso é o Código Florestal de 1934, que estabeleceu florestas protetoras e abriu a possibilidade ao poder público de estabelecer áreas de proteção como parques nacionais, estaduais e municipais. Em 1937, ocorre a criação do primeiro parque nacional brasileiro. 1017

A segunda fase da evolução da política ambiental brasileira ficou conhecida como fase do controle da poluição industrial. Subsequente à fase da istração dos recursos naturais vivida em 1930. A segunda fase estava inserida no contexto da década de 1970, quando se notou a escassez de muitos recursos naturais no Brasil e no mundo, antes abundantes. Sánchez (2008) cita como exemplo a região do ABC paulista, onde se concentram ainda hoje grande quantidade de indústrias, local onde a água estava tão poluída que era imprópria para o abastecimento industrial. O problema de poluição do ar também podia ser notado em grandes cidades. Embalados pela conferência de Estocolmo, conhecida como um dos primeiros eventos no qual a questão ambiental entrou para o rol das principais preocupações das sociedades, os grandes países discutiam medidas de reduzir a poluição gerada pela indústria cada vez mais poluidora e presente. Das quatro fases principais da política ambiental brasileira, segundo Monosowski (1989), a terceira delas consagrou-se pelo início do planejamento territorial. De acordo com Sánchez (2008), datam de meados da década de 1970 os primeiros planos de uso do solo no Brasil, que procuravam ordenar as formas de ocupação do espaço urbano. Na medida em que não há políticas anteriores no sentido de ordenamento do uso e ocupação do solo, há consequências, como problemas de fornecimento de água em algumas regiões metropolitanas. Uma das primeiras iniciativas no sentido de tentar solucionar o problema foi em 1975, no Estado de São Paulo, como a criação da Lei nº 898, que estabeleceu áreas de proteção de mananciais na Região Metropolitana. A criação da Lei de zoneamento industrial de São Paula, na tentativa de compatibilizar o desenvolvimento industrial com a melhoria das condições de vida da população e preservação das condições ambientais. Cabe ressaltar que não se tratava de um licenciamento ambiental no sentido amplo, mas sim denominado “licenciamento metropolitano”. Caracterizando a quarta fase da evolução da politica ambiental brasileira, esta o surgimento de um modelo radicalmente novo como politica ambiental, iniciado em 1981 com a aprovação pelo Congresso Nacional da Lei número 6938, conhecida como a Politica Nacional do Meio Ambiente (PNMA). A criação da PNMA foi um grande marco para legislação ambiental brasileira, uma vez que contribuiu sobremaneira para o fortalecimento do arcabouço jurídico em âmbito nacional, trazendo instrumentos importantes como a avaliação de impacto ambiental e o licenciamento ambiental, até então presentes apenas na legislação de alguns Estados. Outro legado importante da referida lei foi integrar os órgãos governamentais nos três níveis de governo ao criar o SISNAMA (Sistema Nacional do Meio Ambiente). Criou também um órgão consultivo e deliberativo responsável por formular diretrizes de política ambiental, o Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA). Segundo Fearnside (1989), a Política Nacional do Meio Ambiente foi fundamental para consolidação do o as informações em relação à legislação ambiental. A criação de outras leis no contexto da PNMA foi fundamental para o avanço da proteção ambiental, destacando-se entre elas a Lei número 7347 de 24 de julho de 1985, conhecida como Lei dos Interesses Difusos, que permitiu uma ação contundente do Ministério Público em matéria ambiental, uma vez que protegia os interesses de um grupo indeterminado de pessoas como, por exemplo, moradores de uma determinada região ou frequentadores de um espaço público. No ano de 1988 com a criação da Constituição Federal, as iniciativas legislativas de proteção do Meio Ambiente foram coroadas com um artigo dedicado totalmente ao tema, o artigo 225 da CF/1988, que estabeleceu diversos princípios de defesa da qualidade ambiental. Em seu inciso IV, incluiu a necessidade de que o poder público exija “para instalação de obra ou atividade potencialmente causadora de significativa degradação do meio ambiente, estudo

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prévio de impacto ambiental”. A tabela 1 apresenta um histórico das principais normas legais e as instituições envolvidas na gestão ambiental no Brasil. Tabela 1 - Principais leis e instituições federais envolvidas na gestão ambiental no Brasil. ANO INSTRUMENTO LEGAL ISTRAÇÃO DOS RECURSOS NATURAIS (1ª fase) 1934 Código de Águas (e Política Nacional de Recursos Hídricos-1997)

INSTITUIÇÃO

1934

Código de Florestal (modificado em 1965)

1934

Código de Minas (posteriormente Código de Mineração1967, modificado em 1966) Decreto-lei de Proteção ao Patrimônio

Serviço Florestal (desde 1921), depois DRNR (1959, IBF (1967), atual IBAMA (desde 1989) DNPM

1937

DNAE (atual Aneel) ANA

Iphan (também ao longo

Histórico, Artístico e Arqueológico 1938 Código de Pesca (modificado em 1967) 1961 Lei sobre monumentos arqueológicos e pré-históricos 1967 Lei de proteção à fauna 2000 Lei do sistema Nacional de Unidades de Conservação CONTROLE DA POLUIÇÃO INDUSTRIAL (2ª fase) 1973 Decreto 73.030 (criação da Sema)

dos anos, Sphan e IBPC) Sudepe (1962) (atual Ibama) Não cria nova instituição IBDF (atual Ibama) Não cria nova instituição

1975 Decreto Lei 1413 – controle da poluição industrial PALNEJAMENTO TERRITORIAL (3ª fase) 1979 Lei 6766 – parcelamento do solo urbano 1980 Lei 6803 – zoneamento ambiental nas áreas críticas de poluição 1988 Lei 7661 – plano nacional de gerenciamento costeiro

Sema, atual Ibama

2001 2002

Lei 10.257 – Estatuto da Cidade Decreto 4.297 – Zoneamento ecológico-

econômico

POLÍTICA NACIONAL DO MEIO AMBIENTE (4ª fase) 1981 Lei 6938 – Política Nacional do Meio Ambiente (alterações: leis 7.804/89 e 9.028/90) Fonte: SÁNCHEZ (2008)

Sema (1974), atual Ibama

Não cria nova instituição Não cria nova instituição Parte integrante da Política Nacional de Meio Ambiente

Não cria nova instituição Parte integrante da Política Nacional de Meio Ambiente Sistema Conama

Embora a exigência do licenciamento ambiental tenha sido incorporada à legislação federal brasileira somente em 1981 com a publicação da Política Nacional do Meio Ambiente, em alguns estados da federação há normatização anterior que exigia autorização para determinadas atividades. No Código Florestal de 1934, exigia-se autorização para atividades como supressão de vegetação para uso da madeira e ainda para caça e pesca, deixando claro que a preocupação da época era apenas com o uso dos recursos naturais. Em 1975, no Estado do Rio de Janeiro, o Decreto Lei nº 134 tornou obrigatória a prévia autorização para operação ou funcionamento de instalação ou atividade poluidora. Em São Paulo, a Lei número 997 de 1976 criou o Sistema de Prevenção e Controle da Poluição do Meio Ambiente, que em seu texto estabelece a necessidade de licenças e registros para instalação e funcionamento de empreendimentos potencialmente poluidores. 1019

Os diplomas legais estabelecem que qualquer atividade ou empreendimento que utilize recurso natural e possa de qualquer forma, causar degradação ambiental deve ser licenciado previamente pelo órgão ambiental competente. Dessa forma, há certa curiosidade em verificar quais atividades, obras ou serviços devem ser precedidos de licenciamento ambiental. RESULTADOS E DISCUSSÃO Ao analisar a legislação ambiental vigente, verifica-se que não cabe ao empreendedor julgar se o empreendimento ou atividade é ível de Licenciamento Ambiental e sim ao órgão competente para licenciar. Este é que julgará a necessidade do licenciamento, bem como os estudos ambientais necessários, que igualmente julgará os possíveis impactos do empreendimento ou atividades. No caso dos empreendimentos localizados em Organizações Militares do Exército Brasileiro, fica nítido pela simples leitura da legislação que ela não distingue, para efeitos de licenciamento ambiental, as obras públicas, sejam elas federais, estaduais ou municipais das particulares. No entendimento de Oliveira (2005) praticamente qualquer obra, seja ela pública ou privada, independente do tamanho ou da qualificação do responsável (pessoa física ou jurídica), para poder ser implantada está sujeita ao crivo do licenciamento ambiental. A Lei Complementar número 140 de 2011, estabelece que determinados empreendimentos de caráter militar, podem ser dispensados do licenciamento ambiental “nos termos de ato do poder executivo, aqueles previstos no preparo e emprego das Forças Armadas, conforme disposto na Lei Complementar número 97, de 1999”. Uma visão simplista do texto da Lei pode levar a um entendimento equivocado de que grande parte dos empreendimentos em organizações militares estaria eximida da necessidade de licenciamento ambiental, pelo fato de estarem voltados para o preparo e emprego das Forças Armadas. No entanto, como já foi abordado anteriormente, não cabe ao empreendedor, no caso o Exército Brasileiro, julgar a necessidade ou não do licenciamento, mas sim ao órgão ambiental competente. Ainda não há Decreto complementando a Lei nº140 de 2011, estipulando quais empreendimentos seriam enquadrados como previstos no preparo e emprego das Forças Armadas, sendo assim, cada situação deve ser analisada separadamente, à luz do caso concreto. Ainda que o Exército Brasileiro entenda que não há necessidade de licenciar um empreendimento em Organização Militar, por se tratar de empreendimento previsto no preparo e emprego das Forças Armadas, o órgão ambiental competente deve ser consultado para tal. Sempre ocorrerá certa insegurança jurídica para a Unidade Militar empreendedora. Sendo assim, a Unidade Militar ou a Comissão Regional de Obras, órgão técnico do Exército Brasileiro responsável pelas obras em Organizações Militares, deve oficiar o órgão ambiental competente para que este defina a necessidade ou não de licenciamento. Caso não ocorra uma determinação oficial do órgão ambiental quanto à exigência do licenciamento, o responsável pela Organização Militar, comandante ou diretor de OM e ainda o responsável técnico pelo empreendimento podem vir a incorrer na Lei de Crimes Ambientais, que no seu artigo 60 estabelece pena de detenção de um a seis meses, ou multa, para o caso de “Construir, reformar, ampliar, instalar ou fazer funcionar, em qualquer parte do território nacional, estabelecimentos, obras ou serviços potencialmente poluidores, sem licença ou autorização dos órgãos ambientais competentes”. (Art 60, Lei 9605 de 1998) A Lei Complementar 140/2011, revogou as competências originária (significativo impacto ambiental de âmbito nacional ou regional) e supletiva (inexistência, inércia ou inépcia do licenciamento estadual) do IBAMA previstas no art. 10, parágrafo 4º, da Lei 1020

6938/81. Os critérios definidores das competências também foram alterados, revogando-se a previsão da abrangência dos impactos contida na resolução CONAMA 237/97 e substitui pela tipologia que será proposta pelas comissões tripartites nacional, estaduais e do Distrito Federal. Fica mantido o critério de abrangência do impacto apenas para interpretação do impacto local, definidor da competência do município. Segundo o entendimento de Marchesan, Steigler e Cappelli (2013), os critérios definidores da competência para o licenciamento ambiental estão previstos na LC 140/2011 e baseiam-se na dominialidade (mar territorial, terras indígenas), no monopólio do exercício da atividade (nuclear), na segurança nacional (atividades militares), no órgão instituidor de unidade de conservação (exceto APA), na localização e desenvolvimento da atividade e na tipologia. Sobre a definição de tipologia proposta pela comissão tripartite, cabe ressaltar o entendimento da Procuradoria Federal Especializada do IBAMA. A tabela 2 mostra as alterações sucessivas referentes aos critérios definidores das competências para o licenciamento ambiental entre a Lei 6938/1981, a Resolução CONAMA 237/1997 e a LC 140/2011. Em regra geral a Lei Complementar 140/2011 redistribuiu a carga de responsabilidade entre os entes da federação, dando autonomia aos municípios que, desde que atendam aos critérios previstos em Lei, am a ter autonomia para licenciar empreendimentos e atividades previstas no artigo 9º da referida LC 140/2011, reduzindo assim a sobrecarga de responsabilidade antes atribuída ao IBAMA. Tabela 2 - Critérios de definição da competência para licenciamento ambiental. Legislação Lei 6938/1981 Resolução CONAMA Lei Complementar (Política Nacional 237/1997 140/2011 do Meio Ambiente) Abrangência do Abrangência do Geográfico Critérios Impacto Impacto Domínio Domínio Monopólio Monopólio Segurança nacional Segurança nacional Geográfico (bases Tipologia militares) (empreendimentos de caráter militar e comissão tripartite) Órgão Instituidor da Órgão Instituidor da Unidade de Unidade de Conservação Conservação- exceto APA Abrangência do impacto só para o município Fonte: Marchesan, Steigler e Cappelli (2013) Adaptado De acordo com a alínea f do Inciso XIV da LC 140/2011, fica claro que o licenciamento ambiental de empreendimentos de caráter militar é de competência do IBAMA, no entanto, surgem algumas questões a serem levantadas. Em primeiro lugar o legislador não especifica o que seriam empreendimentos de caráter militar, sendo assim, cabe analisar cada caso em particular, em regra geral, todo e qualquer empreendimento ou atividade realizada em área militar (organizações militares) ou com o objetivo de apoiar atividades militares relativas ao preparo e emprego das Forças Armadas, tendo como empreendedor umas das três as Forças

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Armadas (Marinha do Brasil, Exército Brasileiro ou Força Aérea Brasileira) podem ser consideradas como de caráter militar. CONCLUSÕES O Exército Brasileiro realiza obras de grande porte em forma de cooperação com outros órgãos como DNIT e Ministério da Integração, estas normalmente são obras de grande porte como rodovias federais e obras hidráulicas. Nesse contexto cabe aos Batalhões de Engenharia de Construção a execução das obras propriamente ditas, ficando a cargo do empreendedor a responsabilidade pelo licenciamento ambiental. No caso das obras de pequeno porte realizadas nas Organizações Militares, sob fiscalização das Comissões Regionais de Obras, a responsabilidade quanto ao licenciamento é do Exército Brasileiro. Com a edição da Lei nº 6938/81 (Política Nacional do Meio Ambiente), a a vigorar a necessidade de licenciamento ambiental, porém ela não especifica quais empreendimentos teriam essa obrigatoriedade e como o licenciamento seria operacionalizado. Em 1997 com a edição da Resolução CONAMA 237/ 97, são estabelecidos critérios para o licenciamento ambiental de empreendimentos com capacidade de causar degradação ambiental. No caso dos empreendimentos militares, a resolução apenas cita que é de competência do IBAMA, o licenciamento de bases ou empreendimentos militares, quando couber e observada legislação específica, no entanto entre os anos de 1997 a 2011 não foi editada legislação específica citada na Resolução CONAMA 237/97. Isso fez com que nesse período, os empreendimentos militares, quando avam pelo processo de licenciamento ocorria sempre a dúvida na identificação do órgão competente para licenciar. Após a LC 140/11, não há dúvida quanto à competência do IBAMA para licenciar empreendimentos militares, ainda que não tenha sido especificado em quais casos há a necessidade de licenciar empreendimentos desenvolvidos em áreas militares, tendo como empreendedor o Exército Brasileiro. A referida Lei definiu que caso haja necessidade de licenciamento, a competência é do IBAMA, podendo ser delegada, mediante convênio, aos órgãos ambientais Estaduais ou Municipais. Apesar da LC 140/11, aliviar bastante o IBAMA em termos de atribuições quanto à competência para o licenciamento, ela ratifica sua competência em licenciar empreendimentos de caráter militar. Apesar da edição da LC 140/11, ainda há certa “insegurança jurídica”, uma vez que não foram definidos quais os empreendimentos militares estariam enquadrados como previstos no preparo e emprego das Forças Armadas, os quais estariam liberados da exigência de licenciamento ambiental. Sendo assim, os órgãos responsáveis pelo licenciamento ambiental no Exército Brasileiro em todos os níveis, devem priorizar o atendimento as normas legais e procurar o IBAMA para definir a necessidade e os procedimentos necessários para o licenciamento ambiental. Como os estudos ambientais necessários, as normas e diretrizes a serem cumpridas, bem como possíveis adequações no projeto. Apenas em casos particulares como pequenas reformas e ampliações de pequeno porte nas Organizações Militares, estariam totalmente eximidas dessa necessidade. Antes da execução do projeto básico de qualquer empreendimento de caráter militar, deve-se iniciar a consulta ao IBAMA com a máxima brevidade possível, a fim de atender os prazos referentes às diversas fases do licenciamento ambiental. Em muitos casos poderá ocorrer um processo de licenciamento ambiental simplificado, porém em alguns empreendimentos como armazenamento de explosivos, munições e combustíveis, podem ser exigidos estudos ambientais mais detalhados a até mesmo, licença de operação para o empreendimento. Conclui-se a partir do estudo que, as ações referentes aos processos de licenciamento ambiental, desde a concepção, até a execução dos projetos de empreendimentos militares, 1022

devem ser pautadas no atendimento as normas vigentes e na fiscalização dos procedimentos por parte das empreiteiras contratadas, os prazos para obtenção das licenças em todas as fases, bem como as condicionantes referentes a cada uma delas devem sempre ser observadas. REFERENCIAS BECHARA, Erika. Licenciamento e compensação ambiental. São Paulo: Atlas, 2009. BIDONE, E. D; MORALES, P. D. Desenvolvimento Sustentável e Engenharia: enfoque operacional. Rio de Janeiro: Fundação Ricardo Franco, 2004. BRAGA, Benedito et al. Introdução à Engenharia Ambiental. São Paulo: Pearson, 2005. BRASIL. Boletim do Exército Brasileiro número 041 de 14 de outubro de 2011, que publicou a Instrução Reguladora 50-20 (IR 50-20) BRASIL. Constituição da república federativa do Brasil de 1988. Artigos 23 e 225. BRASIL. Lei Complementar nº 140, de 08 de dezembro de 2012. Fixa normas, nos termos dos incisos III, VI e VII do caput e do parágrafo único do art. 23 da Constituição Federal, para a cooperação entre a União, os Estados, o Distrito Federal e os Municípios nas ações istrativas decorrentes do exercício da competência comum relativas à proteção das paisagens naturais notáveis, à proteção do meio ambiente, ao combate à poluição em qualquer de suas formas e à preservação das florestas, da fauna e da flora; e altera a Lei no 6.938, de 31 de agosto de 1981. BRASIL. Lei nº 6766 de 19 de dezembro de 1979. Dispõe sobre o Parcelamento do Solo Urbano e dá outras Providências BRASIL. Lei nº 6803 de 02 de julho de 1980. Dispõe sobre as diretrizes básicas para o zoneamento industrial nas áreas críticas de poluição, e dá outras providências. BRASIL. Lei nº 6.938, de 31 de agosto de 1981. Dispõe sobre a Política Nacional do Meio Ambiente, e dá outras providências. BRASIL. Lei nº 7347, de 24 de julho de 1985. Disciplina a ação civil pública de responsabilidade por danos causados ao meio-ambiente, ao consumidor, a bens e direitos de valor artístico, estético, histórico, turístico e paisagístico (VETADO) e dá outras providências. BRASIL. Lei nº 9605, de 12 de fevereiro de 1998. Dispõe sobre as sanções penais e istrativas derivadas de condutas e atividades lesivas ao meio ambiente e da outras providências. BRASIL. Lei nº 9.985, de 18 de julho de 200. Institui o Sistema Nacional de Unidades de Conservação da Natureza- SNUC BRASIL. Orientação Jurídica Normativa nº 43/2012/PFE/IBAMA. Competência do IBAMA para licenciar empreendimentos após a publicação da Lei Complementar 140/2011. BRASIL. Resolução CONAMA nº 1, de 23 de janeiro de 1986. Dispõe sobre os critérios básicos e diretrizes gerais para a avaliação de impacto ambiental. BRASIL. Resolução CONAMA nº 237, de 19 de dezembro de 1997. Dispõe sobre a revisão e complementação dos procedimentos e critérios utilizados para o licenciamento ambiental. CARSON, Rachel L. Primavera Silenciosa, 1962. Tradução de Claudia Sant’Ana Martins . São Paula: GAIA, 2010. COMISSÃO MUNDIAL SOBRE MEIO AMBIENTE E DESENVOLVIMENTO. (1988) Nosso Futuro Comum. Rio de Janeiro: Fundação Getúlio Vargas. DEAN, W. A ferro e fogo. A história e a devastação da mata atlântica brasileira. São Paulo: Companhia das Letras, 1997. FEDERAÇÃO DAS INDÚSTRIA DO RIO DE JANEIRO (FIRJAN). Manual de licenciamento ambiental: guia de procedimento a a o. Rio de Janeiro: FIRJAN, 2004. FEARNSIDE, P. Brazil’s Balbina dam: Environment verus the legacy of the pharaohs in Amazonia Environmental management, 1989. 1023

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

ESTUDO SOBRE FONTES DE ENERGIA ATRAVÉS DA AVALIAÇÃO DO CICLO DE VIDA ENERGÉTICO NO ESTADO DO RIO DE JANEIRO CHRISTO, ELIANE DA SILVA1; COSTA, KELLY ALONSO2; PEREIRA, RAFAEL3; OLIVEIRA, CAROLINE4 1

Professor – Departamento de Engenharia de Produção, UFF [email protected], Professor – Departamento de Engenharia de Produção, UFF [email protected], 3 Aluno – Graduação de Engenharia de Produção, UFF [email protected], 4 Aluno – Graduação de Engenharia de Produção, UFF [email protected], 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO : As discussões na sociedade atual giram em torno dos impactos causados por um modelo de desenvolvimento não-sustentável, com base em dependência excessiva de fontes de energia, o uso indiscriminado dos recursos naturais e a degradação do meio ambiente. O planejamento da demanda de energia e a pesquisa sobre fontes renováveis motivam os estudos de sistemas de energia estruturados em seus ciclos de vida de soluções viáveis neste setor, considerando a atual mudança climática e esgotamento dos recursos. Em particular, o parque gerador elétrico da região fluminense no estado do Rio de Janeiro é composta por hidrelétrica, térmica convencional e termonuclear, tendo alcançado uma capacidade instalada superior a 7,390.8 MW em 2009. Este ano, a produção de energia elétrica no Estado do Rio de Janeiro foi de 34.152 GWh, o que representou 7,3% da produção nacional, e o consumo de 38.944 GWh representaram 9,1% do consumo do país. Nos próximos anos, espera-se um aumento no consumo de energia elétrica devido ao aquecimento da economia estadual e de atrair grandes investimentos industriais. Além disso, o Estado terá que ampliar a capacidade de suas instalações de geração elétrica. No entanto, o principal objetivo deste projeto é fazer um estudo comparativo das fontes de energia, através da avaliação do ciclo de vida da energia na busca de alternativas viáveis para a demanda de energia elétrica na região sul do Rio de Janeiro. PALAVRAS–CHAVE: ciclo de vida energético, fontes de energia, sustentabilidade.

STUDY ON ENERGY SOURCES THROUGH THE LIFE CYCLE ASSESSMENT OF ENERGY OF THE RIO DE JANEIRO STATE ABSTRACT: The discussions in the current society turn to the impacts caused by a non-sustainable development model based on excessive dependence on energy sources, the indiscriminate use of natural resources and the degradation of the environment. The planning of energy demand and the search about renewable sources motivates the studies of energy systems structured in their life cycles to viable solutions in this sector, considering the current climate change and resource depletion. In particular, the electrical generator park of fluminense region in the state of Rio de Janeiro is composed of hydroelectric, thermal and conventional thermonuclear, having reached an installed capacity exceeding 7,390.8 MW in 2009. This year, the production of electricity in the State of Rio de Janeiro was 34,152 GWh, which ed for 7.3% of national production, and consumption of 38,944 GWh represented 9.1% of the country's consumption. In the coming years, we expect an increase in electricity consumption due to heating of the state economy and the attracting of large industrial investments. Moreover, the state will have to expand the capacity of its electric generating facilities. However, the main objective of this project is to make a comparative study of energy sources through the life cycle assessment of energy seeking viable alternatives to the electricity demand in the southern region of the Rio de Janeiro state. KEYWORDS: life cycle energy, energy sources, sustainability

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INTRODUÇÃO O cenário atual de eventos que o Brasil será sede, mais especificamente o estado do Rio de Janeiro, indica a necessidade de uma análise da infra-estrutura em diversos setores, como o energético. Para a realização da Copa do Mundo de Futebol em 2014 e dos Jogos Olímpicos em 2016, o estado necessitará de uma forte e bem estruturada malha energética que consiga ar a grande demanda de energia que ocorre tanto durante o processo de preparação, quanto durante a execução destes eventos. Em paralelo à preparação para estes eventos, o estado do Rio de Janeiro, tem ado por um momento de intensos investimentos industriais, principalmente a região norte do estado, com grandes empreendimentos no setor petroquímico na bacia de Campos e na região sul do estado, que tem recebido um grande número de montadoras de automóveis e demais empresas relacionadas ao segmento. Para conseguir abastecer os enormes e variados parques industriais já existentes no estado, os que estão em processo de criação, a população e os eventos mencionados, é necessário que existam opções capazes de suprir a demanda de forma sustentável e financeiramente viável. Apesar de ser um dos estados com maior variedade de empresas e segmentos, essa variedade não é a mesma quando se refere de onde vem a energia utilizada, já que grande parte provém de termoelétricas, que causam graves problemas ao meio ambiente e da dependência de hidroelétricas, que fazem com que o setor fique dependente da época das cheias. Dessa forma, estudar maneiras alternativas de obter esta energia, mas sempre de forma limpa e sustentável se faz necessária e é um dos focos deste estudo. Bronzatti e Neto (2008) consideram que a grande dificuldade em aumentar a utilização de energias renováveis na matriz energética brasileira se deve ao alto custo de investimento e de produção energética, sendo que a energia solar ainda necessita de uma redução de custo na ordem de 5 vezes. Já a energia eólica, possui um custo de produção menor, tecnologia mais difundida e um custo de investimento competitivo. Sendo assim, é perceptível a necessidade de investimentos em novas tecnologias relacionadas às fontes renováveis e que mantenham o mesmo potencial que outras fontes consideradas sujas que ainda hoje continuam sendo as principais em atender as demandadas dos diversos segmentos da sociedade. Este estudo visa ainda o levantamento de dados referente às variadas fontes energéticas que compõem a matriz energética do estado, e também obter dados como a produção, a demanda, a região com maior capacidade produtiva, impactos que o processo de obtenção causa ao meio ambiente, dentre outros aspectos que podem enriquecer nosso material. Através dessas informações, poder-se-á elaborar um inventário energético do estado do Rio de Janeiro, que auxiliará a projetar cenários futuros e juntamente com a análise de ciclo de vida energético, novas ou potenciais maneiras de obter a energia necessária. Visando compreender melhor como ocorre o ciclo de vida destas energias em questão, a avaliação do ciclo de vida energético, neste artigo, visa caracterizar todas as etapas pelas quais a energia a desde a sua fonte até a disposição no consumidor final que auxilia na compreensão da utilização e capacidade de atender a demanda existente para cada uma. MATERIAL E MÉTODOS Tendo como fronteira de estudo o estado do Rio de Janeiro, nossas análises partirão das fontes energéticas que existem no estado, independente da produção e utilização atual de cada uma, desenvolvendo assim uma pesquisa teórica e quantitativa referente às quantidades produzidas e o conceito de cada maneira de obter energia. Inicialmente, serão apresentados dados referentes à produção, consumo e demanda de energia do estado. E também dados que apresentem o quanto tem sido produzido por cada fonte nos últimos anos, a demanda e o 1026

consumo por cada setor da sociedade. Estes dados servirão para que seja possível criar um banco de dados por fonte e assim conseguir projetar previsões para os próximos anos. Fontes energéticas e suas classificações A pesquisa de fontes energéticas abordou a definição das fontes de energia, as características das mesmas, as formas como são produzidas, a quantidade de energia produzida por estas no Brasil e as suas localizações no Brasil. Estão sendo estudados a energia proveniente de hidrelétrica, as energias derivadas do petróleo, o gás natural, a energia nuclear, a energia eólica, a energia geotérmica, a energia solar, a energia proveniente das marés, a energia das ondas, a biomassa e a energia proveniente de resíduos. Buscando compreender a maneira que cada fonte energética atua, é necessário que se entenda o que é uma fonte limpa e uma fonte suja de energia. De acordo com Pomilio (2012), entende-se por energia limpa uma forma de energia que, para sua produção, não leve a emissão de gases ou outros resíduos nocivos, ou que contribuam para o chamado efeito estufa. Em contrapartida, uma fonte de energia suja trata da energia originária de fontes que seja no processo de obtenção ou uso, poluem o meio ambiente, provocando alterações nas características originais do meio. Este tipo de energia é oriundo de fontes não renováveis, como os combustíveis fósseis que, no seu processo de utilização, lançam na atmosfera gases como dióxido de carbono. Para um melhor entendimento será feito um sintético desdobramento sobre as energias e suas classificações. Entende-se por energia hidrelétrica aquela “gerada pelo aproveitamento do fluxo das águas em uma usina na qual as obras civis – que envolvem tanto a construção quanto o desvio do rio e a formação do reservatório – são tão ou mais importantes que os equipamentos instalados” (ANEEL, 2008). Conforme Magalhães (2006), a implantação de hidrelétricas provoca vários impactos sociais e ambientais. Há um desequilíbrio do meio ambiente local com possíveis desaparecimentos de espécies de fauna e flora, assim como desestruturações sociais, como a perda da identidade e produção da comunidade local. Segundo a Aneel (2008), “o petróleo é um óleo inflamável, formado a partir da decomposição, durante milhões de anos, de matéria orgânica como plantas, animais marinhos e vegetação típica das regiões alagadiças, e encontrado apenas em terreno sedimentar”. Ainda segundo a Aneel (2008), o petróleo deve ser refinado a fim de ser utilizado, pois na forma em que é encontrado na natureza, não permite aplicação direta como fonte de energia, e, após o refino, pode ser convertido em GLP, gasolina, óleo diesel, asfalto, dentre outros. A Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL, 2005) afirma que “a geração de energia elétrica a partir de derivados de petróleo ocorre por meio da queima desses combustíveis em caldeiras, turbinas e motores de combustão interna”. Para o suprimento energético de comunidades isoladas da rede elétrica convencional são indicados geradores a diesel (ANEEL, 2005). Há evidências que os principais impactos da geração de energia elétrica a partir de derivados petróleo acontecem em decorrência da emissão de poluentes na atmosfera, principalmente os fases de efeito estufa. Pelo menos parte das mudanças climáticas verificadas nas últimas décadas, entre elas o aumento da temperatura média do planeta, tem sido atribuída ao aumento da concentração de gases como dióxido de carbono, metano e óxido nitroso na atmosfera. O processo de geração de energia nuclear a partir da propriedade dos átomos. Alguns elementos químicos apresentam a propriedade de, através de reações nucleares transformar

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massa em energia. Este processo acontece espontaneamente em alguns elementos e em outros precisa ser provocado através de técnicas específicas (ELETROBRÁS, 2013). Os principais riscos associados à produção de energia elétrica das usinas nucleares estão relacionados ao risco da extração dos minérios das minas, a logística envolvendo transportes e o enriquecimento, seguindo para as fases dos reatores até a fase final de descarte. O risco está presente em todas estas etapas. No caso desta matriz energética o risco é extremamente elevado, pois o material é extremamente radioativo, o que causa contaminações podendo levar até a morte. No que tange a energia eólica, atualmente, na grande maioria dos casos, a utilização desta energia ocorre com a finalidade de gerar energia elétrica para, possivelmente, bombear água, aquecer ambientes, ligar máquinas diversas, moer grãos, usos domésticos ou de pequenas empresas, entre outros. Isso ocorre pelo fato da eletricidade ser uma forma muito cômoda e usual de distribuição de energia (SANTOS; RAMOS, 2006). Segundo a Aneel (2008), “a geração eólica ocorre pelo contato do vento com as pás do cata-vento, elementos integrantes da usina. Ao girar, essas pás dão origem à energia mecânica que aciona o rotor do aerogerador, que produz a eletricidade”. A quantidade de energia gerada depende diretamente da densidade do ar, da velocidade do vento e da área coberta pela rotação das pás (ANEEL, 2008). Segundo a Aneel (2005), várias fontes de energia dependem indiretamente da energia que vem do sol, mas considera-se energia solar, como fonte de energia, aquela que utiliza diretamente a radiação solar como fonte de energia térmica. “Entre os vários processos de aproveitamento da energia solar, os mais usados atualmente são o aquecimento de água e a geração fotovoltaica de energia elétrica” (ANEEL, 2005). No entanto, “os equipamentos que permitem o aproveitamento dessa energia, principalmente na conversão em energia elétrica ainda são caros e iníveis à maioria da população” (TIRADENTES, 2007). A continuidade das atividades deste estudo tem por objetivo o levantamento de dados ligados ao histórico destas e de outras fontes energéticas, para que possa ser feita uma análise de como vêm se portando estas energias nos últimos anos em comparação aos investimentos realizados, demanda e disponibilidade. Ressalta-se também investigação dos potenciais das fontes, assim como a classificação através de indicadores de sustentabilidade. Malha energética O estado do Rio de Janeiro, além de possuir um elevado consumo residencial e comercial, possui também uma grande variedade de segmentos que compõem a sua economia como o segmento automobilístico, siderúrgico, petrolífero, alimentício dentre outros. Contudo, quando se trata da origem da energia que sustenta todo consumo, principalmente todos estes pólos industriais, o estado ainda se mantém a poucas opções, em grande parte não renováveis, capazes de sustentar toda a economia vigente e os diversos empreendimentos e eventos programados para o estado (como por exemplo: copa do mundo e olimpíadas). A tabela 1 compara a evolução da produção com o consumo energética durante os anos de 1980 até 2009 no estado do Rio de Janeiro. Através dos dados da tabela 1, que foram retirados dos balanços energéticos do estado do Rio de Janeiro, observa-se que, ano após ano, a demanda (consumo) de cada um dos tipos de energia apresenta uma tendência de crescimento e que nem sempre a oferta (produção) consegue acompanhar na mesma proporção.

1028

Tabela 1 – Produção de energia elétrica e consumo em GWh no estado do Rio de Janeiro.

Ano

Produção de Eletricidade (GWh) – RJ

Consumo de Eletricidade (GWh) RJ

1980

7027

17007

1985

10242

22261

1990

8862

25824

1995

9620

28598

2000

20182

37938

2001

28626

35065

2002

28276

33900

2003

26089

34773

2004

26074

35383

2005

25819

36867

2006

31779

37696

2007

30230

37999

2008

42197

38011

34152 38944 2009 Fonte: Balanço energético do estado do Rio de Janeiro de 2009

Analisando os dados e nas análises e projeções feitas por Bronzatti e Neto (2008), dois aspectos são facilmente perceptíveis, o primeiro é quanto vem aumentado a demanda energética no estado independente da fonte e alavancada principalmente pelo setor industrial e residencial, as quantidades necessárias de cada uma se tornam maiores, porém a proporção de aumento não é acompanhada por aumentos na produção e principalmente de fontes não sustentáveis. O segundo aspecto refere-se à falta de um agrupamento padrão das informações, onde podem ser encontradas informações referentes às quantias produzidas transmitidas e consumidas por cada uma das fontes. Um balanço energético mais completo de todo estado, englobando todas as fontes que já apresentam uma produção considerável e aquelas que estão sendo desenvolvidas, seus resultados e históricos. A falta de tais dados juntamente com a falta de informações referentes ao processo de transmissão faz com que o estudo de viabilidade de implantação e instalação fique prejudicado. Metodologia de Estudo Energético Sugerida: Análise do Ciclo de Vida Energético Dentre as várias metodologias de estudos ambientais, destaca-se a Análise do Ciclo de Vida (ACV) cuja característica principal é a consideração dos impactos de todas as etapas do ciclo de vida de um produto ou processo, desde a extração de matérias primas até o descarte final do produto, gerando uma análise mais realística. Infelizmente, este seu ponto forte a torna, muitas vezes, uma metodologia difícil de ser realizada dada à dificuldade de se limitar a fronteira do sistema estudado e até mesmo obter certas informações. Surge, então, uma metodologia alternativa que não foca nos impactos generalizados, mas sim nas entradas e saídas energéticas do ciclo. Esta metodologia é chamada Análise do Ciclo de Vida Energético (ACVE).

1029

Abaixo são apresentados os conceitos teóricos necessários à compreensão da ACV e da ACVE e é descrita a ACV de sistemas energéticos. Análise do ciclo de vida A ACV é uma metodologia que “estuda os aspectos ambientais e os impactos potenciais ao longo da vida de um produto (isto é, do “berço ao túmulo”), desde a aquisição da matériaprima, ando por produção, uso e deposição” (ABNT, 2001, p.2). A norma ISO 14040 que normaliza uma ACV especifica quatro etapas indispensáveis a uma análise do tipo: definição de objetivo e escopo; análise de inventário; avaliação de impactos; e interpretação de resultados (ABNT, 2001, p.4). Na fase de definição de objetivo e escopo é importante que seja estipulada a unidade funcional, que representa uma base de referência para toda a pesquisa. Segundo a ABNT (2001, p.6) “uma unidade funcional é uma medida do desempenho das saídas funcionais do sistema de produto”. Além da unidade funcional, é necessário determinar as fronteiras do sistema a ser estudado. Essas duas características são de grande importância quando um estudo da ACV é conduzido a fim de comparar dois ou mais sistemas, pois estes devem ser comparados sobre bases equivalentes (ABNT, 2001, p.6). Ainda segundo a ABNT (2001, p.7), a análise de inventário engloba a coleta dos dados necessários para o desenvolvimento do estudo. Na fase de avaliação de impactos, os dados do inventário são relacionados a grupos de impactos, muitas vezes essa etapa se subdivide em classificação; caracterização e ponderação (ABNT, 2001, p.7). Na fase de classificação os impactos são agrupados em categorias, na de caracterização, estes são comparados a fim de se obter um tamanho relativo dos impactos em determinada área e, por fim, na fase de ponderação cada impacto recebe um “peso de importância” (TAN; KHOO, 2005). As categorias de impactos vão das mais óbvias, como impactos ambientais (uso de terra, ruídos e poluição local, por exemplo) a impactos econômicos, sociais e de segurança, dependendo dos objetivos da análise conduzida (SORENSEN, 1994). Por fim, na interpretação, os resultados da análise de inventário e da avaliação de impactos são combinados com os objetivos e escopo definidos a fim de se alcançar conclusões e recomendações (ABNT, 2001, p.7). Vale ainda ressaltar que “a fase do fim da vida útil geralmente inclui algum tipo de reciclagem que resulta em “créditos” positivos de energia, baixando os impactos do ciclo de vida do produto de uma maneira geral” (NAVIGANT CONSULTING, 2012, p.19). Análise do ciclo de vida energético A Análise Energética do Ciclo de Vida (AECV) também chamada de Análise do Ciclo de Vida Energético (ACVE) é uma análise baseada na ACV descrita pela ISO 14040, mais focada na elaboração de um inventário de dados de consumo energético e que ainda assim permite a avaliação de impactos ambientais importantes como, por exemplo, a emissão de gases do efeito estufa (TAVARES, 2006, p.56). Nesta análise, segundo Fay, Treloar e Iyer-Raniga (2000, p.32), a energia é tida como único parâmetro para a avaliação de impactos ambientais. Apesar de ser uma análise mais rápida e simplificada, o propósito da ACVE não é substituir uma ACV ou outra ferramenta de análise ambiental mais abrangente, mas sim

1030

facilitar a tomada de decisões no âmbito da eficiência energética (FAY; TREOLAR; IYERRANIGA, 2000, p.32). A ACVE parte, assim como a ACV, da definição dos objetivos e do escopo do estudo, bem como a especificação das fronteiras do sistema e da unidade funcional. A etapa de análise de inventário é, segundo Huberman e Pearlmutter (2007, p.839), o coração da ACVE; é a fase em que o fluxo de energia é quantificado para que, na análise de impactos, esse consumo de energia seja convertido em “impactos observáveis”. A fase final de interpretação segue os padrões da ACV definida acima. Análise do Ciclo de Vida de Sistemas Energéticos O aumento da demanda por energia elétrica e a crescente preocupação com a questão ambiental geram a necessidade de se estudar as diferentes formas de gerar energia a fim de comparar seus pontos fortes e fracos e optar por opções de geração eficientes e, ao mesmo tempo, sustentáveis. Nesse contexto surge o conceito de Análise do Ciclo de Vida de Sistemas Energéticos. Os objetivos gerais deste tipo de análise são a observação das consequências em longo prazo do sistema energético escolhido, identificação de possibilidades de melhorias nas etapas do mesmo e identificação de áreas com potencial para pesquisas (MARTINS, 1999, P.88). Segundo Martins (1999, p.88), um sistema energético pode ser definido como “o ciclo completo de geração, distribuição e uso da energia inserido dentro de um contexto tal como um país, uma cidade ou qualquer outro domínio que possa ser definido em termos de fronteiras onde os fluxos de energia e matéria possam ser identificados”. Por ser uma ACV, esse tipo de análise segue o mesmo esquema de definição de objetivos e escopo, análise de inventário, avaliação de impactos e interpretação de resultados. O Inventário de Ciclo de Vida (ICV) de um sistema energético de acordo com Yokote (2003, p.126) é a soma sinérgica dos ICVs de geração, transmissão e distribuição desse sistema. Ribeiro (2003, p.132) ao realizar uma ACV da Usina Hidrelétrica de Itaipu registrou o conceito de pay-back de energia do ciclo de vida da usina. “O pay-back energético representa a quantidade de energia gerada a partir de cada unidade de energia investida no ciclo de vida, e para sua contabilização somam-se todas as entradas de recursos energético do ciclo de vida (cabe dizer que neste tipo de cálculo considera-se o conteúdo energético de cada recurso mesmo sendo este utilizado como matéria- prima e não como fonte energética do processo)”. (RIBEIRO, 2003, p.132) Este conceito é importante ao se pensar na possibilidade de realizar uma ACVE de um sistema energético. RESULTADOS E DISCUSSÃO Com o intuito de investigar em quais fontes o estado do Rio de Janeiro deveria investir em curto prazo, analisando tanto o aspecto da eficiência quanto o da sustentabilidade dos recursos naturais, sugere-se, então, que seja abordada uma avaliação do ciclo de vida energético. Esse estudo engloba todos os sistemas energéticos do estado com as etapas de geração energética das fontes instaladas no estado considerando a demanda. A pesquisa por dados referentes à produtividade de cada fonte energética abordada, juntamente com histórico que apresentasse a evolução da demanda com o ar dos anos até a presente data, mostra que mesmo relatórios de instituições federais e estaduais, como os Balanços Energéticos Federais (BEN) e Balanços Energéticos do Estado do Rio de Janeiro, possuem deficiências nos dados. Dessa maneira, é preciso realizar um intenso processo de 1031

mineração, reunindo dados de variadas fontes, para obter um resultado com uma melhor visualização do cenário io de estudo, como ocorreu na elaboração da tabela 2. Tabela 2 - Capacidade Instalada de Geração Elétrica (MW) Capacidade Instalada de Geração Elétrica (MW) Hidroelétrica

Termoelétrica

Energético

Siderurgia

2005

1.140

4.307

425,9

275

2006

1.014

3.020

483,7

235,2

2007

1.139

4.958

618,2

235,2

2008

1.219

4.429

652,2

235,2

2009

1.234

5.142

682,6

243,9

2010

1.259

5.160

63,3

235,2

2011

1.187

5.057 63,9 Fonte: BEN, adaptado pelo autor

722,3

Pela análise da composição da malha energética instalada no estado estado percebe-se percebe a presença majoritária de termoelétricas, que além dos impactos que o processo de obtenção da energia elétrica causa ao meio ambiente, produz uma energia de alto custo para o consumidor final. Com base em informações do Banco de Informações Informações de Geração da Aneel sobre usinas geradoras em cada estado do Brasil, foi feito um refinamento desses dados para o estado do Rio de Janeiro e, pesquisando nos endereços virtuais das empresas citadas pode-se pode obter a relação entre usinas privadas e estatais por fonte no estado conforme a tabela 3.

TIPO

Tabela 3 - Geração Energética no Estado do Rio de Janeiro PRIVADAS e SEM PRIVADAS SITE**

ESTATAIS

TOTAL

QUANTIDADE

POTÊNCIA* (kW)

QUANTIDADE

POTÊNCIA* (kW)

QUANTIDADE

POTÊNCIA * (kW)

QUANTIDADE

POTÊNCIA* (kW)

UHE

2

55000

5

698650

5

698650

7

753650

UTE

11

3469764

37

1692908,4

48

749105

59

4218869

EOL

0

0

1

0

1

0

1

0

UTN

2

657000

0

0

0

0

2

657000

PCH

1

0

21

285520

2

2400

3

2400

CGH

0

0

1

0

10

302490

10

302490

TOTAL

16

4181764

65

2677078,4

66

1752645

82

5934409

*Potência Fiscalizada; ** Algumas empresas não apresentam endereço eletrônico e não se constatou se são estatais ou privadas

Fonte: Autor (2013)

Para facilitar a visualização dos dados e sua distribuição no estado do Rio de Janeiro foi elaborada a figura 1.

Figura 1 – Participação percentual de cada tipo de geração elétrica no Rio de Janeiro Fonte: Autor (2013)

1032

Esses dados levam em conta não apenas a energia destinada ao serviço público, mas também a autoprodução de energia; a autoprodução de energia e comercialização de excedente; a comercialização de energia; a produção independente de energia e a energia a ser gerada por usinas com registro, mas que não iniciaram sua operação. A grande participação da energia termelétrica na matriz energética do estado considerando todos os destinos de energia e também considerando apenas o serviço público – 56,7% de acordo com o Balanço Energético do Estado do Rio de Janeiro 2010 – sugeriu uma busca pela localização mais específica das usinas no estado, já que este perfil estadual é antagônico ao perfil energético do país, constituído, em mais de 80%, por fontes renováveis (EPE, 2012). Então, refinando e agrupando mais uma vez os dados do Banco de Informações de Geração da Aneel, obteve-se a figura 2:

Figura 2 – Localização das fontes energéticas no Rio de Janeiro Fonte: Autor (2013)

Estas informações unidas ao certo aumento da demanda por eletricidade no estado, sobretudo na região metropolitana, devido aos eventos internacionais que ocorrerão nos próximos anos, geram os seguintes questionamentos: “A atual geração elétrica no estado poderá suprir o grande crescimento da demanda?” e “Caso negativo, a saída seria aumentar ainda mais o uso da energia termelétrica, caracterizada pelos altos danos ambientais?”. A metodologia ACVE além de não ser regulamentada, ainda é muito pouco estudada, sobretudo no Brasil. Pode-se compreender como esta deve ser conduzida e já foi iniciado o processo de coleta de dados para a elaboração do Inventário do Ciclo de Vida Energético do Estado do Rio de Janeiro. A continuidade das pesquisas deste trabalho será o levantamento completo dos dados qualitativos e quantitativos para a elaboração do inventário do ciclo de vida das fontes. Reunir informações que mostrem a geração, a demanda e as perdas durante o processo de transmissão e distribuição será um dos grandes desafios para a próxima etapa da investigação. 1033

As informações pesquisadas permitirão verificar o percentual da energia que o estado tem que importar para manter as suas atividades atualmente. Então, será possível o rastreamento da energia necessária para completar a demanda e principalmente qual fonte é utilizada para isto. CONCLUSÕES Com a análise dos dados referentes à produção energética do estado do Rio de Janeiro a partir do ano de 2001 até o ano de 2012, pode-se perceber que não existe uma grande mudança com relação à quantidade produzida por cada fonte energética, confirmando que a matriz energética, além de não ser renovada, não se ajusta à projeção de crescimento da economia do estado. Isto fica mais evidente quando se analisa os números referentes à demanda energética, que vem crescendo nos últimos anos, ligada principalmente aos empreendimentos, e também ao aumento populacional devido, sobretudo, à migração interregional e, algumas vezes, à migração internacional, ambas com destino às regiões norte e sul do estado. Apesar de existir uma vasta lista de fontes energéticas já trabalhadas ou ao menos estudadas no Brasil, o estado do Rio de Janeiro não tem apresentado uma evolução tão consistente neste aspecto, fazendo com que a produção não convencional não tenha uma representação maior entre os consumidores residenciais e industriais que acabam por ter as maiores demandas. Por isso são os mais afetados quando ocorre a falta de energia, como em alguns períodos do ano, quando empresas têm que reduzir a produção por não poderem utilizar seus equipamentos integralmente. Outro problema em que o avanço energético esbarra é a falta de linhas de transmissão ou altas perdas, que fazem com que o custo da energia fique muito elevado e mesmo sendo positiva pelo aspecto ambiental, pelo aspecto econômico se torna inviável. Isto acaba ocorrendo pelo fato de não serem totalmente vinculadas às empresas que fazem a produção daquelas responsáveis pela distribuição. Os estudos referentes ao ciclo de vida energético nos proporcionaram perceber que o estudo por fontes energéticas que sejam capazes de gerar energia na mesma demanda e com eficiência que os novos eventos e setores da sociedade, são fundamentais para que esses avanços, não sejam a qualquer custo e que respeitem o meio ambiente, que durante o processo de produção ou utilização, sejam mais sustentáveis o possível. Dessa maneira, a continuidade destes estudos se faz necessária, a fim de que uma gama maior de análises seja feita com as fontes até então abordadas e para que novas propostas de obtenção de energia possam ser elaboradas, além de maiores informações sobre o histórico de cada uma delas até hoje, com o intuito de que, utilizando métodos matemáticos, possamos fazer projeções mais detalhadas para os segmentos. Inventário este que se tornaria o primeiro a ser desenvolvido no estado, até então, e que seria de grande utilidade para futuros projetos acadêmicos, que assim como este, tiverem como objetivo analisar a matriz energética do estado e com base nas informações de cada uma das fontes energéticas, propor soluções viáveis pelo aspecto econômico e ambiental. REFERÊNCIAS ABNT, Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 14.040: Gestão ambiental Avaliação do ciclo de vida - Princípios e estrutura. Rio de Janeiro, 2001, 10p. ANEEL- Agência Nacional de Energia Elétrica. Disponível em . o em 07 de setembro de 2013.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e eio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

ANÁLISE DA IMPLEMENTAÇÃO DE UM SISTEMA DE GESTÃO INTEGRADA EM ORGANIZAÇÕES DE TECNOLOGIA DA INFORMAÇÃO SOB A ÓTICA DA ALTA ISTRAÇÃO RAPHAEL TALAYER DA SILVA LAGES1, SERGIO LUIZ BRAGA FRANÇA2 1 2

M. Sc., Universidade Federal Fluminense, (21) 9284-2288, [email protected]. D. Sc., Universidade Federal Fluminense, (21) 9187-8337, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: As organizações para garantir a continuidade dos negócios aram a implementar sistemas de gestão para obtenção da melhoria de seus processos internos, aumento na participação do mercado e da sua lucratividade. Este artigo tem como objetivo analisar o processo de implementação de um sistema de gestão integrada em organizações de tecnologia da informação sob a ótica da alta direção, utilizando como instrumentos de coleta de dados a pesquisa bibliográfica, pesquisa de campo e entrevistas com a alta istração, através de questionário para identificar os pontos positivos e pontos de melhoria durante a implantação do projeto. Por fim, conclui-se que os gestores aprovam a adoção de um sistema de gestão integrada, e que todo o esforço de conscientização dos funcionários é realizado de forma satisfatória, e apesar da grande adesão aos treinamentos, a alta istração reconhece que o envolvimento dos funcionários de ter uma maior aderência para garantir uma maior eficiência no sistema de gestão integrada. PALAVRAS–CHAVE: Sistema de gestão integrada, alta direção, tecnologia da informação.

REVIEW ABOUT THE IMPLEMENTATION OF AN INTEGRATED MANAGEMENT SYSTEM IN INFORMATION TECHNOLOGY ORGANIZATIONS IN THE PERSPECTIVE OF SENIOR MANAGEMENT ABSTRACT: Organizations to ensure business continuity began to implement management systems to achieve the improvement of their internal processes, increase in market share and profitability. This research aims to analyze the process about the implementing of an integrated management system at information technology organizations up to the perspective of senior management, using as instruments to collect data to bibliographic research, field research and interviews with senior management, through a questionnaire to identify strengths and areas for improvement during the project implementation. Finally, it is concluded that managers approve the adoption of an integrated management system, and that any effort to raise awareness of employees is carried out satisfactorily, and despite the great adherence to training, senior management recognizes that the involvement of employees to have a better grip to ensure greater efficiency in the integrated management system. KEYWORDS: Integrated Management System, Senior Management, Information Technology.

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INTRODUÇÃO Segundo Falconi (1992), a padronização das rotinas organizacionais começou no início do século XIX, quando a Revolução Industrial deixou de para trás o sistema de trabalho artesanal, obrigando as organizações a serem maiores, mais velozes e com a habilidade de absorver os novos conceitos de produtividade e tecnologia. Nessa época, e até hoje, é possível observar a presença direta e constante do proprietário da organização nas atividades, o que permite pleno conhecimento de quase todas as atividades de sua organização. Com os constantes avanços de tecnologia e dos processos produtivos, a necessidade de modernização das organizações tornou-se cada vez mais constantes e obrigatórias para a sua própria sobrevivência. Dessa forma as organizações aram a ser mais competitivas e os consumidores mais exigentes, o que obrigava o proprietário a contratar um número maior de funcionários, com diferentes atribuições. Assim nascia o conceito de “Qualidade” dentro das organizações através da inspeção dos produtos (Juran, 1992). Na evolução desses conceitos da “Qualidade” foi disseminado por William Edwards Deming o ciclo de Deming ou PDCA (Plan, Do, Check e Act) que contempla o conceito japonês de melhoria contínua. O momento atual da evolução da qualidade é conhecido por integrar sistemas distintos, sendo chamado de sistema de gestão integrada, envolvendo não somente a qualidade, mas também a preservação do meio ambiente, a integridade do trabalhador, etc. O tema deste artigo foi motivado pela ausência de pesquisas que demonstrem de forma estratificada a percepção de melhoria propiciada com a adoção de um sistema de gestão realizada com os profissionais de primeira linha da organização e que participaram dos processos de maneira secundária, pois consegue ter uma visão mais crítica dos pontos fortes e fracos de uma implantação de um sistema de gestão. Também para esse estudo foi delimitado o segmento de tecnologia da informação pela insuficiência de literatura disponível referente a implementação de sistemas de gestão em organizações desse segmento. MATERIAL E MÉTODOS Organização ISO A ISO é uma organização não governamental sediada em Genebra, Suíça, fundada em 23 de fevereiro de 1947, e tem como objetivo principal de ser o fórum internacional de normalização, de forma que a sua atuação seja como entidade harmonizadora de diversas agências nacionais em todo o mundo. Ela elabora normas de aplicação internacional e de acordo com a própria organização ISO (2012) ela está atuando em 164 países, e é responsável pela criação de normas internacionais (diretrizes e guias) que devem ser seguidas para uniformizar os procedimentos dentro das empresas, com aproximadamente 19.400 normas publicadas (ISO, 2012). A sua formação é por representantes dos seus países-membros, e é representada no Brasil pela entidade ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), que é responsável por representar o Brasil perante a ISO. Mariani (2006) esclarece que a relação com o INMETRO (Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial) é de organismo de acreditação para o Brasil, ligado à ABNT. Isso significa que o INMETRO é a entidade para determinar as diretrizes com os OCS (Organismos de Certificação de Sistema da Qualidade) e OCA (Organismos de Certificação de Sistema de Gestão Ambiental) devem seguir ao emitir os certificados ISO para as entidades corporativas. Esses OCS e OCA são encarregados da responsabilidade para interpretar as normas ISO 9001 e ISO 14001, avaliar sua aplicação às situações de negócio da organização e determinar se o sistema de gestão 1038

implementado na organização está em conformidades com a norma de referência, para posterior certificação. A disseminação dessas normas internacionais é realizada em conjunto com testes e certificação a partir destas normas, e seu intuito é encorajar a sua adoção por organizações em todo o mundo. Por ser “International Organization for Standardization”, apresentaria abreviações diversificadas, de acordo com a língua de cada nação atuante (por exemplo; a sigla “IOS” seria utilizada em inglês, “OIN” coincidentemente em português e francês, para “Organização Internacional de Normalização” e “Organisation Internationale de Normalisation” respectivamente, dentre outros). Devido tamanha diversidade de línguas, e por suas siglas distintas, decidiu-se que seria utilizada uma palavra derivada do grego “isos” que representa “igual”. De acordo com a última publicação oficial sobre o crescimento das certificações, em 2011 eram 1.111.698 organizações em todo o mundo com a certificação ISO 9001 e 267.457 certificadas na ISO 14001 (The ISO Survey, 2011), para a norma OHSAS 18001 não há dados estatísticos disponíveis sobre a certificação no mundo. A quantidade de certificações em gestão ambiental continua crescendo a um ritmo maior do que as certificações ISO 9001, registrando um percentual de crescimento médio anual de 16% nos últimos cinco anos. A diferença no ritmo de crescimento é compreendida pela maturidade dos sistemas de gestão da qualidade, que surgiram nove anos antes da ISO 14001. Norma ISO 9001 A adoção da ISO 9001 por inúmeras organizações em todo o mundo está relacionada às exigências do mercado e ao aumento de sua competitividade frente aos concorrentes. Os benefícios também percebidos são: melhoria dos processos produtivos e dos produtos, melhoria da imagem da organização no mercado, e atendimento das exigências de grandes clientes. Grael e De Oliveira (2010) afirmam que um sistema de gestão da qualidade incentiva à compreensão, integração e a utilização de todos os recursos da organização de forma a atender as necessidades dos clientes, por meio de melhorias contínuas em todas as atividades. A norma ISO 9001 contempla através e requisitos obrigatórios, as características mínimas necessárias a um sistema de gestão da qualidade que tenha foco nos produtos, serviços e seus processos de produção. A primeira versão da norma ISO 9001 foi publicada em 1987, a qual teve como modelo a norma BS 5750 que havia sido publicada em 1979 pelos militares, que havia sido o primeiro modelo genérico amplamente utilizado para a garantia da qualidade. Desde a sua primeira publicação em 1987, a norma ISO 9001 obteve um grande sucesso por sua aceitação nas organizações, pois tinha como premissa remeter às organizações a implementarem um Sistema de Gestão da Qualidade estruturado de procedimentos, elementos e requisitos para a garantia da qualidade dos produtos / serviços. Pelas suas características, de ser um modelo relativamente fácil de ser implementado em organizações de qualquer segmento e de qualquer cultura, facilitando dessa forma o intercâmbio comercial diante da globalização da economia. Em 1994 a ISO 9001 publicou a sua primeira revisão a partir de um trabalhado desenvolvido pelo TC / 176, que provinha um modelo rudimentar para a garantia da qualidade e focaliza na qualidade vista como conformidade de produto, assumindo um aspecto limitado ao conceito da qualidade. A segunda revisão da norma ISO 9001 foi no ano de 2000, que além de abranger todas as peculiaridades das suas versões anteriores, ou a focar na satisfação do cliente, 1039

abordagem de processos e no conceito da melhoria contínua. Seus impactos positivos foram em relação à desburocratização dos processos de auditoria, que aram a ter mais enfoque no tripé: satisfação do cliente, abordagem de processos e melhoria contínua. Na revisão atual, publicada em 2008, a ISO 9001 aborda os conceitos da versão anterior, que visam mudanças no aperfeiçoamento da aplicação da norma, com maior clareza na compreensão e o alinhamento com os conceitos da gestão ambiental presentes na ISO 14001. Segundo Liebesman (2011) o TC / 176 trabalha atualmente na revisão da norma ISO 9001 com previsão de lançamento de sua nova versão em 2015. Norma ISO 14001 O sistema de gestão baseado na ISO 14001, assim como a norma ISO 9001, é o modelo de gestão ambiental mais adotado no mundo, e conforme afirma De Oliveira (2010), esses requisitos são evidenciados através de procedimentos, iniciativas e programas ambientais, trabalham em conjunto com a legislação local para que tudo seja cumprido. A ISO 14001 é fundamentada no desenvolvimento de programas ambientais para auxiliar na análise ambiental de seus processos e no ciclo de vida dos produtos, porém não define níveis de amadurecimento e desempenho de seus processos. Para um bom desempenho ambiental, Grael e De Oliveira (2010) citam que “devem ser previstas soluções eficazes para o controle e a redução dos resíduos gerados”, e que o tratamento desses resíduos devem ser realizado considerando o ciclo de vida do produto – desde a matéria-prima até o descarte final dos resíduos. A origem das atividades correlacionadas com estudos de qualidade ambiental é datada de 1971, quando ambientalistas do mundo todo aram a pressionar a preservação da ecologia. As organizações aram a desenvolver, demonstrar interesse e implementaram iniciativas para a questão ambiental de maneira global. Em 1978 surgiu o conceito de ‘selo verde’ com o propósito de identificar os produtos “ambientalmente corretos”, e a partir desse movimento as organizações aram a sentir a necessidade de se preparar não somente para os resultados de seus processos, mas também pelo tratamento do resíduo gerado durante sua produção (CB-38, 2012). Ainda de acordo com o CB-38 (2012), a Inglaterra lançou em 1992 a norma BS 7750 que originou a ISO 14001 (assim como a BS 5750 originou a série de normas ISO 9000) sendo publicada como norma internacional em 1996, e sua revisão foi publicada no final de 2004, usada voluntariamente para certificar sistemas e processos organizacionais. O objetivo da ISO 14001 é especificar requisitos para um sistema de gestão ambiental numa organização, definindo uma política e objetivos que considerem os requisitos legais aplicáveis e a devida identificação dos aspectos e impactos ambientais significativos, possibilitando a proteção ambiental e a preservação de poluição com as necessidades socioeconômicas. Um sistema de gestão ambiental em uma organização pode ser descrito como uma metodologia estruturada para assegurar a proteção do meio ambiente, através da identificação dos impactos de suas atividades, alinhadas com propostas de ações para reduzi-los (De Oliveira, 2010). De Oliveira (2010) reforça que atualmente o setor privado tem avançado no tratamento das questões ambientais e reforça a ideia de que esse comportamento pode ser identificado como uma oportunidade de aumento da competitividade a partir da gestão adequada. Para atender a essas demandas e se adequar ao novo cenário de mercado, o segmento de tecnologia da informação procura dar a destinação correta para os chamados e-lixos, que são componentes eletrônicos como placas-mães, gabinetes, coolers e monitores que não são mais utilizados.

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De acordo com Fryxell (2002), a pressão sofrida nas organizações demonstra que as questões ambientais envolvidas nas organizações estão sendo bem istradas, pois a obrigação imposta a essas organizações iniciaram um movimento de implantação de sistemas de gestão ambiental como ferramenta para identificação dos problemas e definições das ações a serem adotadas. Norma OHSAS 18001 Ramos (2009) afirma que a saúde e a segurança dos funcionários de uma organização (e que trabalham em seu nome) vêm preocupando cada vez mais as organizações em escalas globais. As condições de trabalho precárias existentes nos Estados Unidos, Inglaterra e demais países europeus no final do século XIX e início do século XX, proporcionaram o surgimento oficial de ações coordenadas e abrangentes ligadas à Segurança e Higiene do Trabalho a partir de 1921, quando a Organização Internacional do Trabalho (OIT) organizou um Comitê para o Estudo de Assuntos referentes a Segurança e a Higiene no Trabalho. A OIT tornou obrigatória a constituição de comissões com o objetivo de garantir a prevenção de acidentes do trabalho com organizações com 25 ou mais empregados. Em paralelo, surgiu no Brasil a primeira lei sobre Acidentes do Trabalho, número 3724 de 1919, já que o crescimento do ivo trabalhista em decorrência de afastamentos temporários ou definitivos devido a acidentes no trabalho, sempre foi uma ameaça para a saúde financeira das organizações. A adoção de um sistema de gestão de segurança e saúde ocupacional tem a clara intenção de proteger a assegurar a integridade física e mental dos funcionários (e que trabalham em seu nome) e facilitar o gerenciamento dos riscos associados às atividades da organização. A OHSAS 18001 foi criada com o propósito de ser uma norma para os funcionários de sistema e gestão de segurança e saúde ocupacional, e a sua autoria é composta por algumas organizações de normalização, certificadoras e consultorias organizacionais (Raisiene, 2011). A norma OHSAS 18001 apesar de não ter sido desenvolvida pela ISO, seus elaboradores tiveram o propósito de manter o seu conteúdo compatível com as normas de sistemas de gestão da qualidade e de meio ambiente (ISO 9001 e ISO 14001 respectivamente), objetivando a fácil assimilação e disseminação dos sistemas de gestão integrada. Similar a ISO 9001 e ISO 14001, a OHSAS 18001 surgiu no final da década de 1990 a partir da BS 8800 com o objetivo de implementar um sistema de gestão de segurança e saúde ocupacional, visando suprir a demanda de uma norma internacional para segurança e saúde ocupacional com critérios para avaliação e certificação (Estrada, 2008). Essa norma é compatível com as Normas Regulamentadoras do Ministério do Trabalho, e são utilizadas por profissionais de segurança do trabalho e, complementa os outros sistemas de gestão existentes baseados nas normas ISO 9001 e ISO 14001. O objetivo dessa norma é permitir que a organização possa gerenciar e mitigar os riscos de acidentes e doenças ocupacionais inerentes às suas atividades para garantir o bom desempenho de seus funcionários. De Cicco (2000) lembra que apesar de não existir uma versão brasileira da ABNT, a exemplo das normas ISO 9001 e ISO 14001, a certificação em conformidade com a OHSAS 18001 somente é concedida pelos organismos de certificação de forma “não acreditada” pelo INMETRO, ou seja, não há credenciamento para esse tema por entidade oficial. De acordo com Jørgensen, Remmen, Mellado (2006) foram realizadas duas votações na ISO sobre o desenvolvimento de uma norma para sistema de gestão de segurança e saúde ocupacional, mas nas duas ocasiões as propostas não foram aceitas, e não há planos atualmente da ISO para desenvolver uma norma similar a OHSAS 18001. 1041

Sistema de gestão integrada Na última década o número de investigações sobre o sistema de gestão integrada vem crescendo exponencialmente com o propósito de examinar quais são os melhores métodos para as organizações implementarem um sistema de gestão e sequenciado por uma integração entre as disciplinas qualidade, meio ambiente e segurança e saúde ocupacional. Os autores Simon, Karapetrovic e Casadesús (2012) citam pesquisas desde 2000 que apontam inúmeras vantagens na implementação de um sistema de gestão integrada, são destacados os lucros operacionais, a redução dos custos de produção, melhoria da imagem no mercado, aumento da satisfação do cliente e o aumento da motivação dos funcionários. Dentre as dificuldades encontradas durante a implementação do sistema de gestão integrada, os autores destacam a falta de recursos humanos sem a qualificação necessária e a falta de apoio do governo. Bernardo, Casadesús, Karapetrovic e Heras (2012) citam que o processo de integração de sistemas de gestão é baseado nos sistemas de gestão já existentes na organização, além das condicionantes necessárias para o sistema de gestão integrada que vai ar a vigorar na organização. De acordo com Ramos (2009), o sistema de gestão integrada pode envolver dois ou mais elementos com diferentes propósitos de gestão, tanto pelo viés da qualidade, do meio ambiente, de segurança e saúde ocupacional, responsabilidade social ou quaisquer outros requisitos que, quando são integradas, são organizados como um sistema único de gestão. De Cicco (2006) enfatiza que cada norma do sistema de gestão integrada possui seus próprios requisitos específicos, porém essas mesmas normas apresentam requisitos similares e estes podem ser praticamente acomodados em um único sistema de gestão. Com essa redução de duplicações, através da união de dois ou mais sistemas de gestão dessa maneira, tem o potencial de diminuir significativamente o tamanho total do sistema de gestão integrada e, consequentemente, melhora a eficiência e eficácia do mesmo. Apesar do esforço para alcançar um sistema de gestão integrada baseado nas normas ISO 9001, ISO 14001 e OHSAS 18001, uma pesquisa elaborada por Salarzehi, Kord e Paud (2011) demonstra que os resultados são em sua maioria positivos, pois a organização está adaptada a padrões internacionais que facilita a obter facilidades no mercado internacional. Metodologia A primeira fase desse artigo foi realizada a partir de exploração bibliográfica, e na segunda fase foram coletados dados através de pesquisa, com a alta direção de organizações de tecnologia da informação para coleta de informações que permitiram considerar compreensível a análise da implementação do sistema de gestão integrada. Tipos de pesquisa De acordo com Gil (1999), os métodos científicos compreendem um conjunto de procedimentos intelectuais de forma que as metas do objeto desse estudo sejam atingidas. Dessa forma, podemos classificar essa pesquisa como aplicada quanto aos fins (possui finalidade prática motivada pela necessidade de resolver problemas concretos e existentes no ambiente de pesquisa) e exploratória (possui uma natureza de sondagem em uma área com pouco conhecimento acumulado). Quanto aos meios pode ser definido como uma pesquisa bibliográfica (estudo sistematizado desenvolvido mais fortemente com base em materiais publicados por outros pesquisadores) através de diversos autores, nos temas relacionados à organização ISO, as normas de referência a um sistema de gestão integrada – ISO 9001, ISO 14001 e OHSAS 18001, e ao segmento em questão: tecnologia da informação.

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E realizada uma pesquisa de campo com profissionais de organizações de tecnologia da informação que foram auditados recentemente em pelo menos uma das normas abordadas nessa pesquisa, onde o pesquisador tem como finalizar identificar uma massa crítica necessária para analisar os aspectos considerados relevantes ou não para a alta direção. Universo e amostra De acordo com Vergara (2007) o universo de uma pesquisa diz respeito a “um conjunto de elementos, que possuem as características que serão objeto de estudo”, onde esses elementos podem ser classificados como organizações, produtos, serviços e funcionários de uma organização, por exemplo. Por outro lado, a amostra é definida como “uma parte do universo escolhida segundo algum critério de representatividade”. Para este artigo a amostragem foi composta da seguinte por: diretores ou presidentes – que são caracterizados como a “alta direção”; organizações do segmento de tecnologia da informação; organização que possuem pelo menos uma das certificações em Sistema de Gestão: ISO 9001, ISO 14001 ou OHSAS 18001; organizações que aram por alguma auditoria de seu sistema de gestão nos últimos 12 meses. RESULTADOS E DISCUSSÃO Das onze organizações analisadas, elas estão distribuídas em cinco unidades da federação: Rio de Janeiro (05 organizações – 45%), Bahia (02 organizações – 18%), Pernambuco (02 organizações – 18%), Mato Grosso (01 organização – 09%) e Minas Gerais (01 organização – 09%), e os autores estiveram nas instalações de todas as organizações avaliadas, ao longo do ano de 2012. De acordo com a classificação do SEBRAE-GO (2012) são consideradas microempresas as que possuem até 09 funcionários, as pequenas empresas possuem de 10 a 49 funcionários, as empresas de médio porte possuem de 50 a 99 funcionários, e as empresas com mais de 100 funcionários são consideradas grandes empresas. Logo, as organizações avaliadas podem ser divididas em: Microempresas – 02 organizações (18% do total); Pequenas – 05 organizações (45% do total); Médio porte – 03 organizações (27% do total); Grandes – 01 organização (09% do total). Em busca de atingir os objetivos específicos, o procedimento de análise dos dados foi dividido em três partes, cada uma delas correspondente ao estágio de implementação de um sistema de gestão certificável – início, durante a após a implementação do sistema de gestão. Na primeira fase do projeto (antes da implementação do sistema de gestão) uma parte significativa – mais de 75% dos entrevistados – afirmou que os esclarecimentos em relação ao sistema de gestão, seus benefícios e suas atividades pertinentes foram esclarecidas de maneira satisfatória para os funcionários, porém a alta direção reconhece que o critério de seleção do representante da direção poderia ter sido mais bem definido antes de eleger um membro da organização. Na fase seguinte (durante a implementação do sistema de gestão), destaca-se ao critério de seleção para elaboração de procedimentos e instruções, onde pode ser percebido pela grande maioria dos gestores que em linhas gerais toda a documentação gerada agregou valor para a organização, além da linguagem aplicada na elaboração desses procedimentos e instruções que é considerada adequada para mais de 90% dos entrevistados. A grande aceitação da documentação do sistema de gestão pode ser evidenciada através da utilização desses procedimentos e instruções para execução de suas atividades por mais de 80% dos entrevistados e também pela grande adoção aos treinamentos que são identificados pela por 72% dos gestores das organizações entrevistadas. Em mais de 90% das organizações entrevistadas a alta direção apoiou e disponibilizou a equipe para a realização da capacitação 1043

para o sistema de gestão. Apesar de todo o esforço e apoio gerencial para a realização dos treinamentos e capacitação em sistemas de gestão, a alta direção demonstra que ainda é preciso demonstrar que para o sucesso do sistema de gestão, as atribuições e atividades são descentralizadas, logo é necessário melhor a conscientização do envolvimento de todos os funcionários no processo de implementação de um sistema de gestão. Na terceira e última fase (após a implementação do sistema de gestão) é possível identificar que a alta direção aprova as atividades de implementação de um sistema de gestão. Isso se comprava através da validação do atendimento às expectativas em relação ao sistema de gestão, quando todas as organizações, sem exceção, perceberam os seus benefícios. Mais de 90% das organizações entrevistadas utilizam pelo menos dois canais para divulgar o desempenho do sistema de gestão e apesar de 45% dos entrevistados afirmarem que os custos de implementação e certificação tenham ficado um pouco maior do que o orçado há organizações que contabilizaram custos conforme o orçado. Das organizações entrevistadas, nove delas afirmaram que foi necessário adotar atividades ou processos que não haviam sido planejados previamente, porém seu impacto foi considerado excelente ou satisfatório para aproximadamente 90% dessas organizações. Os respondentes identificaram como pontos de melhoria o critério de seleção do representante da direção, a conscientização das atribuições e atividades que são descentralizadas e a ausência de percepção por parte dos funcionários da descentralização das atividades e a pulverização das responsabilidades para a implantação do sistema de gestão. CONCLUSÕES Este artigo buscou avaliar a implantação de um sistema de gestão integrada em organizações de tecnologia da informação, baseado em um questionário aplicado aos diretores dessas organizações com o objetivo de identificar uma metodologia / modelo mais 'amigável' a todos, gerando a menor resistência possível. Os questionamentos apresentados no inicio desse estudo foram plenamente atendidos. Primeiramente, com o estudo dos aspectos teóricos que permeiam o sistema de gestão integrada, pode-se observar uma correlação entre as normas existentes que foram especificamente objeto desse estudo, e a importância da liderança para o sucesso do projeto, daí a premissa de entrevistar a alta direção. A motivação desse artigo deu-se pela necessidade da percepção por parte da alta direção do esforço exigido para a execução das atividades para a implementação de um sistema de gestão integrada, tentando captar da forma mais transparente possível a compreensão da execução desse projeto. A principal questão abortada nesse estudo foi à avaliação das dificuldades que as organizações de tecnologia da informação de defrontam durante o processo de implantação de um sistema de gestão integrada, possibilitando através de questionário a identificação dos principais fatores que geram resistências por parte dos funcionários. O artigo foi realizado em dois momentos, no primeiro momento com uma pesquisa bibliográfica que apresentou os termos indispensáveis para esse estudo baseados nos alicerces da academia, e no momento seguinte com a pesquisa de campo, apresentando um questionário para a alta direção das organizações do segmento de tecnologia da informação. O presente artigo tende a promover grande contribuição teórica não somente para organizações no segmento de tecnologia da informação, mas para todas as organizações que prestam serviços, tendo em vista a carência de referenciais bibliográficos com pesquisas com a alta direção em relação à implementação de um sistema de gestão. Conclui-se, por fim, que a alta direção das organizações de tecnologia da informação aprova a adoção de um sistema de gestão, onde o esforço de conscientização é realizado de 1044

forma satisfatória, com procedimentos e instruções pertinentes e com uma linguagem de fácil compreensão, garantindo uma boa adesão. Parte desse sucesso também está associada o grande incentivo aos treinamentos por parte dos gerentes de áreas e supervisores. Apesar da grande adesão aos treinamentos, a alta direção reconhece que o envolvimento dos funcionários poderia ser maior para garantir uma maior eficiência do sistema de gestão. Após a implementação do sistema de gestão a alta direção reconhece que os benefícios citados antes do início do projeto são percebidos pelos funcionários. REFERÊNCIAS Histórico: Comitê Brasileiro de Gestão Ambiental – CB-38. Rio de Janeiro, RJ. Disponível em: http://www.abnt.org.br/cb38/institucional_novo.htm#1. o em: 31 ago. 2012; About ISO. International Organization for Standardization. Genebra, Suíça. Disponível em: http://www.iso.org/iso/home/about.htm. o em: 31 ago. 2012; ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR ISO 9000: Sistemas de gestão da qualidade – Fundamentos e vocabulário. Rio de Janeiro, 2005; BERNARDO, Merce; CASADESÚS, Martí; KARAPETROVIC, Stanislav; HERAS, Iñaki. Integration of standardized management systems: does the implementation order matter? International journal of operations & production management. Vol. 32, fasc.: 3, pg: 291 – 307. Reino Unido, 2012; DE CICCO, sco. PAS 99:2006 – A primeira especificação do mundo sobre gestão integrada. QSP – Centro da Qualidade, Segurança e Produtividade, 09 out 2012. Disponível em: http://www.qsp.org.br/finalmente.shtml. o em: 09 out. 2012; ______. Sistemas integradas de gestão: Pesquisa inédita. QSP – Centro da Qualidade, Segurança e Produtividade, nov. 2000. Disponível em: http://www.qsp.org.br/pesquisa_inedita.shtml. o em: 17 jul. 2013; DE OLIVEIRA, Otávio. Benefícios e dificuldades da gestão ambiental com base na ISO 14001 em empresas industriais de São Paulo. Revista Produção. vol. 20, pg: 429 – 438. São Paulo, 2010; DE OLIVEIRA, Otávio. Implantação de sistemas de gestão ambiental ISO 14001: uma contribuição da área de gestão de pessoas. Gestão & produção. Vol.17, pg: 51 – 61. São Paulo, 2010; ESTRADA, José Alexandre Ferreira Duque. Aspectos da gestão da mudança na implementação de um sistema de gestão de SMS: um estudo de caso. 2008. 114f. Dissertação (Mestrado Profissional em Sistema de Gestão) Departamento de Engenharia, Universidade Federal Fluminense, Niterói, 2008; FALCONI, Vicenti. Controle da Qualidade Total. Belo Horizonte: EDG, 1992; GIL, Antônio Carlos. Métodos e Técnicas de Pesquisa Social. 5. ed. São Paulo: Atlas, 1999; ______. Como elaborar projetos de pesquisa. São Paulo: Atlas, 2007; JØRGENSEN, Tine; REMMEN, Arne; MELLADO, M. Dolores. Integrated management systems – three different levels of integration. Journal of cleaner production. vol.: 14 edição: 8 pg: 713 – 722, Portugal: 2006; JURAN, Joseph. Qualidade desde o Projeto: Novos os para o Planejamento da Qualidade em Produtos e Serviços. São Paulo: Pioneira, 1992; LIEBESMAN, Sandford. Revisionist History: Behind the scenes of the next version of ISO 9001. Wisconsin, EUA. Disponível em: http://asq.org/quality-progress/2011/03/standardsoutlook/revisionist-history.html. o em: 31 ago. 2012; MARIANI, Édio João. As normas ISO. Revista Científica Eletrônica de istração. 10 ed. Garça, SP. 2006;

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

PRODUTIVIDADE TOTAL DOS FATORES DA FROTA PESQUEIRA ARTESANAL À VELA NO ESTADO DO CEARÁ, BRASIL: UMA ANÁLISE DO ÍNDICE DE MALMQUIST. LOURIVAL RICARDO MARQUES DOS SANTOS1 1

Engenheiro de Pesca, Pescador Profissional RGP RJP05933588, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: A pesca extrativista no Brasil é um exemplo do problema da propriedade comum dos recursos pesqueiros e livre o aos estoques. Neste artigo é examinada a produtividade da frota artesanal a vela predominante nas pescarias artesanais marinhas do estado do Ceará e espera contribuir para a elaboração de políticas públicas de distribuição das capturas ou de licenças de pesca. Dados históricos de desembarque da produção e do esforço de pesca do Ibama-Estatpesca foram utilizados para determinar a evolução da produtividade de jangadas, paquetes, canoas e botes, envolvendo cerca de 128 mil registros de viagens de pesca onde foram utilizadas artes como anzol e linha, redes de nylon, armadilhas e redes caçoeiras e redes de arrasto. Tais registros foram utilizados para a construção dos Índices de Malmquist para medir a variação da produtividade total dos fatores com auxílio da abordagem não paramétrica da Análise Envoltória de Dados. A frota apresentou crescimento negativo médio de 3,8% ao ano e os menores ganhos de produtividade ocorreram ao longo dos segundo trimestres, provavelmente devido o fim do período do defeso da lagosta e crescimento do esforço em direção a este recurso bastante sobreexplotado. Estudos em andamento mostram que, a forma de agregação de insumos e produtos usados neste artigo, precisa de uma maior definição e ou utilização de outras metodologias para determinação da produtividade dos fatores. PALAVRAS–CHAVE: Produtividade total dos fatores; Malmquist; Pesca artesanal.

TOTAL FACTOR PRODUCTIVITY OF ARTISANAL FISHING FLEET SAILING IN CEARÁ STATE, BRAZIL: A MALMQUIST INDEX ANALYSIS. ABSTRACT: The extractive fishing in Brazil is an example of the problem of common property fishery resources and free access to stocks. In this article is examined the productivity of the artisanal fleet sailing prevalent in marine artisanal fisheries in the state of Ceará and hopes to contribute to the elaboration of public policies for the distribution of catches or fishing licenses. Historical data of landing production and fishing effort from IBAMA-Estatpesca 2003-2005 were used to determine the evolution of productivity rafts, small rafts, canoes and boat, involving about 128 thousands records of trips which were used as hook and line gear, nylon nets, traps, and nets caçoeiras, and trawls. These records were used to construct the Malmquist indices to measure the change in total factor productivity with the help of the nonparametric approach of data envelopment analysis. The fleet experienced negative growth averaging about 3.8% per year and the lowest productivity gains occurred over the second quarter, probably because the end of the period of the closure of the lobster and growth efforts toward this feature often overexploited. Ongoing studies show that the form of aggregation of inputs and outputs used in this article, need greater definition to or use of other methodologies for determining the productivity of factors. KEYWORDS: Total factor productivity; Malmquist; Artisanal fishery.

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INTRODUÇÃO Estimativas de eficiência e produtividade são indicadores de desempenho e auxiliam as firmas na busca de melhores resultados. A performance econômica da indústria ou a ter destaque na literatura da produção pesqueira a partir dos primeiros sinais de depleção de estoques pesqueiros importantes, notadamente após o término da II Guerra Mundial, no início dos anos 1950. A explotação ótima de recursos naturais, competições pelos melhores bancos de recursos, o reflexo da pobreza de grande contingente de pescadores frente à riqueza de estoques pesqueiros e o ambiente comercial da indústria pesqueira e avaliações das estratégias de manejo para as frotas domésticas através de modelos dinâmicos foram investigados por estudiosos da indústria pesqueira, entre eles, H. Scott Gordon (1954), J. A. Gulland (1969), Vernon L. Smith, (1969). No Brasil, Melquíades P. Paiva (1986) motivou a literatura das pescarias extrativistas racionais e da istração eficiente dos recursos pesqueiros marinhos. A busca pela melhor caracterização de problemas relacionados com a indústria pesqueira comercial nacional, além de levar em conta a saúde bioecológica dos estoques de pescados e a vida econômica de pescadores profissionais é tarefa importante da istração Pesqueira, principalmente quando a produção extrativa mostra declínio. A queda na produção da sardinha verdadeira nos anos 1980 no litoral Sul e Sudeste do Brasil, relacionada com aspectos bioecológicos e oceanográficos, e a queda na produção da lagosta na região Nordeste do Brasil devido a expansão da área de pesca e do número de embarcações que resultou em crescimento de 240% no esforço de pesca (Assad, 2002) e o uso da rede caçoeira, são faces do uso desmedido da mesa comum dos recursos naturais. As atividades de captura são, grosso modo, realizadas em duas etapas. Entre o planejamento da viagem e a corrida para os pesqueiros uma lista de tarefas é atribuída aos integrantes da tripulação. Na fase de planejamento o mestre da embarcação encontra-se no estágio de buscar informações para definir os recursos realmente comprometidos antes da fase operacional. Ainda no porto de apoio, os recursos necessários para a armação da embarcação são discriminados através desta lista de tarefas e é levantado o estado das artes de pesca, a confirmação do número apropriado de tripulantes, preparação do rancho para cobrir eventuais alongamentos da viagem com alimentação e água potável, a quantidade de gelo necessária para atender a conservação das capturas potenciais, e bastante importante, ocorre uma troca de informações entre tripulações e mestres de embarcações que fizeram desembarque de pescado em períodos recentes. Teoricamente, o esforço de pesca mede a capacidade de configuração da embarcação e equipamentos multiplicada pelo tempo de atuação ou dias de mar. A unidade base de esforço e da produção é a viagem de pesca e o tempo efetivo é aproximado pelo intervalo entre a saída e o retorno ao porto de apoio. Uma aproximação do esforço é o número de barcos, dentro da qual pode haver grande variabilidade no número de viagens, do número de pescadores ou aparelhos empregados. Economia da produção pesqueira é a economia da melhor alocação de recursos limitados, e pode ser fundamentada na teoria da eficiência técnica de Farrell (1957) e na produtividade de Squires (1992), nos estudos de efeitos regulatórios sobre o excesso de capacidade (Dupont et al., 2002; Kirkley et al., 2003 e Pascoe e Greboval, 2003). A função de produção da atividade pesqueira extrativista caracteriza produção de múltiplos produtos com utilização de múltiplos insumos. Estas funções relacionam o nível de insumos (capital, trabalho, materiais, estoques pesqueiros, variáveis ambientais, etc) usados durante o processo produtivo e o nível máximo de produtos resultantes, dado um conhecimento tecnológico. Vários métodos são utilizados nas estimativas das tecnologias (fronteiras de produção). A construção das fronteiras é feita através de técnicas da programação matemática como a 1048

análise envoltória de dados (DEA) e métodos econométricos, como a fronteira de produção estocástica. A fronteira determinística é uma desvantagem (Coelli e Perelman, 1999) da DEA, porque os desvios em relação à fronteira são assumidos como ineficiência. Uma desvantagem da fronteira estocástica é a necessidade de impor uma estrutura funcional e de erros na especificação da função de produção. A evolução da produtividade é medida natural da performance (Coelli et al., 2005) e pode ser definida como uma relação entre produtos e insumos. Os indicadores de produtividade podem ser divididos em dois grupos: um índice de produtividade parcial, que considera apenas um fator e o indicador de produtividade total, que envolve vários fatores de produção na análise. Os índices de produtividade parcial são obtidos de forma mais simples, mas, apesar do seu uso freqüente, podem ter resultados distorcidos. Este artigo analisa a evolução da produtividade da frota artesanal a vela responsável por 63% em 2003 e 58% em 2005 da produção de pescado marinho e estuarino desembarcada no Ceará. Entre 2000 e 2005 foram observados decréscimos de 18,7% em relação a 1999, e de 3% em relação a 2004 na produção. Em 2001 (Castro e Silva, 2004) estavam ativas cerca de 4.000 embarcações veleiras, como paquetes, jangadas, canoas e botes, distribuídos pelos 153.000 Km2 da plataforma continental cearense, principalmente na captura de peixes, lagostas e camarões. Cerca 3.500 embarcações atuavam na captura da lagosta no litoral brasileiro no fim dos anos 1990 (Castro e Silva, 1998), e metade estava cadastrada no Ceará, a maioria composta por embarcações veleiras de pequeno porte. O litoral cearense se configura na economia pesqueira com mais de 17.000 pescadores distribuídos entre mais de 100 comunidades localizadas em 20 municípios costeiros onde conta com aproximadamente 113 pontos de apoio. A frota veleira cadastrada em 2006 era composta por 5733 embarcações, predominando os paquetes (3.234), canoas (1607), botes a vela (578) e jangadas (314). Aproximadamente 60.000 pessoas dependem de forma direta e indireta da pesca artesanal marinha no Estado do Ceará. Interações entre fatores climáticos e condições do mar determinam as espécies de pescados nos bancos pesqueiros e grande diversidade de aparelhos e técnicas de pesca. De acordo com (Castro e Silva, 2004), o regime de ventos e os fatores pluviométricos locais afetam bastante a produção da frota veleira. Com velocidades baixas na estação chuvosa (picos nos meses de março e abril) e velocidades mais altas no período de estiagem, entre julho e dezembro, em conjunto, estes fatores determinam a duração das viagens de pesca principalmente entre junho e outubro, em que a velocidade dos ventos e as correntes marinhas são mais fortes e interferem na distribuição dos peixes de acordo com o substrato em que habitam. Nos meses de muito vento há uma maior concentração de peixes sobre o cascalho e nos meses de ventos brandos, sobre substrato de lama. Nestes períodos, a atividade de captura se torna mais arriscada e as pequenas embarcações veleiras realizam viagens de apenas um dia, também denominadas de ida e volta. O sistema de pesca artesanal cearense mostra grande diversidade específica da zona tropical (Fonteles-Filho, 1989; 1997) com elevado número de espécies e pequena abundância. Estas características trazem como conseqüência uma generalização dos métodos e aparelhos de pesca e o resultado é o baixo rendimento das pescarias. Castro e Silva (2004) identificou 124 espécies de peixes ao longo do litoral do Ceará. As capturas são operacionalizadas através de vários tipos de artes de pesca, com destaque para redes de espera e linhas de mão. Frente às recentes mudanças nas medidas de ordenamento e regulação da atividade pesqueira comercial e a necessidade de limitar ou reduzir a capacidade de pesca de parte da frota ou promover a captura de espécies alternativas, a evolução ao longo do tempo da produtividade dos fatores é um tema que ainda não tinha sido explorado em detalhes na literatura da economia da produção pesqueira nacional.

1049

O enfoque empírico evidenciado neste trabalho concentra-se na análise da produtividade total, eficiência técnica e progresso tecnológico da pesca artesanal extrativista marinha do Estado do Ceará entre os anos de 2003 e 2005 e utiliza o índice de produtividade total de Malmquist e o método de programação linear Análise de Dados Envelopados (DEA). A metodologia DEA deriva uma fronteira de produção que descreve a combinação mais eficiente tecnicamente de produtos dado o estado da tecnologia de pesca, os estoques de pescados e insumos variáveis não restringidos (Dupont et al., 2002). MATERIAIS E MÉTODOS Seguindo FARE et al. (1994), os índices de produtividade estão relacionados com as medidas de eficiência técnica. O índice de produtividade de Malmquist é determinado com base nas funções distâncias, e as medidas de eficiência técnica de Farrell (1957) são usadas para calcular o valor destas distâncias. Este fato implica que ganhos ou perdas de produtividade podem ser decompostos em dois componentes mutuamente exclusivos e exaustivos: variação na eficiência técnica e variação tecnológica. As funções distância são definidas em uma estrutura multidimensional e caracterizam a tecnologia pela expansão proporcional do vetor de produtos ou a contração proporcional do vetor de insumos. Dado um conjunto de j unidades produtivas no período de tempo t que utiliza o conjunto de vetores de n insumos, xt є R+N, para produzir o conjunto de vetores de m produtos yt є R+M. A tecnologia de produção é o conjunto θ t , onde θ t = {(xt,yt) : xt pode produzir yt}, t=1,2....T. A tecnologia também pode ser modelada pelo conjunto de requerimentos de insumos conforme a equação (1) e denota todos os vetores de insumos xt tecnicamente capazes de produzir os produtos yt durante o período t.

( ) { (

) }

Lt y t = x t : x t , y t ∈ θ t , t = 1,2.........T

(1)

É razoável supor que existam restrições para que algumas firmas possam expandir o vetor de produtos e, portanto, utiliza-se a função distância orientada pelo insumo descrita pela equação (2) para caracterizar a tecnologia através da contração proporcional mínima do vetor de insumos, dado o vetor de produtos. Se, xt,, pertence ao conjunto de insumos de yt, então, Dit (xt, yt) ≥ 1, e se a função distância é igual à unidade, xt está sobre a fronteira do conjunto de insumos, a isoquanta de yt, Lt(yt).

(

)

{

(

)

( )}

Dit x t , y t = max ρ f 0 : x t / ρ ∈ Lt y t

(2)

A produtividade baseada no índice Malmquist orientado pelo insumo mede a variação da produtividade total dos fatores entre dois pontos dos dados. Conforme Coelli (2005), este índice é expresso em termos de quatro funções distâncias para cada firma da amostra e para cada par de períodos de tempo adjacentes. A função distância definida em (2), representa a distância entre o ponto observado (xt, yt), no período t e fronteira de produção insumo orientada do mesmo período, o mesmo ocorre com a equação (3).

(

)

{

(

)}

( )

Dit +1 x t +1 , y t +1 = max ρ f 0 : x t +1 / ρ ∈ Lt +1 y t +1

(3)

Funções distâncias como as (4) e (5) usam dados de um período e tecnologia de um período adjacente.

1050

(

)

{

(

{

(

) } (

D it x t +1 , y t +1 = max ρ f 0 : x t + 1 , y t + 1 ∈ Lt y t +1

(

)

)

)

(4)

( )}

Dit +1 x t , y t = max ρ f 0 : x t / ρ ∈ Lt +1 y t

(5)

Seguindo Coelli et al (2005), pode-se definir um índice de produtividade orientado pelo insumo de Malmquist baseado na tecnologia do período t+1 conforme a equação (6).

M

t +1 i

(

(

Dit+1 xt +1 , yt +1 y , x , y , x = t +1 t t Di x , y t +1

t +1

t

t

)

(

)

)

(6)

Considerando-se que um índice de produtividade análogo pode ser definido para uma tecnologia de outro período t, o ìndice de Malmquist é definido como a média geométrica de dois índices baseado nas tecnologias dos períodos t e t+1. O índice de produtividade de Malmquist é dado pela equação (7).

(

Mi x

t +1

,y

t +1

( (

)

( (

) )

( (

)  ) 

 D t y t +1 , x t +1 D it y t , x t D t +1 y t +1 , x t +1 ,x ,y = i t t t ⊗  t i+1 t +1 t +1 Di y , x D it +1 y t , x t  Di y , x t

t

)

)

1/ 2

(7)

O primeiro termo do lado direito da igualdade mede a variação na eficiência técnica insumo orientada de Farrel (1957) e o segundo termo mede a variação tecnológica. A metodologia DEA, envolve o uso de programação linear para construir uma fronteira não paramétrica. Essa superfície de fronteira é construída por uma seqüência de problemas de programação linear – uma para cada firma da amostra. Dada uma disponibilidade de n insumos e m produtos para um grupo de j produtores em um período de tempo particular, a medida de eficiência técnica é obtida resolvendo-se um problema de programação que pode ser escrito conforme a equação (8), onde λ é um vetor nx1 de constantes e ρ, um escalar.

Min

ρ ,λ

ρ

a Yλ ≥ y i

(8)

ρx i ≥ Xλ λ≥0 De acordo com Farrell (1957), o valor de ρ é o escore de eficiência técnica da i-ésima firma. Se esta unidade produtiva é tecnicamente eficiente, então ρ =1. O problema da i-ésima firma é determinar a máxima contração radial do vetor insumo xi, de modo que permaneça no conjunto de produção factível. A borda inferior desse conjunto é a isoquanta determinada pelos pontos observados de todas as firmas da amostra. A contração radial do vetor insumo, xi, produz um ponto projetado, (Xλ,Yλ), na superfície dessa tecnologia. Esse ponto projetado representa uma combinação linear dos pontos observados. As restrições feitas no problema (8) asseguram que o ponto projetado não fique fora do conjunto de produção factível. A medida de eficiência técnica insumo orientada de Farrell (1957) com tecnologia de retornos constantes de escala para uma firma pode ser expressa em termos da função distância

[ (

Dit ( y t , x t ) , como Dit y t , x t

)]

−1

, isto é, o valor da função distância orientada pelo insumo é o

1051

valor recíproco da eficiência técnica. Os escores dentro dos períodos podem ser obtidos através do modelo (9), onde x e y são os vetores de insumos e produtos da firma sob análise no período t, e X e Y são as matrizes de insumos e produtos observados no mesmo período. O modelo precisa ser resolvido para cada período analisado. Assim devem ser resolvidos quatro problemas de programação linear dados por equações análogas aos modelos (9) e (10) abaixo. Na equação (9), xt é um elemento do conjunto de insumos e a função distância assume um valor igual ou maior que a unidade. Entretanto, no modelo (10), xt não precisa ser um membro do conjunto de requerimentos Lt +1 y t , e o valor desta distância pode ser menor do que a unidade. Neste estudo adotou-se o programa de computador DEAP Version 2.1 conforme Coeli (2005) para construir os índices de Malmquist.

( )

[

Dit ( x t , y t )

]

−1

= min ρ

st : ρ it x it − X t λ ≥ 0, − y it + Y t λ ≥ 0

(9)

λ≥0

[

Dit +1 ( x t , y t )

]

−1

= min ρ

st : ρ it xit − X t +1λ ≥ 0, − y it + Y t +1λ ≥ 0

(10)

λ ≥0 RESULTADOS E DISCUSSÃO A viagem de pesca é a atividade analisada. Foram observados 128.807 registros de desembarques, onde 409.236 pescadores (homens-dia) distribuídos entre 9.427 embarcações ativas durante 261.824 dias de mar usaram caçoeiras 19.464 vezes, cangalhas 10.996, linhas de mão, 47.976, manzuás, 2.319 e redes de emalhar em 25.410 viagens de pesca e, no restante das viagens, foram utilizadas várias artes, desde arpão, redes de cerco, curral de pesca e outras e produziram em conjunto aproximadamente 4,9 mil toneladas de pescado entre 2003 e 2005, sendo 1,93 mil ton do grupo nobre e 2,96 mil ton de mistura, permitindo construção de um de dados balanceados. Índices de produtividade foram examinados para um conjunto de observações referentes ao tamanho da tripulação em número de pescadores; produção desembarcada em quilogramas por grupo de espécies, duração da viagem de pesca ou dias de mar, como a diferença entre as data de saída e de chegada, acrescidos da unidade para facilitar o cálculo das viagens de apenas um dia, e o número de viagens de pesca realizada no período analisado. Os registros da produção foram estratificados em séries trimestrais ou anuais conforme a configuração dos modelos elaborados, e estratificados por tipo de embarcação e tipo de arte de pesca, para isolar efeitos sazonais de fatores produtivos sobre as diversas temporadas de pesca. O conjunto de dados faz parte do ESTATPESCA, implantado e executado no Ceará pelo IBAMA - Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis e gentilmente cedidos ao autor. Foram consideradas informações referentes à produção de embarcações veleiras denominadas jangadas, paquetes, canoas e botes. Do ponto de vista dos insumos pesqueiros, em alguns dos modelos analisados, adotou-se para cada embarcação e para cada arte de pesca uma aproximação para o estoque de capital físico através da construção de variáveis definidas 1052

como a média geométrica entre as variáveis, dias de mar e número de viagens, enquanto que a média geométrica entre número de pescadores e um índice construído como a somatória simples do número de artes utilizadas por observação resultou em um uma nova variável para o esforço de pesca no sentido de envolver a relação arte de pesca e pescador. Dessa forma, foram construídos modelos de acordo com cada configuração de produtos e insumos adotados, e a forma de agregação dos dois grupos de produtos definidos a seguir permaneceram inalterados. As variáveis utilizadas para especificar a estrutura tecnológica no contexto da fronteira de produção pesqueira foram divididas em dois grupos: produtos e fatores de produção(esforço de pesca) e definidas como: Produtos: (1) Grupo Nobres, formado pela soma simples, em kilogramas, das espécies ariacó, biquara, camarão, cavala, guaiúba, pargo, serra e lagosta da i-ésima embarcação, na viagem do trimestre, ou do ano; e (2) Grupo Misturas, formado pela soma simples em kilogramas do pescado desembarcado das espécies, arraias "caíco" e; “outros” e sardinha da i-ésima embarcação, na viagem do trimestre, ou ano, considerados de menor valor comercial, mas são bastante utilizados na dieta local ou mesmo utilizados na comercialização de iscas para a captura de outras espécies mais caras, como a lagosta e o pargo. Os insumos, a partir de agora, representados pelas abreviações: MDO é o número de pescadores por embarcação por viagem; DM é o número de dias de mar; DMU é o número de embarcações de pesca por tipo de embarcação; VIAG é o número de viagens de pesca no trimestre ou no ano; Qesf é o índice para esforço de pesca resultante da soma simples do número de artes de pesca utilizadas e, PAC representa paquetes; JAN para jangadas; CAN para canoas e BOC, para botes. A Tabela 1 mostra valores médios do índice de Malmquist e componentes de variação da eficiência técnica e variação tecnológica para a frota entre 2003 e 2005. Na parte superior da tabela, os registros de desembarque da produção foram estratificados por trimestres para capturar efeitos sazonais. Pode-se observar que a maior perda de produtividade ocorreu do primeiro para o segundo trimestre de 2005 com 36,8%, seguido 31,8%, entre o primeiro e segundo trimestre de 2004, ambos causados principalmente por variação tecnológica negativa e 18,2% entre o primeiro e segundo trimestre de 2003, onde a variação negativa da eficiência técnica teve maior contribuição. Em média, a queda da produtividade da frota ao longo dos três anos foi de 4%, também promovida por um declínio tecnológico médio de 4%, mas compensado por um ganho médio de 2% na eficiência técnica. Estes resultados negativos podem estar relacionados com uma puxada para baixo da frotas de paquetes com perda de 71,1% e canoas com perda de 60,2% no segundo trimestre de 2003 e dos botes, com queda de 57,9% no segundo trimestre de 2004, causados por variação tecnológica negativa. Essa queda de produtividade nos segundos trimestres dos anos analisados mostra que aliado às expectativas de melhores capturas devido à entrada da safra da lagosta a partir do mês de maio após o período do defeso, e época de chuvas na região, teoricamente contribuiriam com aumentos nas capturas, mas o efeito negativo do crescimento da quantidade de embarcações em atividade para captura da lagosta e possivelmente da fraca recuperação dos estoques deste recurso, pode-se, portanto, ter como uma premissa o papel de uma restrição tecnológica sazonal que afeta negativamente a performance da frota. Observase ainda que, os valores de crescimento da produtividade nos primeiros trimestres de 2004 e 2005, e nos terceiro e quarto trimestres de 2005, foram positivos, mas esta performance não contribuiu para o crescimento da produtividade da frota como um todo. Embora, deve-se destacar, estes crescimentos ocorreram em períodos da quadra chuvosa, onde os melhores resultados da produção devem ser esperados. Por falta de espaço os resultados de alguns modelos não serão mostrados aqui. Em média, a perda de produtividade foi de 6,0%, 4,9%, 4,0% e, 2,3%, respectivamente, para botes, canoas, jangadas e paquetes. Quando a análise é 1053

feita no conjunto da frota, os resultados diferem pouco, isto é, queda de 5,3%, 3,7%, 4,5% e 2,3% para botes, canoas, jangadas e paquetes. Tabela 1. Variação da PTF da frota por trimestre e por tipo de embarcação entre 2003-2005 ; PAC=paquetes; JAN= jangadas; CAN= canoas e BOC= botes; VET=variação na eficiência técnica; VTEC=variação tecnológica e PTF=produtividade total dos fatores. Trimestres VET VTEC PTF T2-2003 0.847 0.966 0.818 T3-2003 1.172 0.780 0.914 T4-2003 1.122 0.823 0.923 T1-2004 0.953 1.623 1.547 T2-2004 0.988 0.690 0.682 T3-2004 0.948 0.948 0.899 T4-2004 1.153 0.837 0.965 T1-2005 0.970 1.339 1.299 T2-2005 0.939 0.673 0.632 T3-2005 0.953 1.090 1.039 T4-2005 1.025 1.163 1.192 Médias 1.002 0.959 0.960 Firma JAN PAQ CAN BOC Médias

VET 1.009 0.998 1.000 1.000 1.002

VTEC 0.947 0.979 0.963 0.947 0.959

PTF 0.955 0.977 0.963 0.947 0.960

A Tabela 2 mostra os resultados da configuração de um modelo obtido pela exclusão das embarcações denominadas botes (BOC) da amostra analisada. A primeira coluna da tabela são as diferentes combinações de tipo de embarcação com artes de pesca, isto resultou em uma frota parcial composta por 12 firmas representadas por quatro tipos de armações para jangadas, armadas com caçoeiras, manzuás, linhas e redes, o mesmo se dá para paquetes e canoas, e que atuaram no mesmo estrato temporal da temporada pesqueira. Em média, a produtividade total teve um crescimento positivo de 4%. Entre 2004 e 2005 a frota parcial de botes aumentou em cerca de 200% o número de viagens com caçoeiras, contra um crescimento de cerca 72% na produção do produto nobre, no caso, composto exclusivamente por lagosta. A frota de jangadas manteve o mesmo número de viagens no período com este tipo de arte de pesca e o resultado foi uma queda de 50% na produção do crustáceo. Este tipo de comportamento da frota de botes levou à construção de um modelo para avaliar a produtividade dos outros tipos de embarcações. Infelizmente, o modelo determinístico não captura efeitos de substituição para melhor avaliar os impactos das compensações entre os diversos produtos e insumos .

1054

Tabela 2. Variação da PTF de um mix tipo de embarcação e tipo de arte da frota veleira do Ceará, 2003-2005, excluídas as embarcações tipo bote. (JANcac = mix jangadas e caçoeiras; CANman = mix canoas e manzuás; JANlin = mix jangadas e linhas; CANred = mix canoa e redes). firm VET VTEC PTF JANcac 1.000 0.901 0.901 JANman 1.117 0.995 1.112 JANlin 1.000 0.870 0.870 JANred 1.037 0.903 0.937 PAQcac 0.980 0.978 0.959 PAQman 1.077 0.928 0.999 PAQlin 1.064 0.938 0.998 PAQred 1.465 1.396 2.044 CANcac 1.049 0.900 0.944 CANman 1.446 0.910 1.317 CANlin 1.000 0.942 0.942 CANred 1.000 0.834 0.834 mean 1.093 0.950 1.038 A Tabela 3 apresenta valores médios e desvio padrão de produtos e insumos utilizados nas temporadas de pesca entre o ano de 2003 e o ano de 2005. Para os paquetes pode-se observar tendência de crescimento das médias para os dois produtos e para todos os insumos, o mesmo ocorrendo com os desvios padrão. Tabela 3. Médias anuais de insumos e produtos da frota veleira do Estado do Ceará. PAQUETES JANGADAS CANOAS BOTES 2003 2005 2003 2005 2003 2005 2003 2005 Produtos Nobres 43838 61039 34257 28860 44279 37234 30679 37031 Σ 4069 9888 9366 6206 15018 12328 4831 10957 Mistura 35043 55556 30033 28984 140101 150027 7612 8050 Σ 2892 7352 7287 4054 87601 23184 1643 1157 Insumos DM 7748 10812 3888 3716 7344 7396 1700 2346 Σ 1479 2987 364 839 922 1450 147 618 MDO 10387 16886 3963 5433 14519 16186 1400 2240 Σ 2314 5021 111 1464 2605 1988 302 836 DMU 336 478 132 145 217 244 42 65 Σ 51 94 11 12 27 54 3 13 VIAG 4510 7171 944 1372 3601 3802 246 631 Σ 919 2148 28 341 572 606 54 293 Fonte: estimativa do autor; números em negrito são desvios padrão (Σ) das variáveis. Uma série de testes-t bicaudais para duas amostras diferentes (presumindo variâncias diferentes), foi realizada nos dados da Tabela 3 para verificar se os valores médios para os 1055

dois anos são iguais. A t-estatística da amostra é calculada através da diferença entre as médias dos dois anos e o resultado é dividido pelo desvio padrão conjunto estimado da população. O grau de liberdade é igual a três. Como um resultado para a frota parcial de paquetes, ocorreram mudanças significativas (ao nível de 5%), tanto na utilização de insumos quanto nos produtos obtidos entre os dois anos. As medias em 2005 são estatisticamente superiores às médias de 2003. Pode-se notar que os valores dos desvios padrão destas médias cresceram bastante entre os dois períodos e refletem grande variabilidade do esforço de pesca dos paquetes. Deve ser levado em consideração que, neste período se deu início a um esforço de instituições públicas e privadas em busca da limitação do esforço de pesca e das atividades consideradas predatórias por todo o litoral do Estado do Ceará e que incentivou o Instituto Brasileiro do Meio Ambiente (Ibama) a partir de 2004, a promover reuniões do Grupo Estadual de Gestão do Uso Sustentável da Lagosta, formado pelo Banco do Nordeste, Secretaria Estadual de Agricultura, Federação dos Pescadores do Estado do Ceará, e outras instituições relacionadas com o setor pesqueiro cearense e tem como um dos objetivos imediatos a “proibição” do uso de redes caçoeiras já partir de 2005. É preciso averiguar se através destas estatísticas está ocorrendo algum ajustamento da frota quanto ao uso de insumos e produção pesqueira ao longo das temporadas de captura. CONCLUSÃO Não obstante o esforço das instituições em reduzir o excesso de poder de pesca sobre os estoques pesqueiros, embora desconhecidos na prática, mas com resultados de temporadas de pesca cada vez menos volumosas e dadas condições da crescente população de pescadores artesanais nos ambientes costeiros, tornar-se importante, de um ponto de vista do debate científico, se esta queda na produção é devida a fatores relacionados com a sobrepesca ou excesso de capacidade praticada por uma frota específica apenas ou se combinam outros fatores. A literatura pesqueira nacional deixa uma ausência de motivação econômica nos resultados encontrados em análises científicas da pesca extrativa. Em geral, a grande maioria dos estudos descreve resultados de operações de captura e distribuição dos rendimentos físicos ou composição por espécies de uma pescaria particular através de ferramentas e técnicas avançadas da estatística matemática, mas dentro de uma visão bioecológica apenas, e a aplicabilidade econômica dos resultados pode ser insuficiente para a pesquisa operacional na indústria em tais circunstâncias. A metodologia empregada neste estudo mostrou-se bastante apropriada para o setor em questão, permitindo uma perspectiva da estrutura interna da frota veleira do Estado do Ceará. Entretanto, face à natureza complexa dos dados utilizados, é necessário o uso de metodologias alternativas para tratar algumas discrepâncias observadas. REFERÊNCIAS ASSAD, L.T. Tradição-Modernidade-Sustentabilidade. Icapuí-CE: Os desafios do desenvolvimento de uma comunidade... Brasília, DF. Originalmente apresentada como dissertação de mestrado, Universidade de Brasília, 2002. CASTRO e SILVA, S. M. M. Pescarias de lagostas no estado do Ceará: Características e rendimentos. Fortaleza, CE. Originalmente apresentada como dissertação de mestrado, Universidade Federal do Ceará, 1998.

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CASTRO e SILVA, S. M. M. Caracterização da pesca artesanal na costa do Estado do Ceará. São Carlos, SP. Originalmente apresentada como tese de doutoramento, Universidade Federal de São Carlos, 2004. COELLI, T.; E. PERELMAN, S. A comparison of parametric and non-parametric distance functions: With application to European railways. European Journal of Operational Research. v. 117, p. 326-339, 1999. COELLI, J. T. et al. An Introduction to efficiency and productivity analysis. USA: SPRINGER, 2005. 349p. DUPONT, D. P. et al. Capacity utilization measures and excess capacity in multi-product privatized fisheries. Resource and Energy Economics. v. 24, p. 193-210, 2002. FÄRE, R. et al. Productivity growth, technical progress, and efficiency change in industrialized countries. The American Economic Review. v. 84, n. 1, p. 66-83, 1994. FARRELL, M. J. The measurement of productive efficiency. Journal of the Royal Statistical Society. Series A (General). v. 120, n. 3, 1957. FONTELES FILHO, A. A. Diagnóstico e perspectiva do setor pesqueiro artesanal do Estado do Ceará. In: Workshop internacional sobre a pesca. Fortaleza, CE. Universidade Federal do Ceará, 1997. GORDON, H. S. The economic theory of a commom-property resource: The Fishery. The Journal of Political Economy. v. 62, n. 2, p. 124-142, 1954. GULLAND, J. A. Manual of methods for fish stock assessment. Part. 1. Roma. Food and Agriculture Organization of the United Nations, 1969. 154p. KIRKLEY, J. E. et al. Excess capacity and asymmetric information in developing countries: The Malaysian purse seine fishery. American Journal of Agricultural Economics. v. 85, n. 3, p. 647-662, 2003. PAIVA, M. P. istração Pesqueira no Brasil. Brasília, DF: EDITERRA, 1986. 156p. PASCOE, S. e Gréboval, D. (Eds.) Measuring capacity in fisheries. FAO Fisheries Technical Paper n. 445. Roma. Food and Agriculture Organization of the United Nations, 2003. 314p. SMITH, V. L. On models of commercial fishing. Journal of Political Economy. v. 77, n. 2, p. 181-198, 1969. SQUIRES, D. Productivity measurement in common property resource industries: An application to the Pacific coast trawl fisheries. RAND Journal of economics. V.23, n2, pp. 221-236, 1992.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

APLICANDO APRENDIZADO BASEADO EM INSTÂNCIAS NO PROJETO DE SISTEMAS DE ANCORAGEM EM ESTRUTURAS PARA PRODUÇÃO DE PETRÓLEO OFFSHORE THIAGO FARIA PEREIRA1, GABRIELA MOREIRA BORGES2, ALOÍSIO CARLOS DE PINA3, BRENO PINHEIRO JACOB4 1

Graduando em Engenharia Civil, Escola Politécnica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, [email protected] Graduanda em Engenharia Civil, Escola Politécnica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, [email protected] 3 D.Sc. em Engenharia de Sistemas e Computação, COPPE, Universidade Federal do Rio de Janeiro, [email protected] 4 D.Sc. em Engenharia Civil, COPPE, Universidade Federal do Rio de Janeiro, (21) 2562-8496, [email protected] 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: A tendência atual no projeto de sistemas de ancoragem consiste na utilização de simulação dinâmica com elementos finitos e, uma vez que as forças ambientais são nãodeterminísticas, um grande número de análises deve ser realizado para assegurar bons resultados, exigindo elevado tempo computacional. Aprendizado baseado em instâncias é um paradigma de aprendizado de máquinas no qual o valor-objetivo de uma instância problema é estimado de acordo com instâncias semelhantes armazenadas. Algoritmos de aprendizado baseado em instâncias podem ser atualizados automaticamente com novos dados, são fáceis de implementar, bem adaptados a domínios numéricos e frequentemente alcançam resultados muito bons. O objetivo desta pesquisa é a aplicação de um algoritmo de aprendizado baseado em instâncias a fim de substituir parte da análise dinâmica com elementos finitos no projeto de linhas de ancoragem. Uma extensa avaliação experimental foi realizada a fim de determinar o modelo mais adequado para o problema, capaz de encontrar resultados para configurações de linhas de ancoragem tão bons quanto os obtidos na análise dinâmica com elementos finitos, apresentando erro percentual de apenas 0,4%, em tempo consideravelmente menor. PALAVRAS–CHAVE: aprendizado de máquinas, sistemas de ancoragem, estruturas offshore.

APPLYING INSTANCE-BASED LEARNING IN THE DESIGN OF MOORING SYSTEMS FOR OFFSHORE OIL PRODUCTION STRUCTURES ABSTRACT: The current tendency in the design of mooring systems consists in the use of dynamic simulation with finite elements and, since the environment forces are non deterministic, a high number of analyses must be performed to assure good results, demanding high computational time. Instancebased learning is a machine learning paradigm in which the target value of a problem instance is estimated according to similar stored instances. Instance-based learning algorithms can be automatically updated with new data, they are easy to implement, well adapted to numerical domains, and often they achieve very good results. The objective of this research is the application of an instance-based learning algorithm in order to replace part of the dynamic analysis with finite elements in the design of mooring lines. An extensive experimental evaluation was performed in order to determine the best suited model for the problem, capable to find results for mooring lines configurations as good as those achieved in a dynamic analysis with finite elements, achieving percentage error of only 0.4%, in considerably less time. KEYWORDS: machine learning, mooring systems, offshore structures.

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INTRODUÇÃO Com o avanço da exploração e produção de petróleo em águas profundas e ultraprofundas, o uso de sistemas flutuantes de produção torna-se cada vez mais frequente. Os sistemas flutuantes são mais susceptíveis às ações dinâmicas, originadas das ações ambientais, do que as plataformas fixas. O sistema de ancoragem deve ser capaz de garantir uma rigidez tal que o movimento da unidade flutuante seja mínimo, sem que as forças envolvidas ultraem limites de segurança pré-estabelecidos. A escolha correta da topologia de ancoragem e da configuração de cada linha é de fundamental importância na performance do sistema flutuante (PINA et al., 2010). A busca por configurações eficientes através de estudos paramétricos, que envolvem a variação “manual” dos diferentes parâmetros geométricos do problema, tem se mostrado uma tarefa árdua e nem sempre leva aos melhores resultados (JACOB et al., 1999). Para tratar essa questão, métodos de otimização têm sido desenvolvidos em diversos trabalhos já publicados. Por exemplo, Lima et al. (2005) apresentaram um algoritmo híbrido Fuzzy/AG, Pina et al. (2008; 2011) apresentaram uma aplicação do algoritmo de enxame de partículas, incluindo uma análise de convergência, e Albrecht (2005) apresentou uma aplicação de algoritmos genéticos e do método de enxame de partículas especificamente na otimização de sistemas de ancoragem. Embora a utilização de métodos de otimização facilite o projeto de sistemas de ancoragem, a análise dinâmica do modelo de elementos finitos ainda deve ser aplicada a cada o do algoritmo de otimização. Os resultados de uma análise no domínio do tempo são constituídos por séries temporais dos parâmetros de interesse da resposta, e é importante observar que para alcançar uma estabilidade estatística nos resultados obtidos, as séries temporais devem ser suficientemente longas, o que faz cada uma das diversas análises requeridas demandar um tempo computacional muito longo. Em geral, quando existem dificuldades em se estabelecer ou empregar um modelo matemático para investigar um determinado problema físico, se recorre a metamodelos mais simples para descrever a resposta dinâmica do sistema (PINA et al., 2013). Devido a sua simplicidade e bom desempenho, algoritmos de aprendizado baseado em instâncias (IBL Instance-Based Learning) são ainda hoje alguns dos algoritmos de aprendizado de máquinas mais utilizados. O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de ferramentas computacionais para o projeto de sistemas de ancoragem, aplicando um algoritmo de aprendizado baseado em instâncias como metamodelo para substituir análises dinâmicas com elementos finitos, permitindo o uso de métodos de otimização, baseados em algoritmos evolucionários, na busca por configurações ótimas de linhas de ancoragem. Pretende-se encontrar resultados tão bons quanto os obtidos através da análise dinâmica de elementos finitos, em um tempo consideravelmente menor. O artigo está organizado como segue. Primeiro, é apresentado um resumo sobre as principais características dos algoritmos de aprendizado baseado em instâncias. Em seguida, a avaliação experimental é descrita em detalhes. Então, são reportados os resultados e apresentadas as conclusões. MATERIAL E MÉTODOS Aprendizado Baseado em Instâncias: Técnicas de aprendizado baseado em instâncias funcionam essencialmente mantendo exemplos de atributos típicos para cada classe. 1059

O aprendizado baseado em instâncias está fundamentado na aplicação direta do conceito de similaridade. Uma função de similaridade diz ao algoritmo o quão próximas duas instâncias estão. Embora isso pareça simples, existe uma grande complexidade em se escolher a função de similaridade, especialmente em situações onde alguns dos atributos são simbólicos. Por exemplo, se a tarefa fosse classificar pessoas e um dos atributos fosse a cor do cabelo, não é evidente o que a distância significaria nesse contexto. O aprendizado baseado em instâncias também é conhecido por muitos outros nomes, tais como: aprendizado baseado em exemplares, baseado em memória, baseado em casos, baseado em experiências, baseado em kernel, nearest-neighbor (vizinho mais próximo), local, e lazy (preguiçoso). Há muitas variações do tema básico. No caso mais simples, o aprendizado é realizado armazenando-se todos os exemplos observados. A função de classificação é aquela que, quando dado um novo caso, decide como ele se relaciona aos casos aprendidos. Por exemplo, esta função poderia retornar o exemplo de treinamento que é o mais próximo ao novo caso. Os exemplos armazenados usados para classificar novos casos são chamados de instâncias ou exemplares. Um caso novo (ou “caso teste”) é classificado encontrando-se a instância mais próxima a ele de acordo com alguma função de similaridade, e atribuindo a classe da instância ao exemplo. Uma extensão do paradigma básico de IBL consiste em usar os k vizinhos mais próximos (k-Nearest Neighbor) para classificação, em vez de usar apenas o mais próximo e classificar de acordo com ele. A classe atribuída é então aquela da maioria dos k vizinhos, ou a classe que receber a maioria de votos, de forma que quanto mais próximo um vizinho estiver do caso teste, maior será o valor de seu voto. O desempenho de IBL depende criticamente da medida de similaridade (ou, inversamente, distância) usada. Em domínios numéricos (isto é, domínios onde os valores de todos os atributos são números reais), como no caso desta pesquisa, a distância de Manhattan e a distância Euclideana são candidatas naturais. Se houver a atributos, a distância entre duas instâncias E1 = (e11, e12, ..., e1a, C1) e E2 = (e21, e22, ..., e2a, C2), com valores e1i e e2i para o i-ésimo atributo e classes C1 e C2, pode então ser definida pela Equação 1: a

∆( E1 , E2 ) = ∑δ s (e1i , e2i )

(1)

i =1

que com s = 1 fornece a distância de Manhattan e com s = 2, o quadrado da distância Euclideana. A componente da distância (xi, xj) entre dois valores xi e xj de um atributo pode ser simplesmente o valor absoluto de sua diferença. Entretanto, isso pode levar a atributos com valores muito dispersos tendo um peso exagerado no resultado, comparado aos atributos com dispersões menores. Uma abordagem geralmente usada (veja, por exemplo, SALZBERG, 1991) é normalizar a diferença usando o maior e o menor valores observados, como mostrado na Equação 2:

δ ( xi , x j ) =

xi − x j

(2) xmax − xmin Uma vantagem deste método de aprendizado é que em vez de estimar a função objetivo uma única vez para todo o espaço de exemplos, ele pode estimá-la localmente e diferentemente para cada novo caso a ser classificado. Também são fáceis de testar, conceitualmente simples e rápidos, uma vez que o treinamento consiste apenas em armazenar as instâncias. Tais métodos são naturalmente adequados a domínios numéricos, onde o conceito de distância tem um sentido mais concreto. 1060

Avaliação Experimental: Os dados usados nos experimentos são de um sistema flutuante de produção semelhante ao empregado em águas profundas na Bacia de Campos. Instalada em um local onde a profundidade é de 1795,29m, a plataforma está ancorada por 16 linhas assimetricamente distribuídas em configuração catenária. O sistema também consiste de 38 risers (dutos de transporte). A Figura 1 mostra uma visão superior do esquema de distribuição das linhas de ancoragem e risers da plataforma. Os experimentos foram realizados usando a linha de ancoragem mais tracionada, identificada na Figura 1 pela cor laranja.

Figura 1 – Visão esquemática superior da plataforma. As séries temporais foram obtidas usando carregamentos ambientais como entradas para o programa SITUA/PROSIM, desenvolvido no LAMCSO (Laboratório de Métodos Computacionais e Sistemas Offshore), PEC/COPPE/UFRJ. Cada série temporal corresponde à 3h de simulação de uma linha de ancoragem (10800s). Os 200s iniciais de cada série foram descartados como fase transiente. Os 10600s restantes foram divididos em conjunto de treinamento e de teste. Para treinamento, 500s foram usados. O conjunto de teste, composto pelos últimos 10100s das séries, foi usado para avaliar os modelos, comparando-se as previsões com os valores calculados através do método de elementos finitos.

1061

Na análise dinâmica de uma linha de ancoragem, a resposta é a tração dinâmica no topo da linha. O método de elementos finitos usa como entradas os deslocamentos da unidade flutuante para calcular a tração no topo da linha. Os deslocamentos usados são em 6 graus de liberdade: surge (translação longitudinal), sway (translação lateral), heave (translação vertical), roll (rotação no plano vertical em torno do eixo longitudinal), pitch (rotação no plano vertical em torno do eixo transversal) e yaw (rotação no plano horizontal), como mostrados na Figura 2.

Figura 2 – Movimentos de um sistema flutuante de produção (KHURANA, 1998). Na abordagem proposta, primeiro, o método de elementos finitos é usado para calcular uma série temporal curta da tração no topo da linha de ancoragem. Então, essa série de resposta e as séries de deslocamentos são armazenadas, a fim de permitir que um algoritmo de aprendizado baseado em instâncias seja capaz de prever valores futuros da tração no topo. Portanto, cada instância armazenada consiste dos valores de deslocamento e do valor da tração no topo da linha de ancoragem para cada instante de tempo t (Equação 3). x (t ), y (t ), z (t ), a (t ), b (t ), c (t ), r (t )

(3)

onde r(t) é a resposta (tração no topo) no tempo t; x(t), y(t), z(t), a(t), b(t), c(t) são os deslocamentos surge, sway, heave, roll, pitch e yaw no tempo t, respectivamente. O algoritmo de aprendizado baseado em instâncias usado foi o KNN (K Nearest Neighbors) que, dada uma métrica de distância, classifica um caso teste considerando os K vizinhos mais próximos. A métrica de distância usada nesta pesquisa foi a distância de Manhattan. Foram analisados os resultados fornecidos pelo algoritmo para valores de K variando de 1 a 30. Todos os códigos fonte foram escritos na linguagem Python. Os experimentos foram realizados em um computador com U Intel Core i7, 8GB RAM, sob Microsoft Windows 7 Professional 64Bit. RESULTADOS E DISCUSSÃO A Tabela 1 mostra o erro médio percentual e o tempo de execução do algoritmo para todos os valores de K testados.

1062

Tabela 1 – Resultados experimentais. K 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Erro Médio Percentual (%) 0,5699 0,5259 0,5059 0,4900 0,4795 0,4729 0,4685 0,4642 0,4604 0,4577 0,4564 0,4551 0,4541 0,4540 0,4531 0,4534 0,4536 0,4530 0,4530 0,4536 0,4539 0,4545 0,4549 0,4554 0,4561 0,4570 0,4578 0,4584 0,4592 0,4601

Tempo de Execução (s) 17,8739 17,7890 17,8551 17,9284 17,8753 17,9664 18,0455 17,9923 17,9212 18,8645 18,2249 17,9292 18,8993 17,9525 18,0006 18,1454 17,9958 18,0105 18,0111 17,9868 18,2843 18,0547 18,0184 18,2693 18,4917 18,3693 18,0946 18,4292 18,1640 18,3593

Considerando o tempo de execução do algoritmo, não existe diferença significativa que sustente a escolha de um valor específico para K. Isso acontece pois o tempo usado na estimação do valor objetivo a partir dos vizinhos mais próximos é desprezível comparado ao tempo gasto com os os de maior complexidade do algoritmo, que são o cálculo das distâncias entre os casos teste e cada instância armazenada e a posterior ordenação baseada nessas distâncias. No que diz respeito ao erro médio percentual, pode-se notar na Tabela 1 que o erro diminui gradativamente com o aumento de K, e a partir de um determinado ponto volta a crescer. Esse comportamento pode ser melhor verificado na Figura 3. Note que o erro atinge um patamar mínimo para valores de K entre 15 e 20.

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Erro Médio Percentual

0.55

0.5

0.45 0

5

10

15 K

20

25

30

Figura 3 – Erro médio percentual vs. K. Verificando minuciosamente os valores na Tabela 1 pode ser constatado que o valor de K para o qual o erro médio percentual foi mínimo foi K = 19. Armazenar mais instâncias de treinamento poderia levar a um erro médio percentual ainda menor, entretanto, isso impactaria diretamente no tempo de execução do algoritmo e, uma vez que o tempo é um fator crucial a ser considerado, 500s para treinamento e K = 19 sobressai como a escolha mais adequada para o problema, apresentando o melhor trade-off entre tempo e precisão. A Figura 4 mostra um trecho de 2 minutos com 2 séries sobrepostas: a série de resposta calculada com o método de elementos finitos, e as previsões feitas pelo algoritmo KNN, com K = 19 para a linha de ancoragem mais carregada.

Top Tension (KN)

4050 4000 3950 3900 3850 2900

Actual Predicted 2920

2940

2960 2980 Time (s)

3000

3020

Figura 4 – Comparação entre valores reais e estimados. CONCLUSÕES Esta pesquisa apresentou resultados para apoiar a aplicação de algoritmos de aprendizado baseado em instâncias como metamodelos para substituir análises dinâmicas com elementos finitos, fornecendo um aumento significativo na velocidade da busca por configurações ótimas em sistemas de ancoragem. 1064

Os resultados experimentais mostraram que o algoritmo IBL alcançou um erro médio percentual de previsão de pouco mais de 0,4%. Os resultados também mostraram que o uso de IBL como metamodelo pode fornecer previsões altamente precisas da tração no topo de linhas de ancoragem, 15 vezes mais rápido que uma simulação completa de 3h usando o método de elementos finitos, uma vez que apenas 700s precisam ser calculados (dos quais 200s são descartados como fase transiente e 500s são usados para construir o conjunto de treinamento) e cerca de 18s são necessários para prever o restante da série temporal. Esses resultados são de grande importância prática para a indústria de petróleo, uma vez que permitem a definição de configurações mais eficientes e econômicas para sistemas de ancoragem, estruturas que são fundamentais na exploração de petróleo offshore. AGRADECIMENTOS Esta pesquisa foi parcialmente financiada pela CAPES e pela FAPERJ. REFERÊNCIAS ALBRECHT, C. Algoritmos Evolutivos Aplicados à Síntese e Otimização de Sistemas de Ancoragem. D.Sc. Thesis, COPPE/UFRJ, RJ, Brazil, 2005. JACOB, B.; LIMA, B.; REYES, M.; TORRES, A.; MOURELLE, M.; SILVA, R. Alternative Configurations for Steel Catenary Risers for Turret-Moored FPSO’s. Proceedings of the 9th ISOPE, v.2, Brest, , p.234-239, 1999. KHURANA, S. Patents protect deepwater platform concepts. Oil & Gas Journal, 1998. LIMA, B.; JACOB, B.; EBECKEN, N. A hybrid fuzzy/genetic algorithm for the design of offshore oil production risers. International Journal for Numerical Methods in Engineering, v.64, p.1459-1482, 2005. PINA, A.A.; ALBRECHT, C.; LIMA, B.; JACOB, B. Tailoring the Particle Swarm Optimization Algorithm for the Design of Offshore Oil Production Risers. Optimization and Engineering, v.12, p.215-235, 2011. PINA, A.A.; LIMA, B.; ALBRECHT, C.; JACOB, B. Parameter Selection and Convergence Analysis of the PSO Algorithm Applied to the Design of Risers. Proceedings of the 1st EngOpt, Rio de Janeiro, Brazil, 2008. PINA, A.C.; PINA, A.A.; ALBRECHT, C.; LIMA, B.; JACOB, B. Applying Computational Intelligence in the Design of Moored Floating Systems for Offshore Oil Production. Proceedings of the 2nd EngOpt, Rio de Janeiro, Brazil, 2010. PINA, A.C.; PINA, A.A.; ALBRECHT, C.; LIMA, B.; JACOB, B. ANN-Based Surrogate Models for the Analysis of Mooring Lines and Risers. Applied Ocean Research, ISSN: 01411187, Elsevier, v.41, p.76-86, 2013. SALZBERG, S. A nearest hyperrectangle learning method. Machine Learning, v.6, p.251276, 1991.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente - Niterói – RJ – Brasil 21 a 25 de Outubro de 2013

A GESTÃO DE RECURSOS HIDRICOS E SUA IMPORTÂNCIA PARA A SUSTENTABILIDADE NO BRASIL RUBEN H. GUTIERREZ1, MARCOS H G DE AQUINO2, BRUNA B. MOREIRA3 1

D. Sc., UFF/MSG, [email protected] M. Sc., Inmetro/ UFF/MSG, [email protected] 3 Graduanda Eng. de Produção, UFF 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Este artigo faz uma breve análise sobre a utilização dos recursos hídricos no Brasil e no mundo, sob o ponto de vista da sustentabilidade. Trata da importância da água para a vida em nosso planeta e os problemas que ao longo do tempo têm trazido riscos para a disponibilidade deste recurso. Neste quadro de crescente demanda paralela a oferta restrita, o artigo traz considerações sobre questões ambientais que devem ser levadas em conta pelos gestores das organizações brasileiras, quando da tomada de decisão sobre o consumo deste recurso que recebe cada vez mais atenção da sociedade como um todo. Como metodologia, foi feita pesquisa bibliográfica sobre diferentes tipos de presença da água na natureza, bem como sobre formas com que as organizações podem aproveitá-las, de maneira simples e significativa. Considerando que a água é um recurso essencial, chega-se neste artigo à conclusão de que a adoção de medidas para a otimização do uso dos recursos hídricos por parte das organizações é possível e também imprescindível. PALAVRAS–CHAVE: Água; uso racional; responsabilidade social.

THE MANAGEMENT OF WATER RESOURCES AND ITS IMPORTANCE FOR SUSTAINABILITY IN BRAZIL ABSTRACT: The article makes an analysis on the use of water resources in Brazil and the world, from the point of view of sustainability. Addresses the importance of water for life on our planet and the problems that over time have brought risks to resource availability. In this context of growing demand parallel supply is restricted, and the article presents considerations on environmental issues that should be taken into by managers of Brazilian organizations, when making decisions about the consumption of this resource that receives increasing attention from society as a whole. The methodology involves a literature research about different types of presence of water in nature, as well as ways in which organizations can take advantage of them, simply and significant. Considering that water is an essential resource, you arrive in this article to the conclusion that the adoption of measures to optimize the use of water resources by organizations is possible and essential. KEYWORDS: Water; rational use; social responsibility.

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INTRODUÇÃO A água é essencial para a existência de todas as formas de vida conhecidas em nosso planeta, sendo importante também para a condução de ciclos bioquímicos e para o controle do clima (Vitousek, 1997). A água está presente em nossa atmosfera nos três estados da matéria (líquido, solido e gasoso). Por muitos séculos a água foi considerada um recurso renovável. Os mananciais sempre eram reabastecidos pelas chuvas, e em conseqüência não havia uma consciência da necessidade de preservação da mesma, sendo apenas utilizada e devolvida ao meio ambiente, sendo este último responsável pela absorção de eventuais resíduos humanos. Ao final da década de 60 do século 20, esta capacidade de absorção ou a ser vista como limitada, pois a natureza não conseguia mais absorver os resíduos nem renovar seus recursos no ritmo exigido pelo atual modelo de desenvolvimento da civilização humana (Barata,2007). Uma pequena parte da água presente no planeta é diretamente utilizada pelos seres humanos. Porém a grande maioria da água é salgada ou está congelada. Atualmente a humanidade utiliza mais da metade da água fresca proveniente das chuvas e razoavelmente ível (Vitousek, 1997). Diante deste quadro, algo precisa ser feito para que a sociedade não sinta, ou sinta com a menor intensidade possível, a redução da disponibilidade de água que ocorre em paralelo ao aumento da demanda, seja ela: industrial, agrícola ou humana. Para tanto é importante o conhecimento das instituições a respeito de como a água está presente na natureza. Além disso, os gestores brasileiros precisam estar atualizados a respeito do que se tem feito ao longo do tempo, no mundo, para minimizar os impactos ambientais e sociais do uso da água. A ÁGUA NA NATUREZA O ciclo hidrológico é a forma pela qual a hidrologia descreve a circulação de água pela natureza. De acordo com esta definição, a água fica circulando pelo planeta e não se perde. Ela pode estar inicialmente no mar, do qual evapora pela ação da energia solar, condensando na atmosfera e caindo na forma de chuva para retornar ao mar, antes ando, em alguns casos, por reservatórios subterrâneos ou corpos d’água superficiais (rios e lagos). Outro exemplo de percurso da água é a condensação e precipitação antes da formação das nuvens (orvalho) ou ainda a evaporação da água durante a chuva, ou diretamente dos cursos d’água superficiais, sem chegar ao mar.

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Como se vê, as possibilidades de percurso da água pela natureza são muitas, e este artigo não citará todas, se atendo a três etapas específicas do ciclo hidrológico: o escoamento em corpos d’água superficiais (rios), a água subterrânea e a precipitação pluviométrica (chuva). ESCOAMENTO SUPERFICIAL Para que um manancial de superfície seja utilizado para o abastecimento público, espera-se que o mesmo possua uma vazão mínima de água disponível durante todo o ano. Inclusive, para a implantação de uma captação de água superficial, é necessário o conhecimento prévio dos níveis mínimo e máximo de água no rio e a probabilidade de ocorrência de valores fora destes limites (ABNT, 1992). A vazão dos rios origina-se normalmente das chuvas que correm diretamente para seu leito, e da contribuição feita por reservatórios subterrâneos, nas nascentes e ao longo de seu curso. Neste primeiro tipo de contribuição a água da chuva provoca, quase que imediatamente, o aumento da vazão do rio. Em contrapartida, nos períodos sem chuva, o curso d’água não pode contar com esta contribuição. Já a água dos rios que vem de reservatórios subterrâneos e do lençol freático, possui distribuição mais uniforme ao longo do tempo, pois o solo e a vegetação funcionam como uma esponja, que libera água aos poucos. É importante salientar que quanto maior a cobertura vegetal de uma dada região, maior será a absorção de água pelo solo, pois quando não há vegetação, o escoamento superficial aumenta. Este fato explica a ocorrência de inundações de bairros nas grandes cidades, pois o solo impermeabilizado pela urbanização não retém a água , e toda ela vai, quase que ao mesmo tempo, para os canais e rios urbanos. Processo semelhante ocorre fora da área urbana quando há desmatamento, pois na ausência de cobertura vegetal, há um aumento na velocidade do escoamento superficial e uma conseqüente diminuição da infiltração de água no solo. Este aumento na velocidade faz com que a água carregue material das camadas superficiais do solo, provocando erosão e empobrecimento do mesmo devido ao arraste de nutrientes presentes nestas camadas. A pior conseqüência do desmatamento para o abastecimento público, no entanto, é a diminuição da água no solo, e a conseqüente diminuição da vazão dos rios nos períodos de estiagem. CHUVA Para a ocorrência de chuva em uma determinada região é necessária a conjunção de fatores climáticos de circulação atmosférica e fatores locais (Chow, 1994). De acordo com o relatório do IPCC (2007), espera-se para este século uma mudança no padrão das chuvas, com conseqüente redução da disponibilidade de água para consumo e para geração de energia. Este quadro está se refletindo na crescente preocupação das autoridades brasileiras quanto ao nível dos reservatórios das usinas hidroelétricas. A própria comunidade científica brasileira avalia a possibilidade de ocorrerem problemas ambientais graves no Brasil em conseqüência do desmatamento e da eventual variação futura da temperatura média do nosso planeta. É o caso de uma possível redução das chuvas na região sudeste em decorrência da redução da floresta amazônica (Época, 2007), que por sua vez também afetaria a disponibilidade de água. DEGRADAÇÃO DOS MANANCIAIS OU POLUIÇÃO DAS RESERVAS NATURAIS

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Além da diminuição do volume de água presente nos mananciais, também pode ocorrer a perda da qualidade desta água. Com o crescimento desordenado das aglomerações habitacionais, muitos imóveis lançam esgoto em corpos d’água, sem antes dar-lhe algum tipo de tratamento. Porém, mesmo quando as captações para o abastecimento de uma região forem construídas em áreas preservadas; pelo menos a qualidade da água dos mananciais nos pontos de captação deve ser preservada por um bom tempo. O mesmo já não se pode afirmar quanto à quantidade de água. A NECESSIDADE DE ÁGUA DO SER HUMANO O o água é um direito de toda pessoa humana, e isso inclui o direito de o a água suficiente, sendo que o termo o inclui o econômico, e o termo suficiente se refere a quantidade e qualidade de água necessárias ao atendimento das necessidades básicas do ser humano (Scanlon, 2004). Os seguintes acordos das Nações Unidas reconhecem o direito à água e ao saneamento: o Pacto Internacional sobre Direitos Civis e Políticos; o Pacto Internacional sobre Direitos Econômicos, Sociais e Culturais, a Convenção sobre a Eliminação de Todas as Formas de Discriminação contra as Mulheres e a Convenção sobre os Direitos da Criança. Os governos dos países têm a obrigação de, progressivamente respeitar, proteger e satisfazer esses direitos (Russ, 2005). Para se estimar a água que deve ser destinada para a população existem várias abordagens. Uma delas prevê que os projetos de edificação devem considerar, para efeito de dimensionamento das instalações, um volume de projeto. No caso da norma brasileira, este volume é de 250 litros de água por habitante por dia, que seria o gasto previsto em uma residência no dia a dia (ABNT, 1998). Analisando documentos de diversos organismos, tais como o Banco Mundial e a Organização Mundial da Saúde, Gleick (1999) definiu que um bom volume para o atendimento das condições básicas de ingestão, higiene e preparo de alimentos é de 50 litros por pessoa por dia, divididos da seguinte maneira: Tabela 1 -Volume básico diário recomendado para as necessidades domésticas humanas

Fonte: Gleick (1999) Gleick (1999) enfatiza ainda que este volume diário leva em conta condições de clima moderado e atividades leves, além de não considerar o gasto para a produção de alimentos. Se atualmente a água disponível para consumo não atende às necessidades da população em 100% do ano, com o aumento no número de consumidores será necessário buscar fontes alternativas para atender às futuras demandas, assim como será imprescindível a racionalização do uso da água.

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A GESTÃO DE RECURSOS HÍDRICOS HISTÓRICO DE INICIATIVAS Uma vez que a água foi considerada por muito tempo como um recurso inesgotável, até meados do século XX a sua preservação não foi motivo de preocupação por parte da civilização humana. O seu uso era feito de forma tão indiscriminada que algumas interferências humanas provocaram verdadeiros desastres ecológicos em nome do uso da água. Um grande exemplo foi a enorme redução do espelho d’água do mar Aral, na Ásia, que foi conseqüência do desvio da água dos rios que o abasteciam para o uso na irrigação (Vitousek, 1997). Outros exemplos de rios que tiveram suas vazões reduzidas pela interferência humana são o Ganges e o Nilo, devido ao seu uso para a agricultura (Vitousek, 1997). Na maioria das vezes, porém, o mau uso dos mananciais está relacionado com a poluição dos mesmos, pelo despejo industrial ou urbano. Muitos outros casos poderiam ser citados para exemplificar como a água sempre foi explorada sem a devida verificação das potenciais conseqüências. Vörösmarty (2000) conclui que as mudanças climáticas e o aumento da população trarão conseqüências para a humanidade nos próximos anos. E afirma também que para se pintar um quadro mais completo da vulnerabilidade dos recursos hídricos é necessário se aprofundar mais na questão da relação entre as mudanças climáticas, a hidrologia e as interferências da humanidade. Além de problemas provocados por lançamentos contínuos de resíduos, alguns acidentes como o de Chernobyl (Barata, 2007), também levaram as empresas e a sociedade a pensar na necessidade de proteção aos recursos naturais. Com o ar do tempo, verificou-se que a poluição local pode trazer efeitos globais, e que medidas deveriam ser tomadas para o controle dos impactos em todo o mundo. Na década de 90 foram criadas pela ISO as normas da série 14000. Estas são normas a serem seguidas pelas empresas que desejem ser reconhecidas como possuidoras de um sistema de gestão ambiental. Em paralelo a isso, a preocupação com o meio ambiente ou a constar no discurso de boa parte da classe política. O que falta atualmente para que problemas ambientais globais sejam resolvidos é o consenso em relação ao que deve ser feito. O exemplo mais marcante desta falta de entendimento foi a não aceitação integral por alguns países das restrições propostas pelo do Protocolo de Kyoto, e a conseqüente não do mesmo. As iniciativas isoladas dos países em relação a preservação do meio ambiente acontecem de forma não uniforme, em parte devido às diferenças econômicas entre os países ou ao estágio de desenvolvimento tecnológico, bem como ao potencial de uso de seus recursos naturais. A tabela a seguir, extraída de Tucci et. al. (2003) descreve como evoluiu, para os países desenvolvidos e para nós, a forma de aproveitar a água. Esta tabela apresenta, também, indicações de como deveria ser feito o aproveitamento da água no século XXI.

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Tabela 2 -Características da visão histórica do aproveitamento da água

Fonte: Tucci et. al., 2003 UMA NOVA TENDÊNCIA Entre outubro de 1998 e agosto de 1999, ocorreram quatro reuniões da equipe intercultural e interdisciplinar de trabalho formado pela UNESCO para discutir vários aspectos 1071

relacionados a ética no uso da água, na relação da água com segurança alimentar, saúde, desastres naturais, ecologia entre outros (Selborne, 2001). Ao tratar a água como um problema ético, esta equipe afirma que a questão não é de carência absoluta, e sim de distribuição e de recursos tecnológicos e financeiros para o o a mesma. Selborne (2001) afirma ainda que: “os princípios éticos exigem clareza e responsabilidade perante a comunidade interessada mais ampla”. A atenuação da escassez da água, por sua vez, dependerá em larga medida de iniciativas locais. Vargas (1999) apresenta um novo paradigma na gestão dos recursos hídricos baseado na gestão integrada e sustentável. Ele listou algumas mudanças necessárias, dentre as quais incluem-se: • Técnicas de saneamento que contem com o comprometimento dos consumidores • Incitação a economia de água. • Responsabilização, informação e participação dos consumidores BOAS PRÁTICAS Além das iniciativas que precisam ser tomadas pelos governos, no âmbito das organizações também existem procedimentos que podem ser adotados para a otimização do uso dos recursos naturais, e mais especificamente do recurso água. As iniciativas para o melhor aproveitamento dos recursos naturais não podem se resumir a iniciativas particulares. Segundo Selborne (2001), os governos devem investir na educação da população para que sejam disseminados hábitos e práticas para o melhor aproveitamento possível dos recursos hídricos. A abordagem a ser feita deve ser integrada, analisando o histórico de transformações ocorridas no meio ambiente local (Amante, 2006). Se a água limpa é um bem caro, e se existem aplicações que não necessitam de água potável, pode-se considerar desperdício os casos em que seria suficiente o uso de água mais barata. Além disso, programas inteligentes de conservação de água têm a possibilidade de melhorar a qualidade e a quantidade de água disponível para uso, diminuem a necessidade de novos investimentos financeiros, reduzem a vulnerabilidade dos sistemas de abastecimento e proporcionam benefícios adicionais para a população e para o ecossistema (Keyes et al, 2004). O USO RACIONAL DA ÁGUA Ao tratar da gestão ambiental em Instituições de Ensino Superior (IES), Tauchen & Brandli (2006) analisaram 42 instituições de vários países diferentes e concluíram que a maioria das práticas de gestão ambiental consiste em ações isoladas e pontuais. Ao tabularem as informações obtidas, apresentaram as principais boas práticas implantadas, conforme a tabela abaixo. Tabela 3 -Boas Práticas em IES

Fonte: adaptado de Tauchen & Brandli (2006)

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De acordo com o levantamento de Tauchen & Brandli (2006), 22 % das IES estudadas tinham práticas de uso racional da água. Silva (2004) apresenta a forma pela qual foi implantado o Programa de Uso Racional da Água da Universidade de São Paulo (PURA-USP), e menciona a possibilidade de aproveitamento de água oriunda de fontes alternativas. Faz a ressalva, no entanto, de que seria uma incoerência a adoção deste tipo de fonte de abastecimento se as fontes atuais não estiverem sendo usados com eficiência. Dentre as práticas necessárias para o uso racional, Silva (2004) destaca as mencionadas abaixo: Acompanhamento do consumo , Racionalização das atividades que consomem água, Atualização dos pontos de consumo, Redução de consumo nos pontos de utilização, Atuação nos casos de anomalias de consumo, Instalação de equipamentos economizadores, Redução de perdas físicas, Campanhas de conscientização e mudanças comportamentais dos usuários, Aproveitamento de água de fontes alternativas, Reúso de água Gonçalves & Hespanhol (2004), entre outros autores, apresentam um programa de conservação de uso da água em edificações existentes. Chahin (1999), analisa o reaproveitamento de água em edificações e avalia que em edifícios comerciais só é possível o reúso de 20% da água consumida, pois seria utilizada para este fim apenas a água de asseio pessoal. Este índice, porém, pode aumentar se houver um refeitório, cozinhas ou copas, mas a aplicabilidade deveria ser estudada caso a caso. CONTROLE DE PERDAS DE ÁGUA Os sistemas públicos de distribuição de água convivem com perdas de água. O controle e a redução destas perdas é motivo de preocupação de todas as empresas concessionárias de serviços de saneamento básico, pois os mesmos representam perdas financeiras. Sistemas de abastecimento de água que operam com altos índices de perdas necessitam captar e tratar um volume maior de água, o que implica em um maior consumo de produtos químicos de tratamento e de energia elétrica, além do aumento dos custos de mão de obra (Gumier & Luvizoto, 2007). Grandes perdas também podem provocar uma necessidade de maiores investimentos na construção de sistemas de tratamento e reservação. De acordo com Silva (2004) a redução das perdas físicas deve ar pelas seguintes etapas: atualização do cadastro de redes externas e reservatórios; detecção e eliminação de vazamentos em redes externas; detecção e eliminação de vazamentos em reservatórios. O APROVEITAMENTO DA ÁGUA DE CHUVA De acordo com Jaques (2005), há exemplos de instalações de captação de água construídas há mais de 5.000 anos. Já nos países mais desenvolvidos a captação de chuva nos dias atuais começou a ser implantada como instrumento de controle de enchentes urbanas, tendo ado a servir de fonte de fornecimento para consumo depois do aumento da sua escassez (Jaques, 2005). De acordo com Fernandes (2007), normalmente o aproveitamento da água de chuva é feito através de sua captação nos telhados, de onde segue por calhas e tubulações exclusivas para reservatórios específicos. Além de ser influenciada pelo regime de chuvas, a quantidade coletada também depende da área de coleta dos telhados e lajes impermeabilizadas. Já a qualidade pode ser influenciada pelas condições de limpeza das coberturas dos prédios e das calhas, uma vez que as partículas oriundas da poluição atmosféricas, folhas e dejetos de pequenos animais podem ser arrastados para o reservatório.

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A ABNT elaborou a Norma 15527, que define a maneira pela qual pode ser feito o aproveitamento de água de chuva para fins não potáveis. O APROVEITAMENTO DA ÁGUA SUBTERRÂNEA. A água subterrânea está presente em praticamente todos os tipo de solos, porém ela é visível a nós apenas nas cavernas e minas e para um observador pode parecer que ela de fato só existe nestes locais. Porém na maioria das escavações realizadas no solo, verifica-se o surgimento de água (Heath, 1982). A importância da água subterrânea pode ser verificada se compararmos a quantidade presente no solo com a presente em outras partes da hidrosfera, conforme tabela 4. Como se pode observar, de toda a água doce do mundo, 68,6 % encontram-se nos pólos sob a forma de gelo e 30,1 % encontram-se em lençóis subterrâneos. A água presente nos rios e lagos representa apenas 0,266 % da água doce. O Brasil, por possuir uma boa quantidade de rios de grande vazão, não é tão dependente da água subterrânea, mas mesmo assim existem muitos poços no interior do estado de São Paulo que são usados para o abastecimento público. REÚSO DE ÁGUA Mitchell et al (2005) destaca o crescente interesse no uso de água oriunda de fontes alternativas ao sistema público, de forma a preservar este recurso. Já Kennedy & Tsuchihashi (2005) analisam a sustentabilidade do reúso de água, e concluem este pode gerar muitos benefícios, mas que para ser sustentável deve levar em conta as necessidades das comunidades locais e os valores envolvidos. Além disso, afirmam que existem limitações que devem ser levadas em consideração, principalmente em relação ao uso agrícola, e relacionados ao acúmulo de poluentes no solo e seus consequentes riscos para a saúde e para o meio ambiente. Tabela 4 - Quantidades estimadas de água no mundo

Fonte: (Chow,1994)

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Marks. & Zadoroznyj (2005) comparam o reúso de água em sistemas urbanos em diferentes países com os respectivos níveis de confiança, ressaltando a necessidade de estruturas apropriadas e iniciativas institucionais para a sustentabilidade do reúso. Morelli (2005) apresenta tipos de tratamento para as quais existem tecnologias disponíveis no Brasil, ressaltando o fato de que a lavagem de veículos é um dos grandes consumidores de água tratada, quando na verdade não é necessária a potabilidade para esta atividade. A decisão sobre a implantação de sistemas de reúso de água leva em conta aspectos econômicos na maioria dos casos, negligenciando, em muitos casos, benefícios intangíveis e a responsabilidade social e ambiental (Silva, 2007). CONCLUSÃO A água é importante para a sociedade humana por vários aspectos: ela é essencial para a existência e a manutenção da vida; quando mal utilizada pode se tornar veículo de transmissão de doenças; é corpo receptor e condutor de vários dejetos; é matéria prima da indústria; é essencial na produção de alimentos; é via utilizada por diversos meios de transporte e é essencial para o controle da temperatura do nosso planeta. Apesar disso, nem sempre se tratou da água do planeta com o devido cuidado, a ponto de se colocar em risco a disponibilidade da mesma para todas as parcelas da população de nosso planeta. Ao longo do século ado, paulatinamente cresceu a atenção da sociedade para com a questão ambiental. Esta atenção traduziu-se ao longo do tempo na adoção de medidas de gestão e uso racional. Tais medidas não só podem como devem ser adotadas pelas organizações brasileiras, e para tanto alguns cuidados com a verificação da disponibilidade, tanto do ponto de vista da quantidade quanto da qualidade. Para isso devemos levar em consideração os vários tipos de mananciais (rios, chuva, lençóis subterrâneos, etc.). Por outro lado, o recurso deve ser utilizado apenas para o atendimento de demandas reais, minimizando ao máximo o desperdício, contando-se inclusive com o reaproveitamento da água utilizada (reúso) sempre que possível. Existem medidas que, se adotadas, podem maximizar o aproveitamento da água pelas organizações. Cabe aos gestores brasileiros tomar para si a tarefa de implementar tais medidas: desde a busca de fontes alternativas, ando pelo uso racional e chegando ao reuso, quando for o caso, para que a sociedade brasileira não tenha que pagar, no futuro, por uma omissão do presente. REFERÊNCIAS ABNT -ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS . NBR 12213: Projeto de captação de água de superfície para abastecimento público. Rio de Janeiro, 1992. ______ NBR 15527 -Água de chuva -Aproveitamento de coberturas em áreas urbanas para fins não potáveis – Requisitos. Rio de Janeiro, 2007. ______ NBR 5626 -Instalação predial de água fria. Rio de Janeiro, 1998. AMANTE, Fernanda O.; COSTA, Alexander J. S. T.; MARQUES, Jorge S. Água, sociedade e meio ambiente urbano. Anais do III Encontro da ANPPAS. Brasília/DF, 2006. AMORIM, R. S., Abastecimento de água de uma refinaria de petróleo: Caso REPLAN, Dissertação (Mestrado em Sistemas de Gestão) LATEC, UFF, Niterói, 2005.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

RECUPERAÇÃO DE ÁREAS DEGRADADAS NA FORMAÇÃO DE CORREDORES FLORESTAIS NA FAZENDA DO INSTITUTO VITAL BRAZIL EM CACHOEIRAS DE MACACU PILLA, T. P.¹; SILVA, J. G.2; CUNHA, L. E. R. ³; SOARES FILHO, J. M.4; LEMOS, B. L. 5. 1 - Biólogo, Instituto Vital Brazil (R. Maestro José Botelho, 64 . Vital Brazil - Niterói/RJ) e Horto-Viveiro/UFF (Av. Litorânea no s/no, Boa Viagem - Niterói/RJ), (fone: 21-71255507- [email protected]). 2 - Prof. Associado IV, Depto de Biologia Geral/UFF e Coordenadora do Laboratório Horto-Viveiro (Av. Litorânea no s/no, Boa Viagem - Niterói/RJ) 3 - Médico Veterinário , Diretor Científico/IVB (R. Maestro José Botelho, 64 . Vital Brazil - Niterói/RJ) 4Engenheiro Florestal, INEA/DIBAP/GESEF 5 - Biólogo, INEA/DIBAP/GESEF/SEADA (Av. Venezuela, 110, sala 315. Saúde - Rio de Janeiro/RJ).

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: A Fazenda Vital Brazil encontra-se no Km 35 da estrada RJ-122, na localidade de Lugarejo Ambrósio/Cachoeiras de Macacu, entre as coordenadas 22°30'42.86"S 42°42'51.27"O. Inaugurada em 28 de abril de 2010, seu principal objetivo é a criação de equinos utilizados no processo da obtenção de plasmas como insumo farmacêutico ativo (IFA) à produção de soros hiperimunes. Possui 17 alqueires (79 ha), sendo 20 ha de mata preservada na vertente atlântica da Serra do Mar, dentro da Floresta Ombrófila densa (stricto sensu), em um relevo variando de 30 a 110 m.n.m, de clima do tipo Af (tropical úmido). Encontra-se próximo a importantes unidades de conservação (Reserva Ecológica de Guapiaçu, Parque Estadual dos Três Picos). O objetivo é testar três técnicas de recuperação de áreas degradadas e de preservação permanente na formação de corredores florestais. Foram selecionados 16 ha para recuperação, incluindo as áreas de preservação permanente (mata ciliar, topo de morro, encosta e nascente) para formar 5 corredores e ligar 4 fragmentos no entorno da fazenda, contemplando diversas situações ecológicas e níveis de degradação observados. Com base em conceitos de restauração ecológica de ecossistemas, adaptados às condições e recursos locais, foram adotados três técnicas, distribuindo em campo as espécies por nucleação ou enriquecimento, associadas à transposição de serrapilheira. Foi identificado um aporte significativo ao processo de resiliência local, com o recrutamento de dispersores e plântulas introduzidas pela chuva de sementes. PALAVRAS–CHAVE: Recuperação, áreas degradadas, corredores ecológios. REHABILITATION OF DEGRADED AREAS IN THE FORMATION OF RUNNERS ON THE FARM FORESTRY INSTITUTE OF VITAL BRAZIL IN CACHOEIRAS MACACU ABSTRACT: The Farm Vital Brazil is at Km 35 RJ-122 road in the locality of village Ambrose / Cachoeiras Macacu between the coordinates 22 ° 30'42 .86 "S 42 ° 42'51 .27" W. Inaugurated on April 28, 2010, its main goal is the creation of horses used in the process of obtaining plasmas as active pharmaceutical ingredient (IFA) for the production of hyperimmune sera. Has 17 acres (79 ha), of which 20 ha of preserved forest on the Atlantic slope of the Serra do Mar, in the rain forest dense (stricto sensu) in a relief ranging from 30 to 110 mnm, climate type Af (tropical humid ). It is close to important conservation units (Guapiaçu Ecological Reserve, State Park of the Three Peaks). The objective is to test three techniques of recovery of degraded areas and permanent preservation in the formation of forest corridors. 16 ha were selected for recovery, including permanent preservation areas (riparian forest, hill top, slope and east) to form 5 runners and connect 4 pieces around the farm, covering various ecological situations and levels of degradation observed. Based on concepts of ecological restoration of ecosystems, adapted to local conditions and resources, we adopted three techniques, distributing field species nucleation or enrichment associated with transposition of litter. Identified a significant contribution to the process of local resilience, with the dispersal and recruitment of seedlings introduced by seed rain. KEYWORDS: Recovery, degraded areas, Ecological corridors.

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INTRODUÇÃO A Mata Atlântica na América do Sul lidera a estatística mundial de perda de hábitat, sendo considerado um dos cinco “hotspots” prioritários do mundo (FONSECA et al. 2005). Hoje, ela se resume a menos de 7% da sua cobertura original, que se distribuía anteriormente em cerca de 1.350.000 Km² do território nacional (FUNDAÇÃO SOS MATA ATLÂNTICA & INPE, 2002; S.O.S MATA ATLÂNTICA, 2012). A formação vegetacional pertencente ao Domínio Mata Atlântica, representam uma região com índice elevado de endemismos (THOMAZ et al., 1998). Destaca-se por sua imensa riqueza com aproximadamente 20 mil espécies de plantas vasculares, sendo metade endêmica (CONSÓRCIO MATA ATLÂNTICA & UNICAMP, 1992). Das 127 espécies lenhosas descritas para região costeira na Flora Neotropical 68 (53,5%) são endêmicas (MORI et al., 1981). De acordo com diversos autores (MORI et al., 1983; PEIXOTO & GENTRY, 1990; JOLY et al., 1991; BARROS et al., 1991), além do elevado grau de endemismo observado em alguns grupos vegetais, a Mata Atlântica apresenta elevada riqueza de espécies e diversidade florística (BEGON et al., 1996), que em alguns locais, é superior às observadas em trechos de Floresta Amazônica (TABARELLI & MANTOVANI, 1999). Paisagens fragmentadas, de baixa conectividade entre os remanescentes florestais, elevam o risco de extinção local, influem na quantidade e qualidade da água de rios, afetam características do clima e do solo cujo uso inapropriado leva à perda da matéria orgânica que é uma das responsáveis pela sua fertilidade. A restituição de um ambiente degradado é um processo bastante complexo, cabendo ao restaurador promover “gatilhos ecológicos” que acelerem a sucessão natural (BECHARA, 2006). Para isso, é necessário oferecer abrigo, alimento e condições para que as espécies dos diferentes níveis tróficos possam interagir e se reproduzirem no local. A Fazenda Vital Brazil localiza-se no Km 35 da estrada RJ-122, na localidade de lugarejo Ambrósio em Cachoeiras de Macacu entre as coordenadas 22°30'42.86"S 42°42'51.27"O. Foi comprada de Alberto Guedes Rodrigues em 2008, que utilizava a propriedade para a criação de cavalos da raça Campolina, de gado e produção de coco. Inaugurada em 28 de abril de 2010, tem como principal objetivo atender à criação dos equinos utilizados no processo da obtenção de plasmas como insumo farmacêutico ativo (IFA) à produção de soros hiperimunes. Possui 17 alqueires (82 ha) e dista cerca de 76 km do Instituto Vital Brazil, sediado em Santa Rosa/Niterói-RJ. Situa-se na vertente atlântica da Serra do Mar, que variam de 40 a 120 m.n.m. A farta disponibilidade de água é assegurada pelo lençol freático superficial que propicia a presença de vários corpos d’água (lagos, açudes, cacimbas e nascentes) situados na fazenda. Estes, vão alimentar um córrego retificado (mapa 1) que corta a propriedade. O relevo é formado por elevações de pequena altura, tipo meia laranja. Segundo a classificação de Koeppen (1948), o clima corresponde ao tipo Af (quente e úmido, sem estação seca). A precipitação anual oscila entre 1.500 e 2.000 mm, sendo os meses de novembro a março os mais chuvosos e de maiores temperaturas (PRIMO & VÖLKER, 2003). A proximidade com unidades de conservação como a REGUA - Reserva Ecológica de Guapiaçu, o PETP - Parque Estadual dos Três Picos, indica a importância de se conectar os fragmentos de mata da região para assegurar o fluxo gênico de espécies da fauna e flora, representantes de uma rica biodiversidade. A promoção de práticas como a formação de corredores florestais, a recuperação de áreas degradadas e de Áreas de Preservação Permanente – APPs, assim como da pesquisa sobre a biodiversidade presente hoje nestes fragmentos. São de suma importância para a preservação de diversas espécies da Mata Atlântica. Servindo também como forma de ampliar os efeitos de políticas públicas restritas as diversas unidades de proteção, que não são suficientes para suprir as necessidades tanto 1079

espaciais como técnicas no papel de mantenedoras desse plantel genético tão diversificado. Cabendo a esse mosaico de fragmentos florestais e propriedades rurais servirem como zonas tampões e de interligação O objetivo e a formação de corredores florestais ligando os principais fragmentos de mata dentro e no entorno da fazenda do Instituto Vital Brazil em Cacheiras de Macacu, que contemplem a identificação, marcação de matrizes e coleta de sementes para a produção e plantio de mudas na recuperação de áreas degradadas. A Fazenda do Instituto Vital Brazil oferece todos os requisitos para se tornar um importante refugio da biodiversidade local, tanto pelo bom estado de conservação dos fragmentos florestais dentro e no seu entorno, como pela estrutura que oferece para a elaboração de projetos de recuperação de áreas degradadas, formação de corredores e de pesquisa sobre a biodiversidade local, dentre outras iniciativas que podem ser desenvolvidas. MATERIAL E MÉTODOS Para a escolha das espécies prioritárias utilizadas no projeto de restauração na formação de corredores florestais, foram selecionadas através de levantamentos florísticos nos principais fragmentos de entorno. Em campo foi utilizado o método do caminhamento (FILGUERAS et al., 1994). Foram anotadas todas as espécies arbóreas e arbustivas observadas e a ocorrência e predominância de outras formas de vida. Os indivíduos em estado reprodutivo foram coletados, fotografados e preparados para serem herborizados de acordo com os procedimentos de herborização padrão para posterior identificação das espécies e formação do herbário. Os espécimes não identificados em campo também foram coletados e comparados com a coleção em herbários ou levados aos especialistas para a posterior identificação. Os levantamentos foram mensais durante um ano e atualizados continuamente. A composição intra e entre guildas ecológicas das espécies foram classificadas de acordo com as seguintes categorias ecológicas: guildas de dispersão: (a) espécies anemocóricas, aquelas que apresentam mecanismos que facilitam sua dispersão pelo vento, (b) zoocóricas, aquelas que apresentam características relacionadas à dispersão por animais e (c) autocóricas, espécies que dispersam por queda livre ou apresentam mecanismos de autodispersão (PIJL, 1982); guildas de estratificação: (a) espécies de sub-bosque, aquelas que ocupam o estrato dos arbustos e das pequenas árvores no interior da floresta e (b) espécies de dossel, aquelas que ocupam o dossel da floresta e/ou o estrato emergente (WILSON, 1989); guildas de regeneração: (a) espécies intolerantes à sombra, aquelas que necessitam de clareiras como sítio de regeneração e (b) espécies tolerantes à sombra, aquelas capazes, de se regenerar no sub-bosque da floresta. Nesse grupo encontram-se as espécies típicas de subbosque, as quais completam seus ciclos de vida no interior da floresta, e aquelas de dossel que toleram a sombra somente nos estádios não-reprodutivos (HARTSHORN, 1978). As espécies amostradas foram classificadas em grupos sucessionais (pioneira, secundarias iniciais e secundárias tardias) segundo GANDOLFI et al, 1995. A definição dos estádios de sucessão segue o estabelecido legalmente pela Resolução do CONAMA no 06/94 (BRASIL, 1994). Modelos para a restauração de áreas degradadas Foram adotadas diversas técnicas para contribuir com a capacidade de resiliência local, respeitando a própria capacidade do ecossistema de se regenerar e tornando o processo de restauração o mais natural possível. Essas metodologias foram baseadas nos conceitos de restauração3 de ecossistemas propostos por autores como REIS et al (1999), KAGEYAMA & 3

Restauração: Restituição de um ecossistema ou de uma população silvestre degradada o mais próximo

possível da sua condição original (SNUC, 2000).

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GANDARA (2000), BECHARA, F.C. (2006; 2007), ANDERSON (1953), e adaptadas às condições e recursos existentes no local. Para o projeto de restauração foi utilizada a técnica do plantio de ilhas de diversidade associadas à transposição de serrapilheira nas áreas (ver mapa 1): de vegetação ciliar (corredor 3), encosta (corredores 2,4,6,5), e de áreas alagadiças (corredor 1). E de enriquecimento nos corredor 7, 8. Com o objetivo de criar uma cobertura densa de vegetação, utilizado espécies arbóreas de rápido crescimento e aproveitando as espécies arbustivas/herbáceas recrutadas do banco de sementes local. Foram priorizadas as espécies de leguminosas de crescimento rápido, de grande plasticidade ecológica, espécies “bagueiras” (atrativas a fauna), ou ameaçada de extinção.

Figura 1 – distribuição das unidades dos corredores florestais: 1- corredor em torno da nascente; 2 - corredor de ligação com mata ciliar; 3 - corredor de mata ciliar; 4 -corredor de interconexão entre dois fragmentos (encosta); 5 - corredor de encosta; 6 - recuperação de talvegue; 7 - restauração de encosta no entorno da sede; 8 - restauração de mata ciliar e enriqueciemento de capoeira. Foram selecionadas 60 espécies adaptadas às condições ecológicas locais e distribuídas em 8 zonas (figura 1) e descritas de acordo com as suas características ecológicas (tabela 1). Utilizadas na implantação de um projeto de restauração de áreas degradadas somando ao todo 14 hectares de mata nativa em diversos estágios de regeneração, que representará 25 hectares (30% da propriedade) de área preservada. Estima-se o plantio de 50.000 mudas nativas até o ano de 2016, interligando os principais fragmentos florestais dentro e no entorno da Fazenda, como um cinturão verde formado por vários corredores florestais circundando a propriedade e os principais cursos d’água. Com o monitoramento e a manutenção das áreas de plantio por 4 anos.

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Tabela 1 – Espécies ocorrentes na região selecionadas para a formação dos corredores Legenda: Corredor florestal (Co): ver a distribuição na figura 1; Estágios sucessionais (Es): Pi – pioneira; Se - secundária; Clclímax; Guildas de dispersão (Di): (a) espécies anemocóricas; (b) zoocóricas; (c) autocóricas. ANACAR Schinus terebinthifolia Raddi - Co: (todas) - Es: Pi,Si - Di: A

FABA Inga edulis Mart - Co: 1,2,3 - Es: Pi,Si Di:Z

MELAS Tibouchina granulosa (Desv.) Cogn Co: (todas) - Es: Pi,Si - Di: A

ANACAR Z Astronium graveolens Jacq. - Co: FABA Inga laurina (Sw.)Willd. - Co: (todas) 4,5,6,7 - Es: Si,Cl - Di: A Es: Pi,Si - Di: Z

MORAC Ficus sp. - Co: (todas) - Es: Cl - Di: Z

ANACAR Tapirira guianensis Aubl. – Co: 1,2,3,8 - Es: Pi,Si - Di:

FABA Inga marginata Willd. - Co: 1,2,3,8 Es: Pi - Di: Z

MORAC Sorocea bonplandii (Baill.) W.C - Co: 4,5,6,7 - Es: Cl - Di: A

ANNO Annona cacans Warm. - Co: (todas) Es: Pi,Si - Di: Z

FABA Inga sessilis (Vell.) Mart. - Co: (todas) Es: Pi,Si - Di: Z

MYRT Eugenia leitonii D. Legrand - Co: 1,2,3,8 - Es: Si - Di: Z

ANNO Rollinia sericea (R.E. Fr.) R.E. Fr. - Co: FABA Inga vera Willd. - Co: 1,2,3,8 - Es: Pi,Si (todas) - Es: Pi,Si - Di: Z - Di: Z

MYRT Calyptranthes sp. - Co: 4,5,6,7 - Es: Si,Cl - Di: Z

ANNO Xylopia brasiliensis Spreng.( todas) – Pi,Si - Z

FABA Melanoxylon brauna Schott - Co: 4,5,6,7 - Es: Cl - Di: A

MYRT Eugenia sp. - Co: 4,5,6,7 - Es: Si,Cl Di: Z

APOC Aspidosperma polyneuron Müll.Arg Co: 1,2,3,8 - Es: Cl - Di: A

FABA Machaerium nyctitans (Vell.) Benth. Co: (todas) - Es: Pi,Si - Di: A

MYRT Eugenia brasiliensis Lam. - Co: 1,2,3,8 - Es: Si,Cl - Di: Z

APOCY Tabernaemontana catharinensis A.DC. FABA Plathymenia foliolosa Benth. - Co: - Co: (todas) - Es: Pi - Di: Z 4,5,6,7 - Es: Si,Cl - Di: A

MYRT Psidium cattleianum Sabine - Co: (todas) - Es: Pi,Si - Di: Z

AREC Euterpe edulis Mart. - Co: 1,2,3,8 - Es: FABA Platycyamus regnelii Benth - Co: 4,5,6,7 Cl - Di: Z - Es: Si,Cl - Di: A

MYRIS Virola sp. - Co: (todas) - Es: Cl - Di: Z

BIGN Cybistax antisyphilitica (Mart.) Mart. Co: (todas) - Es: Pi,Si - Di: A

FABA Piptadenia gonoacantha (Mart.) J.F. Co: (todas) - Es: Pi,Si - Di: A

NYCT Guapira opposita (Vell.) Reitz - Co: (todas) - Es: Cl - Di: Z

BIGN Handroanthus avellanedae (Lorentz ex Griseb.) Mattos - Co: (todas) - Es: Si - Di: A BIGN Handroanthus chrysotricha (Mart. ex A. DC.) Mattos - Co: (todas) - Es: Pi,Si - Di: A

FABA Pseudopiptadenia contorta (DC.) G.P. Co: 4,5,6,7 - Es: Pi,Si,Cl - Di: A FABA Senna alata (L.) Roxb. - Co: (todas) Es: Pi,Si - Di: A

PHYLL Hyeronima alchorneoides Allemão Co: (todas) - Es: Si - Di: Z PHYTO Gallesia integrifolia (Spreng.) Harms Co: 1,2,3,8 - Es: Si,Cl - Di: Z

BIGN Jacaranda micrantha Cham. - Co: 4,5,6,7 FABA Senna macranthera H.S.Irwin & Barneby - Es: Si - Di: A - Co: (todas) - Es: Pi,Si - Di: A

PRIM Myrsine coriacea (Sw.) R.Br. - Co: (todas) - Es: Pi,Si - Di: Z

BIGN Sparattosperma leucanthum (Vell.) K. Schum. - Co: (todas) - Es: Pi,Si - Di: A

FABA Stryphnodendron polyphyllum Mart Co: 4,5,6,7 - Es: Pi,Si,Cl - Di: A

PRIM Myrsina umbellata Mart. - Co: (todas) Es: Pi,Si - Di: Z

BIGN Tabebuia cassinoides (Lam.)DC. - Co: 1,2,3,8 - Es: Cl - Di: A

FABA Swartzia var. grandiflora (Raddi) R.S. Cowan - Co: 4,5,6,7 - Es: Cl - Di: Z

RUBIA Posoqueria latifolia (Rudge) Schult. Co: (todas) - Es: Cl - Di: Z

BORAG Cordia trichotoma (Vell.) Arráb. ex Steud. - Co: 1,2,3,8 - Es: Pi,Si - Di: Z

FABAC Swartzia langsdorffii Raddi - Co: 1,2,3,8 - Es:Cl - Di: Z

RUBIA Psychotria carthagenensis Jacq. - Co: (todas) - Es: Cl - Di: Z

CANNA Trema micrantha (L.)Blume - Co: (todas) - Es: Pi,Si - Di: Z

LAMI Aegiphila selloviana Cham - Co: (todas) Es: Pi - Di: Z

RUBIA Psychotria vellosiana Benth. - Co: (todas) - Es: Cl - Di: Z

CARIC Jacaratia spinosa (Aubl.) DC. - Co: 1,2,3,8 - Es: Si,Cl - Di: Z

LAUR Nectandra megapotamica (Spreng.) Mez - Co: (todas) - Es: Si,Cl - Di: Z

RUTA Zanthoxylum rhoifolium Lam. - Co: (todas) - Es: Si - Di: Z

CLUS Garcinia gardneriana (Planch. & Triana) LAUR Nectandra oppositifolia Nees - Co: Zappi - Co: 1,2,3,8 - Es:Cl - Di: Z (todas) - Es: Si,Cl - Di: Z

SALIC Casearia arborea (Rich.) Urb. - Co: (todas) - Es: Pi,Si - Di: Z

ERYT Erythroxylum cuspidifolium Mart. - Co: LAUR Ocotea odorifera (Vell.) Rohwer - Co: (todas) - Es: Pi,Si - Di: Z 4,5,6,7 - Es:Cl - Di: Z

SALIC Casearia Decandra Jacq. - Co: (todas) Es: Pi,Si - Di: Z

EUPH Senefeldera verticilata (Vell) Croizat Co: 1,2,3,8 - Es:Cl - Di: Z

LAUR Ocotea sp. - Co: (todas) - Es: Si,Cl - Di: Z

SAPIN Cupania furfuracea Raldlk. - Co: (todas) - Es: Pi,Si - Di: Z

EUPH Tetrorchidium rubrivenium Poepp. - Co: (todas) - Es: Pi,Si - Di: Z FABA Apuleia leiocarpa (Vogel) J.F. Macbr. Co: 4,5,6,7 - Es: Cl - Di: A

LECHY Cariniana legalis (Mart.) Kuntze - Co: (todas) - Es: Cl - Di: A MAGNO Magnolia ovata (A. St.-Hil.) Spreng. Co: 1,2,3,8 - Es:Cl - Di: Z

SAPIN Cupania oblongifolia Mart - Co: (todas) - Es: Pi,Si - Di: Z SAPIN Sapindus saponaria L. - Co: 1,2,3,8 Es: Si,Cl - Di: Z

FABA Andira fraxinifolia Benth. - Co: (todas) - MALV Eriotheca pentaphylla (Vell. & Es: Si,Cl - Di: Z K.Schum.) A.Robyns - Co: 4,5,6,7 - Es: Si,Cl Di: A FABA Bauhinia sp - Co: 1,2,3,8 - Es: Pi - Di: MALV Pseudobombax sp. - Co: (todas) - Es: A Si,Cl - Di: A

SAPOT Chrysophyllum sp. - Co: (todas) - Es: Cl - Di: Z

FABA Copaifera langsdorffii Desf. - Co: 1,2,3,8 MELIAC Cabralea canjerana (Vell.) Mart. - Es:Cl - Di: Z Co: 1,2,3,8 - Es:Cl - Di: Z FABA Cassia ferruginea (Schrad.) Schrad. ex MELIAC Ceiba speciosa (A.St.-Hil.) Ravenna DC. - Co: 4,5,6,7 - Es: Si - Di: A Co: (todas) - Es: Si,Cl - Di: A

SAPOT Pouteria sp. - Co: (todas) - Es: Cl - Di: Z URTI Cecropia glaziovii Snethl. - Co: (todas) Es: Pi,Si - Di: Z

FABA Dalbergia nigra (Vell.) Allemão ex MELIAC Cedrela odorata L. - Co: 4,5,6,7 - Es: Benth - Co: 4,5,6,7 - Es: Si,Cl - Di: A Cl - Di: A FABA Erythrina falcata Benth. - Co: 1,2,3,8 - MELIAC Guarea guidonia (L.) Sleumer - Co: Es: Si,Cl - Di: Z (todas) - Es: Pi,Si - Di: Z

URTI Z Cecropia hololeuca Miq. - Co: (todas) Es: Pi,Si - Di: Z URTI Cecropia pachystachya Trécul - Co: (todas) - Es: Pi,Si - Di:

FABA Enterolobium contortisiliquum (Vell.) Morong - Co: (todas) - Es: Si,Cl - Di: A

MELIAC Trichilia hirta L. - Co: 4,5,6,7 - Es: Si,Cl - Di: A

URTI Pauroma guianensis Aubl. - Co: (todas) Es: Si,Cl - Di: Z

FABA Hymenaea courbaril L. - Co: 1,2,3,8 Es:Cl - Di: Z

MELAS Miconia cinnamomifolia (DC.) Naudin - Co: (todas) - Es: Pi,Si - Di: Z

VERB Citharexylum myrianthum Cham - Co: 1,2,3,8 - Es: Si,Cl - Di: Z

SAPOT Micropholis crassipedicelata Pierre Co: (todas) - Es: Cl - Di: Z

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Figura 2 – organização de cada núcleo de plantio baseada nos pontos cardeais, distribuindo as mudas de acordo com a sua classe sucessional. Núcleo de diversidade: Cada núcleo de diversidade é composto por um grupo heterogênio de espécies dos diversos estádios da regeneração natural. O ponto inicial de construção de um núcleo parte de um eixo central onde será plantada uma espécie climácica de crescimento lento (figura 2). O núcleo interno é formando por uma área mais adensada, com um espaçamento menor (1m), circundado por espécies pioneiras a fim de proteger as espécies mais sensíveis introduzidas. A partir do ponto central serão traçados primeiramente 4 (quatro) eixos principais direcionados para os pontos cardeais (N 0°, L 90°, S 180°, O 270°), com uma transecção de 3 metros cada. Em seguida serão traçados 4 (quatro) eixos intermediários nos pontos colaterais (NE 45°, SE 135°,SO 225°, NO 315°) com uma transecção de 5 metros cada, intercalados por espécies secundárias em cada eixo seguido de uma espécie pioneira. Ao total serão distribuídas 17 mudas em cada núcleo de diversidade, 1083

que foram implantadas ao longo de toda área, com espaçamentos diferentes entre as mudas mu (figura 2). A distribuição das espécies em cada núcleo de diversidade tem a finalidade de gerar núcleos capazes de atrair maior diversidade biológica para as áreas degradadas. As mudas são distribuídas em campo de forma a aproveitar a iluminação natural natural e a dinâmica de desenvolvimento da sucessão, respeitando o tempo de desenvolvimento e senescência naturais de cada espécie. O sombreamento inicial produzido pelas espécies de rápido crescimento promove um micro clima para o desenvolvimento das espécies de crescimento lento, que são mais exigentes quantos as condições ideais para o seu crescimento, substituindo as espécies pioneiras com a evolução do processo de regeneração da área (figura 3). 1 ano

A

5 anos

B

Figura 3 – Dinâmica de desenvolvimento da regeneração natural em cada núcleo com o desenvolvimento das espécies secundárias de crescimento lento em substituição as pioneiras de crescimento rápido. Técnica de enriquecimento de áreas florestais: Nas áreas 8 e 7 onde já existe um processo inicial de regeneração regeneração (figura 1), é efetuado o plantio de leguminosas de crescimento rápido espécies secundárias e climáxicas, como prática do enriquecimento do local degradado. O número de mudas a serem usadas no local ira variar conforme o estado da área no momento de implantação ntação do projeto, pois a regeneração é um processo continuo e no momento da implantação do projeto a capacidade de e por adensamento na área diminui à medida que o processo natural e espontâneo avança. Técnica de transposição de solo: pequenas porções ões de solo não degradado, representando uma grande probabilidade de recolonização da área com microorganismos, sementes e propágulos de espécies pioneiras. Os organismos do solo não são apenas os habitantes, mas também seus componentes e são de grande importância importância nos ecossistemas, sendo responsáveis por reintroduzindo no sistema, diversos micronutrientes, elementos biológicos e estruturais aos solos danificados. Estes elementos são importantíssimos para a ciclagem de nutrientes e reestruturação e fertilidade fertilidade dos solos. Para a implantação da técnica, seguir as indicações da metodologia descrita abaixo:

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Figura 4 - Esquema simplificado de uma unidade de transposição de substrato. É retirado os primeiros 5cm do solo, juntamente com a matéria orgânica (serrapilheira). Os núcleos de transposição de solo em campo foram distribuídos conforme a disponibilidade e o relevo do terreno. RESULTADOS E DISCUSSÃO A fazenda encontrar-se localizada em uma região de grande diversidade biológica, próxima às unidades de conservação da biodiversidade mais importantes do estado. A ligação entre estas unidades é mantida por uma série de fragmentos florestais que ainda permanecem dentro de propriedades particulares e são responsáveis pela manutenção do fluxo gênico da fauna e flora nativas. A vegetação predominante da região pertence ao domínio da Floresta Ombrófila Densa (sensu stricto) (VELOSO et al., 1991). Essa situação favorável propicia o desenvolvimento de comunidades de elevada diversidade e com uma estratificação bem definida. Foi identificada uma diversidade expressiva de espécies dos diversos estágios de regeneração, potenciais a restauração de áreas degradadas presentes nos fragmentos conectados pelos corredores florestais. A resiliência local se mostrou bastante expressiva, principalmente no entorno dos fragmentos florestais, propiciada pela chuva de sementes. As áreas de baixada de vegetação ciliar (corredor 3), de áreas alagadiças (corredor 1) e nas partes de interconexão que am pela baixada das áreas (corredores 2,4,8). Apresenta um lençol freático quase superficial, com muitas áreas de afloramento e canais de drenagem com uma boa fertilidade dos solos, que facilitam o processo de regeneração. Isso possibilitou a utilização de muitas espécies adaptadas a solos úmidos e profundos com uma significativa diversidade dos diferentes estágios da regeneração em cada núcleo. As áreas de encosta (corredores 2,4,6,5), apresentaram maior dificuldade para a regeneração natural, devido a pontos com solos compactados de menor fertilidade e bem drenados. Nestas áreas foram direcionadas as espécies de grande plasticidade ecológicas e de rápido crescimento, associadas à transposição de solo a fim de restaurar as funcionalidades estruturais do solo e facilitar o recrutamento de novas espécies com a chuva de sementes. As áreas de enriquecimento nos corredor 7, 8, apresentaram duas situações distintas. O corredor 8 apresenta uma regeneração espontânea bem avançada, onde o sombreamento oferecido pelas espécies pioneiras ali já instaladas será aproveitado para a introdução de espécies “bagueiras” (atrativas a fauna) e ameaçada de extinção com o intuito de aumentar a diversidade local e acelerar o processo natural de regeneração. No corredor 7, onde já foram plantada uma serie de árvores para o reflorestamento anteriormente a esse projeto, porém devido pouca fertilidade do solo e o maior espaçamento das mudas, o crescimento se apresenta ainda lento, necessitando uma interferência para acelerar a reestruturação do solo com um preenchimento por espécies arbóreas de rápido crescimento associadas à transposição de solo. Todo o direcionamento de um projeto de restauração de um ambiente degradado, além da importância na diversidade das espécies utilizadas e do banco genético utilizado, o foco central ao qual nos devemos basear e a da reestruturação das funcionalidades biológicas do solo. Com a reintrodução dos micro-organismos decompositores propiciados pela 1085

incorporação da matéria orgânica produzida pela cobertura do estrato arbóreo-arbustivo espontâneo ou acelerado pelas diversas metodologias de restauração. A cobertura do solo ali presente e um reflexo direto das condições atuais da estruturação do solo, que formam uma interdependência direta na estrutura de ambos (PRIMAVESI, A. 1980). Um solo bem estruturado e com uma diversidade de micro-organismos, sustentam uma cobertura vegetal também diversificada . A metodologia aplicada no projeto, como foi bem salientado durante a descrição metodológica, valorizou a reconectividade dos fragmentos existentes na região e a otimização da capacidade natural de resiliência do local. Optou-se pela utilização de espécies ocorrentes na região que se mostraram mais adaptadas ao mosaico de situações ecológicas encontrados nas áreas escolhidas para formarem os corredores e distribuídas pelo método da nucleação, o que facilita a setorização dos plantios. A concentração dos plantios nos locais mais aptos para o desenvolvimento de um extrato arbóreo permitiu que o processo natural de regeneração preenchesse os espaços entre os núcleos, se aproximando ao máximo do processo natural da dinâmica de regeneração. CONCLUSÕES A promoção de práticas como a formação de corredores florestais, a recuperação de áreas degradadas e de Áreas de Preservação Permanente – APPs, assim como da pesquisa sobre a biodiversidade presente hoje nestes fragmentos. São de suma importância para a preservação de diversas espécies da Mata Atlântica. Servindo também como forma de ampliar os efeitos de políticas públicas restritas as diversas unidades de proteção, que não são suficientes para suprir as necessidades tanto espaciais como técnicas no papel de mantenedoras desse plantel genético tão diversificado. Cabendo a esse mosaico de fragmentos florestais e propriedades rurais servirem como zonas tampões e de interligação. A Fazenda do Instituto Vital Brazil oferece todos os requisitos para se tornar um importante refugio da biodiversidade local, tanto pelo bom estado de conservação dos fragmentos florestais dentro e no seu entorno, como pela estrutura que oferece para a elaboração de projetos de recuperação de áreas degradadas, formação de corredores e de pesquisa sobre a biodiversidade local, dentre outras iniciativas que podem ser desenvolvidas. REFERÊNCIAS ANDERSON, M.L. Spaced-Group planting. 1953. Unasylva: 7(2). Disponível em www.fao.org/forestry/site/unasylva/en. o em 8 de setembro de 2005. BARROS, F., MELO, M.M.R.F., CHIEA, S.A.C., KIRIZAWA, M., WANDERLEY, M.G.L., & JUNG-MENDAÇOLLI, S.L. 1991. Caracterização geral da vegetação e listagem das espécies ocorrentes. In Flora Fanerogâmica da Ilha do Cardoso (M.M.R.F. Melo et al., ed.). Instituto de Botânica, São Paulo. v1. BECHARA, F.C. 2006. Unidades Demonstrativas de Restauração Ecológica através de Técnicas Nucleadoras: Floresta Estacional Semidecidual, Cerrado e Restinga. Tese de Doutorado em Recursos Florestais da Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz”. Piracicaba, Brasil: 249 p. BEGON, M., HARPER, J.L. & TOWNSEND, C.R. 1996. Ecology: individuals, populations and communities. Blackwell, Oxford. CONSÓRCIO MATA ATLÂNTICA & UNICAMP 1992, Reserva da Biosfera da Mata Atlântica. Plano de ação. São Paulo. v.1: Referências básicas, 101p.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

ESTUDO DA DEGOMAGEM DO ÓLEO DE MARACUJÁ VISANDO A PRODUÇÃO DE BIODIESEL JULIA DA C P DOMINGUES1, IVENIO MOREIRA DA SILVA2, EDNILTON TAVARES DE ANDRADE3, ROBERTO GUIMARÃES PEREIRA4, MARINA THURLER NOGUEIRA5 1

Bolsista de iniciação científica CNPQ; Estudante de Engenharia agrícola e ambiental; UFF; 21 80915251; [email protected] 2 Professor assistente II, TER, UFF; 21 26295392; [email protected] 3 Professor associado, PGEB,UFF; 21 26295395; [email protected] 4 Professor associado, PGMEC,UFF; 21 26295583; [email protected] 5 Estudante de Engenharia agrícola e ambiental; UFF; 2181018049; [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: A produção de biocombustíveis através de óleos vegetais tem sido estudada como complemento ao uso dos combustíveis fósseis. Contudo, sabe-se da necessidade de pureza mínima do óleo escolhido como matéria-prima. Assim, utilizam-se processos como a degomagem antes de se proceder a transesterificação. A degomagem resume-se na retirada de fosfatídeos e outras impurezas encontradas no óleo após sua extração. O presente estudo buscou destacar a eficiência do processo de degomagem através da caracterização das propriedades físico-químicas: Viscosidade Cinemática, Viscosidade Dinâmica e Massa Específica. Para tanto, procedeu-se adicionando diferentes porcentagens de ácido fosfórico ao óleo de maracujá coletado e filtrado após a extração. Estudou-se a degomagem ácida a 3%, 5% e 7% v/v. Verificou-se então a retirada de 5,34%, 9,15% e 11,83% de impurezas, respectivamente. PALAVRAS–CHAVE: degomagem ácida, óleo de maracujá, biodiesel. .

STUDY OF IONFRUIT OIL DEGUMMING AIMING BIODIESEL PRODUCTION ABSTRACT: Biofuel production using vegetable oils has been studied as a complement to the use of fossil fuels. However, it is known that a minimum purity is required for the oil chosen as raw material. Thus, it is used the degumming processes before proceeding transesterification. The degumming is based on the removal of phosphatides and other impurities found in oil after the extraction. The present study aims to present the efficiency of degumming by the characterization of the physical properties: kinematic viscosity, dynamic viscosity and density. Therefore, we proceeded by adding different percentages of phosphoric acid to the ion fruit oil collected and filtered after extraction. We studied the acid degumming 3%, 5% and 7% v / v. It was verified, then, the removal of 5.34%, 9.15% and 11.83% of impurities, respectively. KEYWORDS: acid degumming, ion fruit oil, biodiesel

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INTRODUÇÃO Degomagem é a etapa de processamento de matérias graxas brutas, principalmente de origem vegetal, que tem como objetivo eliminar, remover ou inativar os fosfatídeos ou (Fosfolipídeos) e substâncias afins, cuja presença poderia interferir nas etapas posteriores de processamento e na qualidade das matérias graxas refinadas a serem produzidas. Os fosfolipídeos são substâncias de composição química similar aos lipídeos, mas contendo nitrogênio e fósforo. Estes compostos são encontrados na maioria das sementes oleaginosas. Os fosfolipídios são bons agentes emulsificantes, são solúveis em álcool e insolúveis em acetona (SMITH & CIRCLE, 1972). O objetivo da eliminação dos fosfatídeos é porque eles apresentam alguns incovenientes durante o processo de refinação, tal como, o aumento da quantidade de materiais adsorventes, com consequente aumento do custo de processamento e aumento de perdas do óleo por retenção no resíduo de tratamento com adsorventes devido sua ação emulsificante. Esta eliminação se dá a partir da hidratação dos fosfatídeos hidratáveis, insolubilizando-os em matérias graxas, permitindo a separação de suas propriedades tenso ativas e a decomposição dos não-hidratáveis em hidratáveis. Como consequência temos uma diminuição nas impurezas, minimizando a turbidez do óleo e, em casos especiais, possibilitando a recuperação de lecitina, como subproduto de valor comercial. A Lecitina é um termo que se refere à uma mistura de fosfatídeos e é removida do óleo através da hidratação da micela a uma temperatura elevada, formando duas fases que podem ser separadas por centrifugação. A superfície ativa da lecitina confere ao composto uma estrutura molecular ambifílica: a parte hidrofílica, composta pelo ácido fosfórico e a parte hidrofóbica, pela cadeia de ácidos graxos. (HERMAN S/A) O tamanho desta cadeia de ácidos graxos confere à estrutura o caráter mais ou menos hidrofóbico. Este comportamento lhe atribui uma de suas principais aplicações que é o uso como emulsificantes para substâncias que têm superfícies ativas diferentes, como a água e o óleo, permitindo que eles se misturem facilmente (MENDES, 2000). A estrutura molecular dos fosfolipídios é derivada da estrutura dos triglicerídeos, com a substituição de uma molécula de ácido graxo por um éster de ácido fosfórico. Dependendo da molécula ligada ao grupo fosfatídeo, geralmente um aminoálcool, os fosfolipídios mais comumente encontrados são denominados de fosfatidilcolina, fosfatidilatenolemina e fosfatidilinositol (SCHOLFIELD, 1985). A composição química do óleo de maracujá e suas propriedades físico-químicas estão descritas nas Tabelas 1 e 2, respectivamente, conforme Conceição et. al (2011). Tabela 1. Composição química do óleo de maracujá Ácido Graxo Mirístico (CH3-(CH2)12-COOH) Palmítico (CH3-(CH2)14-COOH) Palmilotéico (CH3-(CH2)5-CH-CH-(CH2)7-COOH) Esteárico (CH3-(CH2)16-COOH) Oléico (CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH) Linoléico (CH3-(CH2)3-(CH2-CH=CH)2-(CH2)7-(COOH) Linolênico (CH3-(CH2)3-(CH2-CH=CH)3-(CH2)7-(COOH)

Concentração (%) 0,1 10,9 0,1 2,8 17,3 68,1 0,3

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Tabela 2. Propriedades físico-química do óleo de maracujá Propriedades Índice de Acidez, mg KOH.g-1. Índice de Saponificação, mg KOH.g-1. Índice de Matéria, Insaponificação, %. Índice de Peróxido, mEq O2.kg-1. Viscosidade Cinemática, mm2.s-1. Estabilidade Oxidativa, h.110°C-1. Umidade, %. Índice de lodo.

Óleo de Maracujá 2,0 185,0 0,4 8,0 30,4 13,6 1,0 133,8

Em função do descrito anteriormente, o presente estudo teve como objetivo conferir a eficiência do processo de degomagem ácida sob diferentes porcentagens no óleo de maracujá, mediante a caracterização das propriedades físico-químicas viscosidade cinemática e massa específica. MATERIAL E MÉTODOS Para o presente estudo, as sementes de maracujá foram adquiridas na Indústria de Sucos Imbiara Ltda. Elas foram lavadas para retiradas dos resíduos de poupa e posteriormente secas à sombra. O processo de secagem foi complementado com o uso de câmara desidratadora com ventilação forçada. As sementes foram prensadas mecanicamente através de prensa Ecirtec MP-40, e o óleo obtido ou pelos processos de filtragem e degomagem ácida à 3%, 5%, e 7%, onde foram colocadas essas respectivas porcentagens de ácido sulfúrico à 100 ml de óleo de maracujá aquecido à 65 °C, seguido de uma agitação mecânica de 30 minutos. O estudo da massa específica foi realizado mediante o uso do método do Picnômetro para a realização das medições, baseando-se na norma NIE_DIMEL-039, do INMETRO. A determinação da viscosidade cinemática foi realizada conforme as normas NBR 10441 e ASTM D 445. Foi utilizado viscosímetro Cannon Fenske, capilar 100 (K= 0,01512 mm2.s-2) e banho termostatico a 40°C. O valor de viscosidade foi obtido multiplicando-se o tempo pela constante de calibração (K) do viscosímetro. RESULTADOS E DISCUSSÃO Após a filtragem e o acondicionamento do óleo de maracujá em frascos âmbar, realizou-se em seguida a caracterização de suas propriedades físico-químicas. Obteve-se os valores 924,29 kg.m-3 e 27,918 mm².s-1 referentes à Massa Específica e a Viscosidade Cinemática do óleo, respectivamente (Figuras 1 e 2).

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Figura 1 - Picnômetro. Fonte: Arquivo pessoal. Fonte: Arquivo pessoal.

Figura 2 - Viscosímetro.

As três etapas do estudo referente as degomagens do óleo de maracujá sob as porcentagens 3%, 5% e 7% (Figuras 3 e 4), geraram resultados variados, que estão descritos abaixo.

Figura 3 – Degomagem ácida. Fonte: Arquivo pessoal.

Figura 4 - Degomagem ácida.

Iniciou-se o processo de degomagem ácida adicionando 3% de ácido fosfórico à 100ml de óleo de maracujá, sendo constatada a retirada de 5,34% de impurezas. Em seguida, o mesmo processo foi realizado utilizando 5% de ácido fosfórico, onde foi constatada a retirada de 9,15% de impurezas. Por fim, procedeu-se a degomagem à 7%, onde foi constatada a retirada de 11,83% de impurezas. Após os três processos, os novos valores de massa específica e viscosidade cinemática foram determinados. Estes seguem na tabela 3.

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Tabela 3. Massa específica e viscosidade cinemática -3

Óleo puro 3% 5% 7%

Massa específica (kg.m ) 924,29 914,602 927,192 915,242

Viscosidade (mm2.s-1) 27,918 30,03

29,92 31,13

CONCLUSÕES Com relação a viscosidade, pode-se observar que não houve uma redução significativa desta característica conforme a elevação da porcentagem de ácido utilizada no processo. Isto pode ter ocorrido devido a relativa saponificação da mistura e também a pequena quantidade de amostras para o teste. Contudo, através dos resultados obtidos, verificou-se que o processo de degomagem ácida sob as três diferentes porcentagens foi eficiente em relação a retirada de impurezas do óleo. AGRADECIMENTOS Ao professor Ivênio Silva pelo tempo, apoio, orientação e incentivo dado à produção do trabalho. Ao professor Ednilton Tavares pelo e e compreensão. REFERÊNCIAS ABNT - associação Brasileira de Normas Técnicas - Produtos de petróleo – Determinação do ponto de névoa-ABNT NBR 11346. ABNT - associação Brasileira de Normas Técnicas Produto de petróleo - Determinação do ponto de fluidez ABNT NBR 11349. Conceição, l. R. V, pantoja, s. S, cavalcante, m. S, bastos, r. R. C, rocha filho, g. N, zamian, j. R. Comparação dos métodos assistidos por radiação de micro-ondas e convencional na produção de biodiesel de maracujá (iflora edulis). 51° Congresso Brasileiro de Química – São Luiz do Maranhão, 2011. HERMAN, R. Tecnologia das Matérias Graxas. Purificação e Refinação. V. 2 , p 25-41. Knothe, G. Dependence of biodiesel fuel properties on the structure of fatty acid alkyl esters. Fuel Processing Technology 86. 2005. Lopes, R. M., Sevilha, A. C., Faleiro, F. G., Silva, D. B., Vieira, R. F., Costa, T. S. A. Estudo Comparativo do Perfil de Ácidos Graxos em Semente de ifloras Nativas do Cerrado Brasileiro. Rev. Bras. Frutic., Jaboticabal - SP, v. 32, n. 2, p. 498-506, Junho 2010. Meletti, L. M. M. Avanços na Cultura do Maracujá no Brasil. Rev. Bras. Frutic., Jaboticabal - SP, Volume Especial, E. 083-091, Outubro 2011. MENDES, A.C. Lecitina de Soja: processo de obtenção e refino. Porto Alegre: UFRGS, 2000. Monografia (Curso de Engenharia de Alimentos), Instituto de Ciência e Tecnologia de Alimentos, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 2000. SMITH, A.K.; CIRCLE, S.J. Soybeans: chemistry and technology. v. 1. Westport: The AVI, 1972.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

PRECIPITAÇÕES PROJETADAS PELO MODELO CLIMÁTICO GFDL-CM2 PARA A BACIA TOCANTINS-ARAGUAIA NOS PRÓXIMOS 100 ANOS RAFAEL LIVOLIS DE A. CABRAL1, MARCIO CATALDI2, TALITA LOPES DIAS3 1

Estudante de Engenharia Ambiental, Universidade Federal Fluminense, [email protected] Doutor em Engenharia Civil, Universidade Federal Fluminense, [email protected] 3 Graduada em Meteorologia, COPPE/UFRJ, [email protected] 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Com o presente trabalho pretendeu-se avaliar as anomalias de precipitação projetadas pelo modelo climático GFDL-CM2 (modelo acoplado do Geophysical Fluid Dynamics Laboratory do NOAA versão 2) para a Bacia do Tocantins-Araguaia para as próximas décadas até 2100. Para tanto, foram coletados dados observados a partir da rede pluviométrica da ANA e das “reanálises” do NCEP, que foram comparados com as simulações do modelo GFDL-CM2, atualmente usado em todos os relatórios do IPCC. Os dados foram tratados e comparados por meio de mapas de isoietas, gerados para o período de controle de 2001 a 2010, a fim de se verificar qualquer tendência nos resultados do modelo. Verificou-se que as reanálises superestimaram as chuvas em boa parte da bacia. A partir daí, gerou-se os mapas referentes às décadas seguintes de previsão do modelo para cada estação do ano. Através da análise de wavelets, verificou-se a existência de uma frequência de oscilação similar à PDO na série de precipitações projetada pelo modelo. PALAVRAS–CHAVE: modelos do ipcc, precipitações projetadas, bacia do tocantins.

PRECIPITATIONS PROJECTED BY CLIMATE MODEL GFDL-CM2 FOR TOCANTINS BASIN IN THE NEXT 100 YEARS ABSTRACT: The present work aimed to evaluate the precipitation anomalies projected by the GFDL-CM2 climate model (coupled model of the NOAA Geophysical Fluid Dynamics Laboratory version 2) for the Araguaia-Tocantins Basin for decades to come until 2100. Therefore, the observed data were collected from the ANA rainfall network and from the NCEP Reanalysis, which were compared with the model simulations GFDL-CM2, currently used in all IPCC reports. Data were processed and compared using isohyets maps generated for the control period 2001-2010, in order to any trend in the model results. It was found that the reanalysis overestimated the rainfall in much of the basin. From there, it was generated maps referring to the decades following prediction of the model for each season. The wavelet analysis showed there is the existence of an oscillation frequency similar to PDO in the series of precipitation projected by the model. KEYWORDS: ipcc models, projected precipitations, tocantins basin.

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INTRODUÇÃO Os relatórios do IPCC ( Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas) têm se tornado mais alarmantes em suas últimas edições. Em recente publicação de maio de 2012, sobre Gestão dos Riscos de Eventos Extremos e Desastres para o Avanço da Adaptação às Mudanças Climáticas, afirmou-se que já estamos presenciando os efeitos das Mudanças Climáticas, que estão se manifestando através de mudanças nos extremos climáticos. Estaríamos vivenciando eventos como ondas de calor, furacões, enchentes e secas, de modo mais frequente e intenso. Daí a necessidade de se promover ações para o gerenciamento dos riscos, pois esse aumento na frequência e intensidade dos eventos extremos teria o real potencial de produzir grandes impactos através de perdas econômicas e até humanas. No entanto, o relatório desenvolve a ideia do gerenciamento dos riscos baseado não só na severidade dos eventos climáticos, mas também nos fatores de exposição e vulnerabilidade como elementos importantes para o entendimento dos riscos. A presença de bens e atividades humanas em áreas afetadas por extremos climáticos configura a exposição. Enquanto que a suscetibilidade a esses extremos, aliada à capacidade de auto recuperação, configura a vulnerabilidade. Tais fatores adquirem especial importância quando se propõe analisar a questão dos recursos hídricos no Brasil. Em todo o planeta, os crescimentos populacional e econômico foram responsáveis por intensificar a necessidade da utilização dos recursos naturais. Especificamente, os recursos hídricos têm sido a principal fonte para o abastecimento, irrigação e geração de energia elétrica. E é neste último campo que a vulnerabilidade do País fica evidente. O Brasil por ser altamente dependente da hidroeletricidade, possui uma matriz energética pouco diversificada, o que torna a geração de energia elétrica fortemente influenciada pelas variabilidades climáticas (ANA, 2011). Se a mudança climática afirmada pelos recentes relatórios do IPCC se confirmar, a exposição a maiores ou menores alterações nos padrões de precipitação das bacias hidrográficas brasileiras poderiam trazer efeitos adversos, considerando-se o atual quadro de vulnerabilidade já identificado. Partindo dessa premissa, o presente trabalho pretende avaliar as precipitações projetadas para até o fim deste século pelo modelo acoplado oceano-atmosfera do NOAA: GFDL-CM2. Tal análise parte da comparação entre os resultados do modelo, dados de reanálises do NCEP e dados observados da ANA para um período de controle, a fim de identificar quaisquer tendências na saída do modelo. MATERIAL E MÉTODOS Inicialmente, definiu-se como área de estudo a Bacia do Rio Tocantins, a maior bacia hidrográfica inteiramente em território brasileiro, e um período de controle, de 2001 a 2010. Foram coletados dados de três origens distintas: dados observados do sistema Hidroweb/ANA; dados do projeto de reanálises do NCEP/NCAR; e dados de previsão do modelo acoplado oceano-atmosfera GFDL-CM2, do NOAA. Foram geradas, então, as figuras de distribuição espacial de precipitação na Bacia do Tocantins. Para o período controle foram geradas figuras, a partir do software Surfer, representando o verão, o outono, o inverno e a primavera. Essas plotagens objetivaram a comparação entre os dados das três diferentes fontes e a identificação de possível tendência nos dados projetados pelo modelo. Para a investigação das variabilidades temporais nas séries de chuva, recorreu-se às transformadas de wavelets, através de imagens de espectros de energia de ondeletas para as séries mensais de precipitação, projetadas pelo modelo para a bacia norte e bacia sul. 1095

RESULTADOS E DISCUSSÃO A análise dos mapas de isoietas foi feita em duas etapas. Inicialmente avaliaram-se as imagens das precipitações do período de 2001 a 2010 referentes aos dados observados, às reanálises e às previsões do modelo GFDL-CM2. E, em seguida, as projeções do modelo de década a década até o fim do século. Na Figura 1 está representada a distribuição espacial das chuvas para todas as estações do ano no período de 2001 a 2010. Observa-se que tanto os resultados das reanálises quanto os do modelo possuem valores bem próximos ao observado na bacia para o período de controle. No entanto, no verão, período úmido, o modelo tendeu a superestimar as chuvas ao norte da bacia e subestimar no sudeste (Figura 1a-observado e 1i-CM2.1). Enquanto a reanálise não conseguiu capturar o padrão de chuva observado nestes pontos (Figura 1ereanálise). No outono, o modelo subestimou as precipitações no sudeste da bacia e as reanálises superestimaram no sul (Figuras 1b-observado e 1f-reanálise). No inverno, a reanálise superestimou a chuva ao norte da bacia (Figuras 1c-observado e 1g-reanálise) e o modelo subestimou a chuva em toda a bacia (Figura 1k-CM2.1). Na primavera, as reanálises superestimaram no norte e subestimaram no sul (Figura 1d-observado e 1h-reanálise). Enquanto o modelo subestimou as chuvas em toda a bacia (Figura 1l). Na Figura 2, pode se observar as projeções para os meses de verão, entre 2010 e 2100, e nota-se que até a década de 60, observa-se uma tendência de ocorrer menos chuva no sul da bacia, depois fica um pouco mais úmido, mas torna a secar na última década. Até o fim das projeções não são restabelecidas a quantidade de chuva do período de 2011 a 2020. E a maior taxa de precipitação foi encontrada no norte da bacia para a década de 30. Na Figura 3, observa-se as projeções para o outono. Verifica-se que o modelo mantém a tendência de subestimar as chuvas, conforme observado o observado no período de controle. Desse modo, as projeções iniciaram-se numa situação mais seca. Verificou-se, ainda, um ligeiro aumento da precipitação no sul da bacia na última década. Na Figura 4, verifica-se, também, que o modelo continua com a tendência de subestimar as chuvas para o inverno. Nessa estação as precipitações foram bastante baixas, chegando ao valor zero e não ultraando os 3 mm. Para os meses da primavera, o período controle apresentou uma tendência em subestimar a chuva em toda a bacia. Na Figura 5, a projeção do modelo segue com a tendência de subestimar as chuvas em toda a bacia, especialmente o sul, que se trata da cabeceira da bacia, onde se encontra a UHE Serra da Mesa (hidroelétrica que possui o maior reservatório do país). Nessa região as águas são mais valiosas para o setor elétrico, pois estão no início da sequência de empreendimentos elétricos da bacia e, assim, as chuvas desse ponto contribuem para o aproveitamento elétrico em toda a bacia do Tocantins. Observou-se, também, a despeito dessa tendência de subestimação, um aumento da chuva na década de 30, em comparação com as outras décadas.

1096

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

(g)

(h)

(i) (j) (k) (l) Figura 1 – Precipitações observadas a), b), c) e d), de reanálises e), f), g) e h) e projetadas pelo modelo CM2.1 para o periodo de controle i), j), k) e l)

1097

(a) 2011-2020

(b) 2021-2030

(c) 2031-2040

(d) 2041-2050

(e) 2051-2060

(f) 2061-2070

(g) 2071-2080

(h) 2081-2090

(i) 2091-2100

Figura 2 – Precipitações projetadas para o verão até 2100

1098

(a) 2011-2020

(b) 2021-2030

(c) 2031-2040

(d) 2041-2050

(e) 2051-2060

(f) 2061-2070

(g) 2071-2080

(h) 2081-2090

(i) 2091-2100

Figura 3 – Precipitações projetadas para o outono até 2100

1099

(a) 2011-2020

(b) 2021-2030

(c) 2031-2040

(d) 2041-2050

(e) 2051-2060

(f) 2061-2070

(g) 2071-2080

(h) 2081-2090

(i) 2091-2100

Figura 4 – Precipitações projetadas para o inverno até 2100

1100

(a) 2011-2020

(b) 2021-2030

(c) 2031-2040

(d) 2041-2050

(e) 2051-2060

(f) 2061-2070

(g) 2071-2080

(h) 2081-2090

(i) 2091-2100

Figura 5 – Precipitações projetadas para a primavera até 2100

Na Figura 6, são apresentadas as imagens dos espectros de energia de wavelets gerados para a bacia sul (a) e para a bacia norte (b). Os níveis de cores indicam a intensidade da amplitude observada no tempo (eixo das abscissas) de acordo com o período.

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(a)Sul

(b)Norte

Figura 6 - Espectros de potência de ondeletas, usando a ondeleta de Morlet Fonte: Torrence, C. and G. P. Compo, 1998: A Practical Guide to Wavelet Analysis. Analysis Bull. Amer. Meteor. Soc., 79, 61-78.

A partir da análise de wavelets, nota-se, nota se, excluindo a variabilidade anual do regime de precipitação), maiorr energia na faixa de período próximo aos 30 anos. Verifica-se, Verifica também, a influência de fenômenos de maior frequência, relacionados aos períodos de 4 a 7 anos. Provavelmente, tratam-se se dos ENSO (El Niño e La Niña), que o modelo prevê nas suas simulações. O fenômeno associado ao período de 30 anos, provavelmente, trata-se trata da Oscilação Decadal do Pacífico (PDO). Que, assim como os ENSO, está associado à variação das temperaturas do Oceano Pacífico. Desse modo, o modelo, a partir da solução de suas equações prognósticas, ognósticas, reconheceu, sem qualquer indução, esses fenômenos cíclicos referentes às anomalias de temperatura do Pacífico, tanto em períodos mais curtos e mais longos. CONCLUSÕES A comparação entre os dados observados, as reanálises e os resultados do modelo m GFDL-CM2, CM2, revelou que não há muitas discrepâncias entre eles. Os valores semelhantes atestam a confiabilidade dos dados de reanálises e do modelo usados para diversos estudos do clima. Ressalta-se se como principais diferenças encontradas nesses dados o fato de as reanálises superestimarem as chuvas em boa parte da bacia, e o modelo subestimar as chuvas, especialmente na primavera. As projeções para essa estação do ano foram de redução das chuvas, principalmente na cabeceira do Rio Tocantins. Tal fato que que pode ser considerado especialmente importante, haja visto que, tal ponto, trata-se trata se do início de uma série de empreendimentos do setor elétrico, o que faz com que a chuva no local seja de grande importância. A investigação por análise de wavelets, identificou identificou a influência dos fenômenos relacionados às anomalias de temperatura do Pacífico, os ENSO e a PDO. Considerando que o modelo não foi induzido a simular tais padrões, outros fatores intrínsecos do sistema climático parecem cumprir o papel de reproduzi-los, reproduzi los, aparentemente em seus modos internos de vibração. Este tipo de estudo é importante para viabilizar ações de mitigação em relação à ocorrência deste padrão de mudança no clima. Apesar da grande quantidade de incertezas contidas nos modelos matemáticos, é importante conhecer o resultado de suas projeções, já 1102

que este possível déficit de precipitação pode acarretar, por exemplo, em uma menor disponibilidade hídrica para a geração de energia elétrica nos diversos aproveitamentos hidroelétricos localizados na bacia. Atualmente, estes aproveitamentos hidrelétricos exercem um papel fundamental no abastecimento de energia elétrica de todo o país, já que o sistema nacional de geração de energia é, em sua grande maioria, interligado. Além da geração de energia elétrica a bacia do rio Tocantins exerce um papel importante para o turismo, abastecimento de água, navegação e pesca das cidades que o margeiam. Desta forma, um possível déficit de chuva, e que provavelmente estará associado a um aumento do número de queimadas na região, poderão trazer sérios prejuízos para a população próxima à bacia e também para o consumo de energia elétrica de todo o país. REFERÊNCIAS ANA. Plano estratégico de recursos hídricos da bacia hidrográfica dos rios Tocantins e Araguaia : relatório síntese. Brasília, DF, 2009. ANA. Conjuntura dos recursos hídricos no Brasil : informe 2011. Brasília, DF, 2011. ANDERSON et al. The New GFDL Global Atmosphere and Land Model AM2–LM2: Evaluation with Prescribed SST Simulations. Journal of Climate, n.17, p.4641-4673, 2004. ASSAD et al. Avaliação de métodos geoestatísticos na espacialização de índices agrometeorológicos para definir riscos climáticos. Pesquisa Agropecuária Brasileira, v.38(n.2), p.161-171, 2003. DELWORTH et al. GFDL’s CM2 Global Coupled Climate Models. Part I: Formulation and Simulation Characteristics. Journal of Climate - Especial Section, n.19, p.643-674, 2006. HAMADA, E. Precipitações projetadas pelos modelos climáticos globais do quarto relatório do ipcc para o nordeste brasileiro. In: WORKSHOP SOBRE MUDANÇAS CLIMÁTICAS E PROBLEMAS FITOSSANITÁRIOS. Jaguariúna, São Paulo: Embrapa Meio Ambiente, 2012. IPCC. Managing the Risks of Extreme Events and Disasters to Advance Climate Change Adaptation. A Special Report of Working Groups I and II of the Intergovernmental on Climate Change. New York, NY, USA: Cambridge University Press, 2012. 582 p. JACOBSON, M. Fundamentals of Atmospheric Modeling (Second ed.). New York, NY, USA: Cambridge University Press, 2005. JUNQUEIRA JUNIOR et al. Continuidade espacial de atributos físico-hídricos do solo em sub-bacia hidrográfica de cabeceira. Ciência e Agrotecnologia, v.32, p.914-922, 2008. KALNAY et al. The NCEP/NCAR 40-Year Reanalysis Project. Bulletin of the American Meteorological Society, v.77(n.3), p.437-471, 1996. MARENGO, J. Mudanças climáticas globais e seus efeitos sobre a biodiversidade: caracterização do clima atual e definição das alterações climáticas para o território brasileiro ao longo do século XXI. Série Biodiversidade, 26. Brasília: MMA, 2006.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

MOBILIÁRIO URBANO VERSUS MOBILIDADE URBANA S. F. DE SOUZA1, G. S. MOREIRA2, B. C. A. PINHEIRO3, M. V. DE MELO4, D. P. MARQUES5, E. P. M. PINTO6. 1 Esp. Design de Móveis, Universidade do Estado de Minas Gerais - Unidade de Ubá, Departamento de Design de Produto, (32) 3532-2459, [email protected] 2 Graduanda em Design de Produto, Universidade do Estado de Minas Gerais - Unidade de Ubá, (32) 3532-2459, [email protected] 3 D. Sc. Engenharia de Materiais, Universidade do Estado de Minas Gerais - Unidade de Ubá, Departamento de Design de Produto, (32) 3532-2459, [email protected] 4 Graduanda em Design de Produto, Universidade do Estado de Minas Gerais - Unidade de Ubá, (32) 3532-2459, [email protected] 5 Graduanda em Design de Produto, Universidade do Estado de Minas Gerais - Unidade de Ubá, (32) 3532-2459, [email protected] 6 Graduanda em Design de Produto, Universidade do Estado de Minas Gerais - Unidade de Ubá, (32) 3532-2459, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Mobiliário urbano pode ser definido como sendo todos os elementos, objetos e pequenas construções autorizadas e colocadas à disposição pública. Tais objetos, mesmo que úteis à comunidade e ao funcionamento do município, quando inseridos de forma indiscriminada podem apresentar efeitos reversos. Pessoas com deficiência, idosos, enfermos, entre outras personas, podem ser afetadas negativamente, tendo dificultada a sua mobilidade. A longo prazo, tais efeitos podem ser agravados, pois estudos apontam para tendência de envelhecimento da população brasileira. O objetivo deste trabalho foi então de estimar os problemas que o mobiliário urbano pode causar às pessoas que transitam a pé pela cidade, refletindo negativamente, em sua mobilidade. A presente pesquisa tem como local de estudo o centro da cidade de Ubá / MG. Para tanto, foi realizada pesquisa de campo através de observação direta e levantamento fotográfico, de caráter qualitativo. O projeto foi ancorado em teorias-chave sobre mobiliário urbano, mobilidade urbana, ibilidade e ergonomia. A análise e discussão dos resultados sugerem que o local de estudo não está preparado para o aumento da população idosa. Dos pontos críticos encontrados, alguns requerem ações simples para sua solução, enquanto outros necessitam de estudos mais elaborados. PALAVRAS–CHAVE: Mobiliário Urbano; Mobilidade Urbana; ibilidade. ABSTRACT: Furniture can be defined as all the authorized elements, objects and small buildings at public disposal. Even if being useful to the community and to the city’s operation, these objects can bring reverse effects if they are indiscriminately inserted. Disabled, elderly, and sick people can be negatively affected, which means their mobility can be hampered. In the long run these effects can become even worse, because studies show a tendency towards the aging of the Brazilian population. The aim of this research was to estimate the problems that the urban furniture can cause directly in the mobility of those who come and go on foot in the Ubá city/MG, especially downtown. The research consists of the photographic material taken in loco (qualitative). The project was based on key theories about urban furniture, urban mobility, accessibility and ergonomics. The result analysis and discussion suggest that the study site is not prepared for the aged population’s increase and some critical points require simple or more complex actions while others are unviable at this moment. KEYWORDS: Urban Furniture; Urban Mobility; Accessibility.

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INTRODUÇÃO Atualmente, uma das formas de organização social nas cidades é baseada em instrumentos como placas de trânsito, abrigos de ônibus, bancos de praças e jardins, lixeiras, bicicletários, etc. Esses instrumentos compõem o que é chamado de mobiliário e/ou equipamento urbano. De acordo com Tessarine 2008, mobiliário e/ou equipamento urbano pode ser definido como sendo todos os elementos, objetos e pequenas construções autorizadas e colocadas a disposição pública. Tanto o mobiliário (NBR 9283) como os equipamentos urbanos (NBR 9284) são classificados por categorias e subcategorias, segundo função predominante. Esta classificação é apresentada a seguir: • Tipo decorativo: são as floreiras, chafarizes e esculturas. • Tipo informativo: são os elementos de sinalização, totens, relógios públicos. • Tipo para lazer: são os bancos e brinquedos infantis localizados em parques e praças. • Tipo comercial: são as bancas de jornal e bancas de flores. • Tipo público: são as lixeiras, telefones, postos policiais, pontos de ônibus e pontos de táxi. A mobilidade urbana é tratada no Projeto de Lei nº 1.687 de 2007, que institui as diretrizes da política urbana e dá outras providências. Em seu texto, o referido Projeto de Lei define o sistema de mobilidade urbana como o conjunto coordenado de meios que garantem o deslocamento de pessoas e bens pela cidade por meio motorizado ou não-motorizado. É incluso entre os meios não-motorizados o deslocamento a pé. Em seu artigo quinto, o Projeto de Lei 1.687 apresenta os princípios aos quais se fundamenta e, dentre eles, vale ressaltar para esta pesquisa os seguintes: i) ibilidade universal; ii) Segurança nos deslocamentos das pessoas. Além disto, o artigo sexto indica que a política de mobilidade urbana se orienta, entre outros, pela prioridade dos meios não motorizados aos meios motorizados. A Lei Federal nº 10.098 de 19 de Dezembro de 2000 estabelece Normas gerais e critérios básicos para a promoção da ibilidade das pessoas portadoras de deficiência ou com mobilidade reduzida (art. 1º). Esta Lei define a ibilidade como: Possibilidade e condição de alcance para utilização, com segurança e autonomia, dos espaços, mobiliários e equipamentos urbanos, das edificações, dos transportes e dos sistemas e meios de comunicação, por pessoa portadora de deficiência ou com mobilidade reduzida (art. 2º, I). A mesma Lei define ainda a pessoa portadora de deficiência ou com mobilidade reduzida como aquela que, temporária ou permanentemente, tem limitada sua capacidade de relacionar-se com o meio e de utilizá-lo (art. 2º, III). O Decreto nº 5.296 de 02 de Dezembro de 2004, que regulamenta as Leis nos 10.048, de 08 de Novembro de 2000 e 10.098, de 19 de Dezembro de 2000 define a pessoa com mobilidade reduzida aquela que tenha, por qualquer motivo, dificuldade de movimentar-se, permanente ou temporariamente, gerando redução efetiva da mobilidade, flexibilidade, coordenação motora e percepção (art.5º, II). Esse destaca ainda que, se enquadram neste item as pessoas com idade igual ou superior a 60 anos, gestantes, lactantes e pessoas com criança de colo (art. 5º, II, § 2º). A ibilidade também é tratada na Norma Brasileira NBR 9050 / 2004 ibilidade a Edificações, Mobiliário, Espaços e Equipamentos Urbanos, da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), que tem como objetivo:

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Proporcionar à maior quantidade possível de pessoas, independentemente de idade, estatura ou limitação de mobilidade ou percepção, a utilização de maneira autônoma e segura do ambiente, edificações, mobiliário, equipamentos urbanos e elementos (ABNT NBR 9050, p. 1). Desta forma, com base nas exigências das Leis, Projeto de Lei, Decreto e Normas apresentadas acima, o presente artigo pretende discutir sobre a aplicação do mobiliário urbano e sua consequência na mobilidade urbana, considerando o pedestre como referência. MATERIAL E MÉTODOS A pesquisa possui caráter qualitativo, de abordagem fenomenológica, onde foram levantados dados para entendimento de como a mobilidade das pessoas é afetada pela má inserção do mobiliário urbano. Para tanto, foi realizada pesquisa de campo com análise in loco, pela observação direta e levantamento fotográfico. Segundo Rheingantz et. al. (2009, p. 37) a observação direta possibilita a identificação de atitudes, comportamentos e relações que, de modo geral, não são devidamente explicitados nas entrevistas e questionários. O trabalho iniciou pela definição das áreas de estudo (vias e região central), com apoio do mapa da cidade, e a seleção do grupo de pesquisadores, seguida de nivelamento a respeito do assunto, com pesquisa bibliográfica ancorada em teorias-chave sobre mobiliário urbano, mobilidade urbana, ibilidade e ergonomia. A pesquisa de campo se deu pela visita em horários e datas diversas aos locais definidos, onde foram observados e listados problemas em relação à mobilidade, que foram fotografadas para registro e análise complementar. Tal análise ocorreu durante diversas reuniões, baseada em pesquisa bibliográfica, aporte teórico e documental, principalmente das Leis que envolvem o assunto. Estas reuniões ocorreram em datas subsequentes às visitas, para que fossem identificados e reados critérios a serem abordados em campo. Objeto de Estudo São considerados como objeto de estudo desta pesquisa os diversos tipos de mobiliário urbano encontrados na cidade, com destaque para aqueles que possam interferir de forma mais agressiva na mobilidade dos pedestres, como as placas de trânsito e as lixeiras. Local de Estudo A pesquisa base para este trabalho considerou a cidade de Ubá, município do estado de Minas Gerais, como local de estudo. Foi definido como recorte três avenidas e parte da região central da cidade. A definição das avenidas foi de acordo com sua importância no fluxo de pessoas e veículos, ligando o centro da cidade a regiões em expansão. São vias de fluxo intenso. Para a região central foi delimitada uma área de interesse que possui agrupamento de pessoas e/ou tráfego intenso de automóveis. Ubá é uma cidade situada na Zona da Mata Mineira, em fase de crescimento. Segundo o IBGE, em 1991 a população da cidade era de 66.511 habitantes. Em 2010 já era de 101.519 e em 2013 tem a estimativa de 108.493 habitantes. A economia da cidade é impulsionada pela indústria, principalmente nas áreas moveleira e confecção.

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RESULTADOS E DISCUSSÃO Os principais pontos de discussão sobre os problemas detectados referem-se à aplicação inadequada de alguns mobiliários, principalmente placas de trânsito e lixeiras e a forma de uso destas últimas. As placas de trânsito mal posicionadas, somando aos péssimos estados de conservação das calçadas e / ou falhas como a não inserção de rampas de o nas faixas de pedestres, causam transtorno a quem anda pela cidade. A Figura 1 apresenta casos de má localização da placa de trânsito que diminui o espaço do pedestre, principalmente quando as placas são fixadas em postes de concreto e o pedestre for uma pessoa com deficiência e utiliza cadeira de rodas para locomoção.

Figura 1 – Postes mal localizados. Fonte: Dos autores. A Figura 2 apresenta casos de má utilização das placas de trânsito. Atitude recorrente na cidade, o uso das placas para fixação de bicicletas causa dificuldades como o o à calçada e o tráfego, principalmente em horários de pico. A primeira imagem mostra dois postes de placas sendo utilizados para fixação de bicicletas, sendo que, como agravante, o poste mais ao fundo está localizado em frente à faixa de pedestres, dificultando a travessia.

Figura 2 – Mau uso das placas de trânsito. Fonte: Dos autores. 1108

A Figura 3 mostra caso de seguidas falhas. Na primeira imagem, as lixeiras e o poste da placa de trânsito estão localizados na área da faixa de pedestres, além de ter uma bicicleta fixada ao poste, dificultando ainda mais a travessia. A segunda é caso de obstrução da faixa de pedestres com as lixeiras.

Figura 3 – Obstrução da faixa de pedestres. Fonte: Dos autores. A figura 04 apresenta caso de obstrução total ou parcial das calçadas pela má localização dos mobiliários, somado a possível falha de planejamento da empresa responsável pela coleta do lixo.

Figura 4 – Obstrução das calçadas. Fonte: Dos autores. A figura 05 também representa caso de obstrução de calçada, mas são casos especiais. A primeira imagem apresenta a lixeira localizada logo em frente a um tapume de obra. Estes tapumes são o fechamento da obra que além de protegê-la quanto a furtos, também protege os pedestres, evitando que os materiais de construção e lixos gerados, se espalhem pela calçada. São reconhecidos e normatizados pela Lei Municipal de Ocupação de Uso do Solo, que o permite utilizar parte da largura da calçada, diminuindo temporariamente seu espaço útil. A segunda imagem mostra a lixeira localizada ao lado de uma rampa na calçada para o à 1109

garagem de uma residência. Pessoas com acuidade visual ou cegueira total necessitam de pisos táteis para informá-los da alteração de nível, existência de obstruções, etc.

Figura 5 – Obstrução da calçada em casos especiais. Fonte: Dos autores. A imagem 06 simboliza o geral desta pesquisa. O despreparo tanto das pessoas que organizam e planejam a cidade e sua manutenção, quando dos usuários que não exercem sua cidadania. Aqui se apresenta o caso de uma pessoa com dificuldade motora, caminhando com apoio de muletas, tendo que se ajeitar para conseguir andar pela calçada em meio ao lixo espalhado pelo chão.

Figura 6 – Lixo na calçada. Fonte: Rafael Vieira. Foto publicada no Grupo Discutir Ubá, da Rede Social Facebook. CONCLUSÕES A partir dos resultados obtidos no presente trabalho, e apresentados acima, pode-se concluir que, de forma geral, a cidade falha no atendimento às Leis e Normas referentes à mobilidade urbana e à ibilidade, porém faz-se necessário discorrer sobre algumas razões.

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Existem muitos casos de postes, tanto os de energia quanto os de placa de trânsito, obstruindo parte da calçada, acarretando na diminuição de sua largura útil (Figura 01). Este fato dificulta o trânsito a pé, previsto no Projeto de Lei 1.687, de 2007. No entanto, embora esta pesquisa esteja analisando o mobiliário urbano, faz-se necessário salientar que quase na totalidade destes casos, a calçada não possui largura suficiente para receber as placas e postes, que são necessários à organização da rede elétrica e do trânsito da cidade. Possíveis soluções para estes casos envolvem alteração na rede elétrica ando à subterrânea e/ou alargamento de calçadas. Enquanto o primeiro necessita de alto investimento e longo prazo de obras, o segundo envolve as casas existentes e sem afastamento frontal, que inviabiliza a hipótese. Outro fato é a obstrução das calçadas pelo mau uso dos equipamentos, seja fixando bicicletas (Figura 02), seja jogando lixo fora das lixeiras (Figura 06). Dois pontos são críticos nestes casos. Um é a consciência da população que utiliza indevidamente os equipamentos colaborando com a deficiência da mobilidade. Outro é sobre a existência e o dimensionamento ideal de equipamentos e mobiliários urbanos, como estacionamento para as bicicletas (bicicletários) e a quantidade ideal de lixeiras em cada região, evitando o acúmulo e, por consequência, o transbordo do lixo. Já as obstruções das faixas de pedestre e calçadas por lixeiras e placas (Figuras 03 e 04) são de fácil solução. Seu reposicionamento não é inviável em nenhum aspecto. Porém deve-se salientar que os maiores inconvenientes são resultado da soma da obstrução com a pouca qualidade das calçadas. De forma geral a presente pesquisa conclui que existem problemas de fácil solução e outros de ordem mais complexa, exigindo grandes projetos e investimentos. Observa-se também que muitos destes problemas são resultados de repetidas falhas das istrações da cidade, principalmente quanto ao planejamento a longo prazo, que não preparam a cidade para o correto crescimento e desenvolvimento. E, por fim, deve-se salientar a parcela de responsabilidade da população, que não exercendo o dever da cidadania, colabora com a inserção de problemas pontuais na cidade quando à ibilidade e à mobilidade urbana. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem à Universidade do Estado de Minas Gerais (UEMG), à Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG) pelo e técnico e apoio financeiro e ao Sr. Rafael Vieira, pela foto cedida. REFERÊNCIAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 9050: ibilidade a edificações, mobiliário, espaços e equipamentos urbanos. Rio de Janeiro: ABNT, 2004. ______. NBR 9283: MOBILIÁRIO URBANO. RIO DE JANEIRO: ABNT, 1986 ______. NBR 9284: EQUIPAMENTO URBANO. RIO DE JANEIRO: ABNT, 1986

BRASIL, Decreto n. 5.296 de 02 de dezembro de 2004. Regulamenta as Leis nos 10.048, de 8 de novembro de 2000, que dá prioridade de atendimento às pessoas que especifica, e 10.098, de 19 de dezembro de 2000, que estabelece normas gerais e critérios básicos para a promoção da ibilidade das pessoas portadoras de deficiência ou com mobilidade reduzida, e dá outras providências. Disponível em: . o: em 22 dez. de 2012.

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______, Lei n. 10.098 de 19 de dezembro de 2.000. Estabelece normas gerais e critérios básicos para a promoção da ibilidade das pessoas portadoras de deficiência ou com mobilidade reduzida, e dá outras providências. Disponível em: . o em: 22 dez. de 2012. ______. Projeto de Lei n. 1.687, de 2007. Institui as diretrizes da política de mobilidade urbana e dá outras providências. Disponível em: . o em 02 set. de 2013. INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA – IBGE. Projeção da População do Brasil por sexo e idade 1980-2050. Rio de Janeiro. 2008. Disponível em: . o em: 23 dez. de 2012. ______. IBGE Cidades: Minas Gerais Ubá. Disponível em: . o em 02 set. de 2013 RHEINGANTZ, P.A. et al. Observando a qualidade do lugar. Procedimentos para a avaliação pós-ocupação. Rio de Janeiro: Proarq/FAU/UFRJ, 2009. TESSARINE, José Benedito. O Mobiliário urbano e a calçada. Dissertação (mestrado) – Universidade São Judas Tadeu, São Paulo, 2008.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO DOS MÓDULOS ANTÁRTICOS EMERGENCIAIS (MAE) DO BRASIL A PARTIR DA SATISFAÇÃO DOS USUÁRIOS CRISTINA ENGEL DE ALVAREZ1, WAGNER GOMES MARTINS2 1 2

Doutorado em Arquitetura e Urbanismo (USP-2003), UFES, (27) 4009-2581, [email protected] Graduação em Arquitetura e Urbanismo (UFES-2012), UFES, (27) 9716-0859, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Os Módulos Antárticos Emergenciais (MAE) foram instalados na área da Estação Antártica Comandante Ferraz (EACF) do Brasil, destruída por um incêndio em 2012, objetivando funcionar como base provisória de apoio por pelo menos 5 (cinco) anos, com possibilidade de desmonte e relocação em outro local. A relevância desse trabalho, além de gerar informações fundamentais para o aprimoramento tecnológico sobre edificações antárticas, contribui para a elaboração do plano de manutenção dos MAE. A metodologia utilizada consistiu nas seguintes etapas: I. Visita in loco, revisão bibliográfica e sistematização de informações; II. Definição dos aspectos a serem avaliados e os principais instrumentos de obtenção de dados (Avaliação Pós-Ocupação); III. Elaboração de questionário aplicado junto aos atuais usuários; IV. Coleta e tabulação de dados; V. Análise das informações e obtenção dos resultados. Os principais resultados identificam a existência de problemas significativos em relação à estanqueidade, equipamentos, privacidade e ruídos, porém através da análise total dos aspectos considerados pelos usuários, os resultados obtidos indicam que o desempenho das edificações foi bom e próximo de excelente. Conclui-se que devido à rapidez com que os MAE tiveram que ser instalados, não foi possível atender a todas as expectativas, contudo, tratando-se de uma base provisória – ou seja, um acampamento avançado – os MAE apresentam qualidades que permitem a permanência na Antártica com relativo conforto e segurança. PALAVRAS–CHAVE: Módulos Antárticos Emergenciais (MAE), avaliação de desempenho.

PERFORMANCE EVALUATION OF THE EMERGENCY ANTARTIC MODULES (MAE) OF BRAZIL BASED ON THE SATISFACTION OF S ABSTRACT: Emergency Antarctic Modules (MAE) were installed in the area of the Comandante Ferraz Antarctic Station (EACF) of Brazil, destroyed by fire in 2012, aiming to serve as a provisional base for for at least five (5) years with the possibility of dismantling and relocation elsewhere. The relevance of this work, beyond generating key information for the technological improvement on Antarctic buildings, has contributed to the development of the maintenance plan of the MAE. The methodology has consisted of the following steps: I. Site visit, literature review and systematization of data; II. Definition of the aspects to be evaluated and the main data instruments collection (Post Occupancy Evaluation); III. Prepare a questionnaire applied to current s; IV. Collection and tabulation of data; V. Analysis of information and obtainment of results. The main results identify the existence of significant problems in relation to building’s tightness, equipments, privacy and noise, however through the analysis in the matters considered by s, the obtained results indicate that the buildings performance was good and close to excellent. It is concluded that due to the speed in which the MAE had to be installed, it was not possible to achieve all expectations, nevertheless, in the case of a provisional base – i.e. an advanced camp – the MAE have qualities that allow people to stay in Antarctica in relative comfort and safety. KEYWORDS: Emergency Antarctic Modules (MAE), performance evaluation.

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INTRODUÇÃO A Estação Antártica Comandante Ferraz (EACF) do Brasil existe desde 1984 (SOUZA et al., 2008), funcionando como base onde são realizadas pesquisas científicas, e localiza-se na Península Keller – Arquipélago das Ilhas Shetlands do Sul, Ilha Rei George, Baía do Almirantado (FIGURA 1).

Figura 15 – Localização da Estação Antártica Comandante Ferraz. À esquerda, localização do Brasil e da Antártica, com ênfase para o Arquipélago das Ilhas Shetlands do Sul. Fonte da imagem-base: Google Earth-Mapas. Disponível em: . o em: 8 jul. 2013. À direita e acima, imagem de satélite da Ilha Rei George com destaque para a Península Keller, na Baía do Almirantado. Fonte da imagem-base: Google Earth-Mapas. Disponível em: . o em: 8 jul. 2013. À direita e abaixo, vista aérea da Península Keller, com ênfase para a área da EACF. Fonte: Acervo do Laboratório de Planejamento e Projetos (LPP) / Universidade Federal do Espírito Santo (UFES). Em 2012, um incêndio destruiu o corpo principal da Estação (MARINHA DO BRASIL, o em 26 ago. 2013) que está sob a responsabilidade da Secretaria da Comissão Interministerial para os Recursos do Mar (SECIRM), vinculada à Marinha do Brasil. Em função da necessidade de apoiar a equipe prevista para a retirada dos escombros bem como para promover a continuidade das atividades científicas desenvolvidas no local, tornava-se necessário instalar uma base provisória no local. Conforme Termo de Referência (MARINHA DO BRASIL, 2012), a base deveria ter capacidade para alojar até 65 pessoas, possuindo área total estimada entre 451 m² e 573 m², desconsiderando circulações e área da envoltória. Tratando-se do local em questão, o projeto deveria levar em consideração os seguintes condicionantes: • Clima: o Temperaturas variando de -28,5ºC – mínima absoluta, registrada em 1991 – até 14,4ºC – máxima absoluta, registrada em 1998 (Núcleo de Pesquisas Antárticas e Climáticas da UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL – UFRGS, 2013);

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o Carga de neve com acúmulo de aproximadamente 1,5 m nos locais íveis de instalação das unidades construídas e 50 cm para efeito de cálculo de coberturas planas; o Ventos fortes e constantes de até 200 km/h, para efeito de cálculo, sendo que a rajada de vento mais veloz já registrada na EACF foi de 176 km/h, em 1997 (UFRGS, 2013); • Limitações quanto ao peso dos módulos, bem como do material e dos equipamentos a serem transportados para o local de implantação do complexo, por limitações logísticas; • Restrições em relação ao impacto causado ao meio-ambiente durante a fase de construção e ao longo do tempo de uso das instalações, respeitando os preceitos do Tratado Antártico – aderido pelo Brasil em 1975 e do qual é membro consultivo desde 1983 (SOUZA et al., 2008) – com especial ênfase para o Protocolo ao Tratado da Antártida sobre Proteção ao Meio Ambiente – Protocolo de Madri (SECRETARIAT OF THE ANTARCTIC TREATY, o em 30 ago. 2013); • Mínimo dispêndio energético com o máximo de eficiência no conforto para os usuários; • Proteção contra incêndio em observância aos requisitos estabelecidos pelo Protocolo e à National Fire Protection Association (NFPA, o em 30 ago. 2013); • Rapidez de montagem, com prazo-limite para a prontificação das instalações até final de dezembro de 2012. Após processo seletivo foi contratada uma empresa canadense especializada em acampamentos e abrigos relocáveis de pronto uso, com ampla experiência em regiões polares e domínio no fornecimento desse tipo de instalações na Antártica (WEATHERHAVEN™ CANADA RESOURCES LTD., 2012). Particularmente, a solução técnica sugerida pela WCRL chamou a atenção do Grupo de Trabalho formado para realizar a avaliação das propostas, ao apresentar um tipo original de módulo, patenteado pela empresa, chamado HERCon™ (Hard-Wall Expandable Redeployable Container, ou, em português, Contêiner Expansível e Reimplantável de Parede Rígida). Trata-se de um módulo com formato de contêiner – quando fechado –, que ao ser aberto amplia de tamanho: um HERCon Senior aberto possui área de quase 3 (três) vezes a de um contêiner padrão, e um par de HERCon Junior (½ Senior) abertos possuem área de quase 6 (seis) vezes a do mesmo contêiner ISO (FIGURA 2).

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Figura 2 – Par de HERCon Junior sendo separados e abertos. No canto direito inferior observa-se um módulo de cozinha equipado de fábrica. Fonte: Acervo da Weatherhaven™ Canada Resources Ltd. Por ter o formato e a dimensão de um container, o HERCon facilita o transporte marítimo, observando-se ainda que o sistema proposto pode ser montado por apenas 3 (três) pessoas em cerca de 1 (uma) hora (MECH, 2013). Além dos HERCon também foram utilizados contêineres padrões e modificados, de acordo com a função a desempenhar, totalizando 39, incluindo ferramentas e outros materiais (MECH, 2013). A maioria das unidades foi instalada na parte superior do heliponto pré-existente, localizado próximo de onde ficava o corpo principal da Estação. Aproveitando-se da superfície plana, nivelada, e bem estruturada do heliponto, economizou-se tempo e dispêndios que seriam necessários para a preparação de terreno. Para o pouso das aeronaves outra área foi definida, considerando especialmente sua necessidade eventual e relativamente fácil de ser realizada em outros locais menos especializados. Alguns módulos – como o do laboratório, do incinerador e dos geradores de energia – foram instalados nas proximidades, minimizando a interferência no terreno e, por conseguinte, atendendo mais facilmente às exigências ambientais pré-estabelecidas (INSTITUTO BRASILEIRO DO MEIO AMBIENTE E DOS RECURSOS NATURAIS RENOVÁVEIS, 2013). Após a do contrato, as unidades foram construídas em 5 (cinco) meses, sendo que a montagem no local ocorreu em 28 dias apenas (FIGURAS 3 e 4).

Figura 3 – Vista aérea dos MAE. Fonte: Acervo da SECIRM.

Figura 4 – Vista externa dos MAE. Fonte: Acervo do LPP/UFES.

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Os MAE estão em uso desde fevereiro de 2013 e, atendendo às exigências da SECIRM, devem possuir vida útil mínima de 5 (cinco) anos, com possibilidade de desmonte e relocação. Tendo isso em vista, esta pesquisa foi direcionada visando à avaliação de eficiência e obtenção de informações para a elaboração do plano de manutenção dos MAE, que deverá garantir seu melhor desempenho durante os próximos anos. Ressalta-se que trabalhos dessa natureza são imprescindíveis ao se tratar de edificações em ambientes extremos, onde qualquer eventual desequilíbrio pode ocasionar consequências potencializadas, se comparadas com as ocorrências nos meios tradicionais (ALVAREZ; YOSHIMOTO, 2004). MATERIAL E MÉTODOS O reconhecimento do objeto de estudo foi realizado por meio de visitas in loco, onde foram identificados possíveis aspectos a serem avaliados, criando-se também um banco de imagens para análises e comparações futuras. Para o embasamento teórico foi feita ampla revisão bibliográfica e documental sobre os MAE e sobre avaliação de edificações, em paralelo a estudos de exemplos semelhantes. Em seguida foram definidos os aspectos a serem avaliados, tendo-se como base a lista de exigências dos usuários apresentada na Norma de Desempenho de Edificações – NBR 15575-1 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2013), no que foi considerado aplicável. Também foram definidos os procedimentos de avaliação, utilizando-se como referência a metodologia da Avaliação Pós-Ocupação (APO) do Ambiente Construído (ORNSTEIN, 1992; MANNING, 1987; ALTAS; ÖZSOY, 1998), que considera que a eficiência do edifício em sua fase de uso é medida pela satisfação dos usuários. O método já havia sido empregado em instalações da EACF, mostrando-se adequado às condições específicas do ambiente antártico (ALVAREZ et al., 2004). Para a instrumentação foi elaborado um questionário estruturado que foi enviado aos usuários para ser respondido individualmente. A escolha dessa ferramenta se deu por seu amplo uso e alcance, além de ter o usuário como fonte principal de informações (ORNSTEIN, 1992). Foram estabelecidos valores – de -2 a +2 – e cores diferenciadas – de vermelho a verde – representando do pior (péssimo) ao melhor (excelente) nível de desempenho do critério avaliado, observando-se que a metodologia permitia, além das repostas de múltipla escolha, a livre manifestação do respondente. RESULTADOS E DISCUSSÃO O questionário foi respondido por todos os 15 militares que am o inverno nos MAE, cujas repostas seguem sintetizadas na Tabela 1:

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Tabela 9 – Avaliação dos aspectos relacionados ao desempenho dos MAE. ASPECTOS AVALIADOS Sensação térmica Isolamento do som externo Isolamento do som entre cômodos Qualidade do som interno Privacidade Iluminação natural Iluminação artificial Segurança Funcionalidade dos MAE Divisão dos ambientes Flexibilidade dos ambientes Adequabilidade de equipamentos Funcionamento de equipamentos Toque nos materiais Aparência externa Aparência interna Inserção na paisagem Satisfação de maneira geral

QUALIFICAÇÕES DADAS PELOS USUÁRIOS* +2 +2 +1 +2 +1 0 +1 +2 +1 +2 +1 +2 +1 0 +1 0 -1 +1 0 +1 0 +1 +1 +1 +2 +1 +1 0 +1 0 +1 0 +1 -1 0 0 +1 0 0 +1 +2 +1 0 0 0 +2 +2 +2 +1 +2 0 0 +1 0 +1 +1 -1 0 0 -2 0 +1 0 +2 0 +1 0 +1 +1 -1 0 +1 +1 -1 +1 +1 +1 +1 +2 +1 +2 +2 0 +1 +2 +1 +2 +1 +1 +2 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +2 +2 +2 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 0 +1 0 +1 +2 +2 +1 +1 +1 +1 +1 0 +1 +1 0 0 +1 +2 +2 +1 +1 +2 0 +1 0 +1 +1 0 0 +1 +2 +2 +1 +1 +2 0 0 +1 0 +1 0 0 +1 0 0 +1 +1 0 -1 +1 0 +1 0 +1 +1 +1 +2 +2 +1 +1 0 +1 +1 0 +1 0 +1 0 +2 +2 +2 +1 +1 +1 +1 +1 0 +1 +2 +1 0 +2 +2 +2 +1 +1 +2 +1 +1 +1 +1 +2 +1 0 +2 +2 +2 +2 +1 +2 +2 +1 0 +1 +2 +1 0 +2 +1 +2 +2 +1 +2 +1 MÉDIA GERAL = 0 +1 +1 0 +1 +2 +1 0 +1 +2 +2 +1 +1 +2 +1

+1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +2 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1

+1 0 +1 +1 0 +1 +1 +1 +1 +1 +2 +1 +1 0 0 +1 +1

MÉDIAS** +1,3 E +0,6 B +0,4 R/B +1,0 B +0,3 R +0,6 B +1,3 E +1,3 E +1,0 B +0,9 B +1,0 B +0,4 R/B +0,9 B +0,9 B +1,1 B +1,4 E +1,2 B/E +0,9 B +1,1 B

LEGENDA QUALIFICAÇÃO DADA PELOS USUÁRIOS* +2 Excelente +1 Boa 0 Razoável -1 Ruim -2 Péssima MÉDIAS** -2 = péssima absoluta; -1,9 a -1,3 = péssima; -1,2 = péssima/ruim; -1,1 a -0,5 = ruim; -0,4 = ruim/razoável; -0,3 a +0,3 = razoável; +0,4 = razoável/boa; +0,5 a +1,1 = boa; +1,2 = boa/excelente; +1,3 a +1,9 = excelente; +2 = excelente absoluta.

Nota-se que a média geral dos aspectos avaliados foi próxima da média de satisfação dos usuários, validando os critérios de abordagem. Também foram identificados pequenos problemas, conforme sintetizado no Quadro 1: Quadro 1 – Síntese dos relatos de problemas. Entre parênteses, o número de respondentes. CONFORTO • Eventual entrada de água ou de correntes de ar indesejáveis (13) através de esquadrias e desconforto térmico (11), principalmente nos compartimentos montados a partir de contêineres expansíveis; • Relativa diferença de temperatura no interior de cômodos (9), principalmente nos camarotes, dependendo da proximidade com aquecedores, janelas, portas e piso, e dificuldade em controlar a temperatura devido ao sistema de ajuste. • Incômodo ocasional devido a ruídos (11) provenientes dos aquecedores e geradores, principalmente nos camarotes, e entrada de gases e partículas (5) provenientes da descarga dos geradores, dependendo da direção dos ventos; EQUIPAMENTOS • Certos equipamentos, instalações ou mobiliários inadequados, danificados ou com mau funcionamento (7): o Mobiliário insuficiente em alguns cômodos; o Componentes de portas insatisfatórios; o Seguidas panes nas Estações de Tratamento de Esgoto e Água (ETE/ETA); o Carência de instruções práticas quanto ao uso dos equipamentos. PSICOLÓGICO • Falta esporádica de privacidade (4): chuveiros e sanitários fechados por cortinas; • Relativa insuficiência de ambientes para convívio (4); • Eventual sensação de instabilidade (4) devido a trepidações causadas por ventos fortes ou pela vibração das máquinas da lavanderia; • Possível risco de acidentes (3): piso escorregadio sob o heliponto e nos os verticais; falta de sinalização na área externa; preocupação em relação a incêndio.

As informações expostas servem como ponto de partida para a definição do que deverá 1118

constar no plano de manutenção dos MAE e do que deverá ser feito para o aprimoramento das suas instalações. Além disso, a retroalimentação gerada também pode ser utilizada como referência para casos análogos, justamente como proposto por Ornstein (1992). CONCLUSÕES Devido à rapidez com que os MAE tiveram que ser instalados, não foi possível atender a todas as expectativas, tanto dos usuários como dos empreendedores. Contudo, tratando-se de uma base provisória – ou seja, um acampamento avançado – constata-se que os MAE apresentam qualidades que permitem a permanência na Antártica com conforto e segurança. Também é importante ressaltar que as antigas edificações da EACF possuíam um nível de conforto superior, quando comparado a outras estações no entorno, sendo natural que as avaliações sejam comparativas por quem já esteve na Estação anteriormente, que é o caso da maioria dos respondentes. REFERÊNCIAS ALTAŞ, N. E.; ÖZSOY, A. Spatial adaptability and flexibility as parameters of satisfaction for quality housing. Building and Environment, v. 33, n. 5, p. 315-323, 1998. ALVAREZ, C.E. de; CASAGRANDE, B.; WOELFFEL, A.B. A adoção da metodologia de avaliação pós-ocupação enquanto instrumento de diagnóstico da Estação Antártica Comandante Ferraz, Brasil: resultados preliminares. In: REUNIÓN DE ES DE PROGRAMAS ANTÁRTICOS LATINOAMERICANOS, 15., 2004, Guayaquil. Anais... Guayaquil: Programa Antártico Ecuatoriano, 2004, p. 1-5. ALVAREZ, C. E. de; YOSHIMOTO, M. Avaliação de impacto acústico na Estação Antártica Comandante Ferraz: resultados preliminares. In: REUNIÓN DE ES DE PROGRAMAS ANTÁRTICOS LATINOAMERICANOS, 15., 2004, Guayaquil. Anais... Guayaquil: Programa Antártico Ecuatoriano, 2004, p. 1-9. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15575: Edificações Habitacionais – Desempenho – Parte 1: Requisitos gerais. Rio de Janeiro, 2013. INSTITUTO BRASILEIRO DO MEIO AMBIENTE E DOS RECURSOS NATURAIS RENOVÁVEIS. Análise do Plano Ambiental de Construção dos Módulos Antárticos Emergenciais. Brasília, 17 jan. 2013. MANNING, P. Environmental evaluation. Building and Environment, v. 22, n. 3, p. 201208, 1987. MARINHA DO BRASIL. Secretaria da Comissão Interministerial para os Recursos do Mar. Solicitação de proposta de cotação: Módulos Antárticos Emergenciais. Brasília, 2012. ______. Programa Antártico Brasileiro. Disponível em: . o em 26 ago. 2013. MECH, Konrad. How Hard-wall Expandable Containers Helped Brazil Recover from an Antarctic Disaster. Innovation: Journal of The Association of Professional Engineers and Geoscientists of BC (British Columbia), Burnaby, v. 17, n. 3, p. 20-22, 2013. NATIONAL FIRE PROTECTION ASSOCIATION (NFPA). About NFPA. Disponível em: . o em 30 ago. 2013. ORNSTEIN, S. W.; ROMÉRO, M. (colab.). Avaliação Pós-Ocupação – APO – do Ambiente Construído. São Paulo: Studio Nobel: Editora da Universidade de São Paulo, 1992. SECRETARIAT OF THE ANTARCTIC TREATY. The Antarctic Treaty and the Environment Protocol. Disponível em: . o em: 30 ago. 2013 1119

SOUZA, J. E. B. de et al. Brasil na Antártica: 25 Anos de História. São Carlos - SP: Vento Verde Editora, 2008. UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL (UFRGS). Núcleo de Pesquisas Antárticas e Climáticas (NUPAC). Dados geográficos básicos da Antártica. Disponível em: . o em: 26 jun. 2013. WEATHERHAVEN™ CANADA RESOURCES LTD. Proposta para o complexo MAE. Burnaby, 2012.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

MÉTODO RANSAC PARA REGISTRO DE IMAGENS TÉRMICAS MARCEL SHEENY DE MORAES1 1

Estudante de Graduação de Ciência da Computação pela Universidade Federal Fluminense, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Muitas anomalias estão relacionadas com a mudança de temperatura de partes do nosso corpo, logo o uso de imagens de térmicas é uma forma eficaz e não invasiva de fazer essa análise. O registro de imagem é usado em muitos problemas de visão computacional e imagens médicas. Este trabalho se propõe a comparar duas maneiras fazer o registro de imagem em um cenário que a escolha dos pontos correspondentes em um par de imagens é feita de maneira automática através do algoritmo SIFT. Este método pode ser usado em diferentes tipos de imagens, mas estamos verificando os resultados em imagens mastológicas térmicas. Primeiro obtemos os resultados experimentais usando o Método dos Mínimos Quadrados puro, posteriormente, nós adicionamos um método robusto em conjunto com os Mínimos Quadrados, o RANSAC. Em seguida, comparamos os resultados para observar como o quão melhor o RANSAC é superior em questão de acurácia e desempenho. Foram usados os avaliadores NCC, SNR e RMSE como medida de acurácia e o tempo como medida de desempenho. Foi concluído que o método RANSAC teve melhores resultados considerando a acurácia, e o Método dos Mínimos Quadrados puro foi melhor no desempenho. PALAVRAS–CHAVE: registro de imagens, ransac, imagens térmicas.

RANSAC METHOD ON THERMAL IMAGES REGISTRATION ABSTRACT: Lots of anomalies are related to change of temperature of parts our body, so the use of Thermal Images is an efficient and non-evasive way of analyze it. Image registration is used on amount of problems of computer vision and medical imaging. This paper proposes to compare two ways of making the image registration in an environment that the choosing of the corresponding points in a pair of images is made automatically by the SIFT algorithm. This method can be used in different types of images, but we are focusing in thermal mastological images. First we made experimental results using a pure Least Squares Method, and then we added a robust method in conjunction with the Least Squares, the RANSAC. Then we compared both results to observe how better the RANSAC method is in matter of accuracy and performance. We used NCC, SNR and RMSE as evaluators of accuracy and the time as the evaluator of performance. We achieve that the RANSAC method gave us better results in matter of accuracy, and the pure Least Squares Method was better in performance. KEYWORDS: image registration, ransac, thermal images.

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INTRODUÇÃO Várias doenças e anomalias estão relacionadas às alterações de temperaturas de regiões do corpo humano (RESMINI, et al, 2012), como por exemplo, temos o câncer de mama que é o foco de pesquisa principal do projeto. Isso possibilita um estudo mais aprofundado do uso das imagens térmicas no auxílio ao diagnóstico para patologias relacionadas às mamas. Esse trabalho tem o objetivo de contribuir para o projeto de pesquisa desenvolvido pelo Laboratório VisualLab da Universidade Federal Fluminense (projeto CAAE 01042812.0.0000.5243 do Ministério da Saúde) que tem o intuito da utilização de imagens térmicas para diagnósticos mastológicos. O Registro de Imagem tem o objetivo de fazer o pareamento de um conjunto de imagens com intuito de conseguir retirar maior quantidade de informações possíveis da que só uma imagem não conseguiria (ZITOVÁ, et al, 2003), ou seja, o registro é usado para conseguir retirar características da imagem para conseguir auxiliar no diagnóstico. Para fazer o Registro de Imagem, pode-se utilizar de diversos métodos. O método proposto é utilizar o método dos mínimos quadrados que acha a melhor transformação afim de uma imagem sobre a outra em cima de certos pontos correspondentes. Além do método dos mínimos quadrados, é proposto uma extensão com o uso do método RANSAC. Esse método é usado geralmente em modelos com grande quantidade de dados para destacar os outliers. Usando uma abordagem automática da escolha dos pontos correspondentes através do algoritmo do SIFT, motiva-se a usar o RANSAC, já que o SIFT não é um algoritmo perfeito e muitas vezes retornam pontos que não verdadeiros. REGISTRO DE IMAGEM O registro de imagem é uma técnica de sobrepor uma ou mais imagens em cenas que foram adquiridas ou em tempos distintos, ou de diferentes pontos de vista ou usando diferentes tipos de sensores (ZITOVÁ, et al, 2003). Registro de imagens é um o crucial em qualquer tarefa de análise de imagens, no qual a informação final é obtida da fusão de todas as imagens. O registro de imagem é um requerimento para muitas aplicações como: monitoramento de meio ambiente, mosaico de imagens, previsão do tempo, imagens de superresolução (ZITOVÁ, et al, 2003). Na área médica é necessário para ter uma informação mais completa do paciente para, por exemplo, acompanhar o crescimento de um tumor. No caso deste artigo, poderá ser usado tanto para acompanhar o crescimento de alguma patologia mastológica, quanto para detectar as mudanças de temperatura no corpo da paciente enquanto realizava a aquisição das imagens térmicas. Na Figura 1 é possível ter um exemplo visual do que faz o registro de imagem Basicamente para podermos fazer o registro de imagem é necessário que alguns pontos correspondentes das imagens sejam descobertos. Existem inúmeras abordagens de como obter esses pontos, desde manualmente, onde um profissional seleciona alguns pontos em comum nas imagens, ou automaticamente. Nesse trabalho é usada uma abordagem automática utilizando o algoritmo SIFT que é capaz de descobrir os pontos correspondentes em duas imagens. Após obter os pontos correspondentes é necessário achar uma função que gere a transformação de uma imagem na outra. Utilizamos um modelo linear para achar uma transformação afim que é dada pela equação 1. Com uma transformação afim é possível fazer rotação, escala, cisalhamento e translação.

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Figura 1 – Os os para se fazer o registro de imagem. Na imagem acima, duas imagens diferentes do mesmo lugar. Em seguida marcam-se os pontos correspondentes. Depois faz-se a transformação da segunda imagem em cima da primeira (ZITOVÁ, et al, 2003). Â ; = <88 Â + <8; Ç + Ä Ç ; = <;8 Â + <;; Ç + È (1) A Equação 1 pode-se colocar em modo matricial. Como pode ser visto nas Equação 2. < Â; = ? = = 88 Ç′ <;8

Ä <8; Â ? Ç + = ? (2) <;; È

Podemos simplificar a Equação 2 para a Equação 3. <88 Â; = ? = =< Ç′ ;8

<8; <;;

Â Ä ÇA ? @ È 1

(3)

Para a montagem das matrizes, da Equação 3, chegamos na Equação 4. A parte da Equação 3 que possui <88 , <8; , Ä , <;8 , <;; * È é também chamada de matriz de transformação afim.

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 B0

Ç 0

1 0 0 0 Â Ç ⋯ ⋯

<88 G< J 0 F 8; I Â; Ä 1D F I = BÇ ; D F<;8 I ⋯ ⋯ F<;; I E È H

(4)

A Equação 5 é uma abstração da Equação 4 substituindo-se substituindo se as matrizes por variáveis. ∗ < = Ç

(5)

Na Equação 5, a variável y são os pontos da imagem de referência, < são os coeficientes que deseja-se se encontrar para realizar a transformação e X são os pontos da imagem que deseja-se transformar. Para calcular os coeficientes deve-se deve se minimizar o erro sobre todos os pontos. Qualquer método de minimização pode ser usado nesta etapa, como o método gradiente descendente ou o método dos mínimos quadrados. Utilizamos o método dos mínimos quadrados por sua su simplicidade. SIFT O SIFT (Scale Invariant Feature Transform) é um algoritmo de computação visual capaz de detectar características locais entre duas imagens sendo invariante a escala e rotação (LOWE, 1999), o algoritmo tem várias aplicações como reconhecimento reconhecimento de objetos, mapeamento robótico, junção de imagens, reconhecimento de movimentos e neste projeto iremos usar para o registro de imagem. Apesar do SIFT ser um algoritmo bastante usado, ele apresenta problemas e muita vezes retorna alguns pontos quee na verdade não são correspondentes, também chamados de outliers, causando erros ao tentar fazer o registro de imagem que usam métodos que utilizam todos os pontos. Na Figura 2 segue uma imagem dos pontos correspondentes que o SIFT encontrou em um exemplo de imagens que foram usadas nesse trabalho. MÉTODO DOS MÍNIMOS QUADRADOS O método dos mínimos quadrados é uma técnica de regressão e otimização que busca encontrar os melhores parâmetros de uma função que se ajusta para um conjunto de dados tentando minimizar imizar a soma dos quadrados das diferenças entre o valor estimado e os dados observados (BJÖRCK, 1996). Usualmente o método dos mínimos quadrados é dado pelas Equações 6, 7 e 8 quando este pertence ao ² e deseja-se se achar a melhor reta que se ajusta aos pontos. po S =

∑ M KN ÄK Ä̅ ÈK È / ∑ KN ÄK Ä̅

(6)

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Figura 2 – Figura na qual mostra os pontos correspondentes entre duas imagens.

Ç = k + SÂ

(7) (8)

Onde Â̅ e ÇM são as médias de todos os pontos da coordenada x e y respectivamente. A Figura 3 mostra melhor como o método dos mínimos quadrados se comporta dado 4 pontos. O método dos mínimos quadrados também possui uma fórmula geral e para qualquer função que deseja-se se ajustar aos pontos que é dado pela equação 9. (9) A Equação 9 encontra-se se na forma matricial, matricial, assim como se encontra a Equação 5. Onde < retorna os coeficientes da função.

Figura 3 – Dados os pontos (0.1 ; 0),(0.2 ; 0.1), (0.3; 0.15) e (0.4 ; 0.35), foram encontrados os valores de a = -0.125 e b = 1.1. Resultando na equação Ç = −0.125 M 1.1Â que é a melhor que se ajusta aos pontos dados. da 1125

RANSAC O RANSAC (RANdom RANdom SAmple Consensus) Consensus) é um algoritmo iterativo capaz de descartar os pontos outliers (FISCHLER, FISCHLER, et al, 1981). Basicamente o RANSAC funciona seguinte maneira: 1. Seja N o número de Iterações, M o número total de pontos e S o números de d pontos que serão sorteados 2. Seleciona aleatoriamente S dados do conjunto total de pontos, onde S < M. 3. Calcula-se se os coeficientes da função (normalmente usando o método dos mínimos quadrados) usando os pontos sorteados. 4. Gera-se se o erro médio quadrático que os coeficientes calculados anteriormente. 5. Faz do o 2 ao 4 N vezes. 6. Após a N iterações, retorna o conjunto de dados que obteve o menor erro. Com esse procedimento que foi descrito, calcula-se calcula se a matriz de transformação apenas para os pontos sorteados, logo isso é capaz de descartar os outliers.. A Figura 4 exemplifica visualmente o método RANSAC.

Figura 4 – Visualização do RANSAC, onde os pontos vermelhos são os outliers. No caso desse artigo, foi foram feitas 10 mil iterações, são usados 10 pontos para o cálculo da matriz de transformação. IMPLEMENTAÇÃO O programa implementado para gerar os resultados desse trabalho foi todo escrito em C++ e utilizando a biblioteca de Visão Computacional OpenCV (BRADSKY BRADSKY , et al). Essa biblioteca já possui uma grande grande quantidade de algoritmos já implementados. Dentro do próprio OpenCV possui uma biblioteca de álgebra linear Eigen (JACOB, et al) que foi usada para fazer os cálculos em cima de matrizes. O OpenCV facilita bastante a programação em cima de imagens, já quee possui métodos prontos para ar os pixels. AVALIADORES Usamos 3 avaliadores para medirmos a acurácia: o NCC, RMSE e SNR (SHEENY, et al, 2013). Ambos avaliadores apresentam propósitos parecidos para fazer a comparação de 2 sinais. As equações do NCC C (Normalized Cross-Correlation), Cross Correlation), RMSE (Root Mean Square Error) e SNR (Signal Noise Ratio) estão descritas nas equações 10, 11 e 12 respectivamente.

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¯XX = ∑ Ä,È 8

ºÄ,È) º̅ 7Ä,È) 7̅ PQ PR

@ð°ú = Ó ∑ Ä,ÈqÂ, Ç) − Â, Ç))² S

(10)

(11)

(12)

Na Equação 10, são dado dois sinais de entrada r e t, onde q̅ e ̅ representam as médias, Oº e O7 representam o desvio padrão. Na equação 11 os dados de entrada são os sinais sinai r e t, e N representa o número total de pixels da imagem, ambas as imagens necessitam ter a mesma quantidade de pixels para poder fazer o cálculo. cálculo E na equação 12 os dados de entrada são os sinais r e t. O NCC fornece valores entre 0 e 1, quanto mais perto perto de 1, mais uma imagem se assemelha a outra, e quanto mais perto de 0, mais ela se diferencia. No RMSE e no SNR quanto mais próximo de 0, mais as imagens se assemelham. Também usamos o tempo para medirmos o desempenho de cada método proposto. METODOLOGIA Atualmente o laboratório VisualLab em conjunto com o Hospital Universitário Antônio Pedro (HUAP) possui um banco de imagens térmicas mastológicas, onde foram usadas imagens de 3 pacientes onde cada uma com 6 fotos que foram obtidas a cada 30 segundos. O algoritmo SIFT é responsável por encontrar automaticamente os pontos correspondentes que serão processados posteriormente para fazer o registro das imagens. Primeiro foi usado o método dos mínimos quadrados para analisarmos através dos avaliadores RMSE, SNR e NCC o quanto as imagens se assemelhavam, onde fazemos a subtração das imagens para termos uma resposta visual dos resultados. Sempre obtemos o resultado comparando com a primeira imagem. Logo em seguida foi acrescentado o método RANSAC para melhorarmos melhorarm os resultados, já que o algoritmo do SIFT produz muitos outliers.. No RANSAC foi utilizado para se selecionar apenas 10 pontos correspondentes e descartar os outros para o cálculo da transformação. O esquema citado é mostrado na Figura 5. RESULTADOS Depois pois de aplicado todos os procedimentos discutidos anteriormente, foi possível fazer o registro das imagens, tanto usando o método dos mínimos quadrados, quanto o RANSAC. Foram sempre calculados os valores em relação à primeira imagem, e usando o NCC, RMSE e SNR como avaliadores. Após fazer o registro, fizemos uma subtração das imagens para podermos visualizar os resultados. A Figura 6 exemplifica isso. Como podemos observar na Figura 6, a paciente estava um pouco deslocada, o RANSAC conseguiu diminuir bastante ante esse erro, e o método dos mínimos quadrados piorou em relação a imagem sem registro. Esse erro do método dos mínimos quadrados 1127

Figura 5 – Esquema de aquisição e processamento das imagens.

Figura 6 – Figura à esquerda mostra a subtração das imagens sem registro, a figura do centro é a subtração usando o método dos mínimos quadrados, figura à direita mostra o registro usando RANSAC. foi devido aos outliers gerado pelo SIFT que faz isso ocorrer, sendo mais apropriado usar o RANSAC em conjunto com o SIFT. Mas nem sempre o RANSAC consegue bons resultados, isso ocorreu devido o SIFT se basear na textura da imagem, e pode haver mudanças de temperatura entre uma imagem e outra que dificulta o RANSAC descartar todos os outliers. A Figura 7 apresenta os gráficos NCC, RMSE e SNR das 3 pacientes do experimento. Onde o eixo x representa o índice da imagem comparada com a primeira, e o eixo y representam o valor calculado do NCC, RMSE e SNR. Como pode-se observar, para a paciente 1, ocorreu o que era esperado, o RANSAC diminuiu o erro e o método dos mínimos quadrados piorou em comparação as imagens sem registro. Em apenas um caso o RANSAC foi pior, na imagem 4. Nas pacientes 2 e 3, o RANSAC não melhorou tanto quanto era-se esperado. Em relação ao tempo o método dos mínimos quadrados leva em média 0.004 segundos e o RANSAC 0.764 segundos. Esses tempos foram calculados em um computador Intel Core i73610QM (2,3GHz, Quad Core, 6MB L3), 8GB de RAM DDR3.

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Figura 7 – Mostra os gráficos gerados para cada paciente e usando cada avaliador (NCC, RMSE e SNR). As linhas laranjas representam a comparação entre as imagens sem registro, as linhas azuis representam a comparação usando o método dos mínimos quadrados e as linhas vermelhas representam a comparação usando o RANSAC. CONCLUSÃO O método RANSAC demonstra-se superior em relação ao método dos mínimos quadrados, quando aplicado junto com SIFT, pois consegue descartar os outliers. Entretanto, apesar do RANSAC descartar os pontos que não foram encontrados corretamente, o resultado não foi totalmente satisfatório, pois o SIFT quando aplicado diretamente sobre as imagens térmicas, retorna muitos outliers, e o SIFT está muito relacionado à textura e as partes do corpo mudam de temperatura com o ar do tempo, então acontece de não capturar muitos pontos satisfatoriamente, em algumas imagens o SIFT retornava cerca de 10 pontos, e como muitos pontos desses não foram encontrados corretamente, o RANSAC falha ao descartar os outliers. Considerando NCC > 0.85 como um resultado satisfatório do registro em 60.0% dos casos foi alcançado um bom resultado. Usando um método de escolha de pontos de maneira manual apresentam melhores resultados apenas usando o método dos mínimos quadrados. Foi realizado um teste onde um registro que apresentava NCC igual a 0.637726, obteve 0.864791 selecionando 4 pontos manualmente usando o método dos mínimos quadrados. Para melhorar os resultados do registro de imagem automático, podem-se aplicar alguns filtros na imagem de modo que o SIFT consiga capturar maior quantidade de pontos de maneira correta. Futuramente pode-se tentar aplicar o ASIFT (MOREL, et al, 2009) que é um

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algoritmo mais robusto capaz de identificar maior quantidade de pontos correspondentes, entretanto possui um custo computacional maior. O registro de imagem de maneira automática em imagens térmicas ainda é um desafio, necessita-se ainda fazer um estudo mais aprofundado e tentar fazer o uso de outros métodos para alcançar o êxito nesse problema. REFERÊNCIAS BJÖRCK, Å. Numerical Methods for Least Squares Problems. 1996. SIAM. BRADSKY, G. R.; PISAREVSKY, V.; BOUGUET, J. Learning OpenCV: Computer Vision with the OpenCV Library. Springer, 2006. FISCHLER, M. A.; BOLLES, R. C. Random Sample Consensus: A Paradigm for Model Fitting with Applications to Image Analysis and Automated Cartography. Comm. of the ACM 24 (6): 381–395, Jun. 1981. JACOB, B.; GUENNEBAUD, G. Eigen: A C++ Template Library for Linear Algebra . LOWE, D. Object recognition from local scale-invariant features. International Conference on Computer Vision, Corfu, Greece, p. 1150-1157, Sep. 1999. MOREL, J.M.; YU, G. ASIFT: A New Framework for Fully Affine Invariant Image Comparison. SIAM Journal on Imaging Sciences, vol. 2, issue 2, 2009. RESMINI, R. et al. Auxílio ao Diagnóstico Precoce de Patologias da Mama Usando Imagens Térmicas e Técnicas de Mineração de Dados. Computer on the Beach 2012, 2012, Florianópolis. Computer on the Beach 2012: Anais do Evento, v. 1. p. 305-314, 2012. SHEENY, M. et al. On Efficient Use Of Wavelet In Infrared Image Database. In: International Conference on Systems, Signals and Image Processing IWSSIP, 2013, Bucharest. Proceedings IWSSIP,v. 1. p. 31-34, 2013. ZITOVÁ, B.; FLUSSER, J. Image registration methods: a survey. Image and Vision Computing XXI, p. 977–1000, 2003.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

A RELEVÂNCIA DE UM PROGRAMA EFICIENTE DE GERENCIAMENTO DE EFLUENTES HOSPITALARES: ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE ESTUDO DE CASOS EM HOSPITAIS NAS REGIÕES SUL E SUDESTE DO BRASIL GLÁUCIA A DE LEMOS E CARVALHO1; JÉSSICA ZIMMERMANN ESPÍNDOLA2 1

Graduanda em Engenharia Agrícola e Ambiental, UFF, (0xx21) 7253-3355, 7253 3355, [email protected] Engenheira Agrícola e Ambiental e Especialista em Engenharia de Segurança do Trabalho, Professora Professor Auxiliar, TER - TPC, UFF/Niterói- RJ 1

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Todo objeto de estudo que envolva o meio ambiente tem sido tratado atualmente com co muita relevância. Termos como sustentabilidade, reaproveitamento, descarte e resíduos são rotineiramente inseridos na vida da maioria dos seres humanos do mundo. Contudo, é inexplicável e inaceitável que mesmo com todos esses temas sendo abordados constantemente, constantemente, o tratamento de resíduos líquidos hospitalares não tenha tido um estudo mais aprofundado, especialmente no que diz respeito aos efluentes gerados pelos hospitais, que ainda não apresentam um destino correto, e são descartados diretamente nas redes redes de coleta de água e esgoto sem nenhum tipo de tratamento prévio, podendo causar sérios danos à saúde da população e aos trabalhadores da área de saúde. O presente artigo tem como objetivo explicitar as condições atuais do gerenciamento dos efluentes hospitalares hosp em hospitais e centros-cirúrgicos cirúrgicos das regiões sul e sudeste do Brasil e apresentar propostas de soluções para essa temática. Através de pesquisas e observações de estudo de casos, foi realizada uma análise comparativa dos trabalhos que abordam e apontam apontam possíveis soluções para o tratamento desse tipo de resíduo, demonstrando que a não fiscalização do cumprimento das leis, a carência de programas de gerenciamento eficientes e a falta de propostas concretas para tratamento de efluentes influenciam diretamente retamente na geração de efluentes lançados incorretamente, aumentando o risco aos trabalhadores dos estabelecimentos, à saúde da população e ao meio ambiente. PALAVRAS–CHAVE: gerenciamento, efluentes hospitalares, resíduos hospitalares

THE RELEVANCE OF AN EFFECTIVE MANAGEMENT OF HOSPITALS EFFLUENTS: COMPARATIVE ANALYSIS ABOUT STUDY OF CASES IN HOSPITALS IN SOUTHERN AND SOUTHEASTERN BRAZIL. BRAZIL ABSTRACT:: Every object of study that involves the environment has been treated with much relevance today. such as sustainability, recycling, disposal and waste are routinely inserted in the lives of most human beings in the world. However it`s inexplicable and unacceptable that even with all these issues being addressed constantly, liquid waste treatment in hospitals hospitals has not had further study, especially with regard to the waste generated by hospitals that do not have a correct destination, and are discarded directly in the sewers and wastewater without any pretreatment, may cause serious damage to the health of thee population. This article aims to explain the current conditions of the management of hospital waste in hospitals and surgical centers in the southern and southeastern Brazil and to propose solutions to this issue. This article aims to explain the current conditions of the management of hospital waste in hospitals and surgical centers in the southern and southeastern Brazil and to propose solutions to this issue. issue Through research it performed a comparative analysis of studies that approach and point out possible ossible solutions to the treatment of this type of waste, waste demonstrating that the non enforcement of laws, the lack of effective management programs and lack concrete proposals for wastewater treatment directly influence the generation of effluents discharged discharg improperly, increasing the risk to workers of establishments, people's health and the environment .KEYWORDS: Management, hospital effluent, hospital residues

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INTRODUÇÃO Entre 1950 e 2005, a população mundial aumentou de 2,5 bilhões para 6,5 bilhões e a previsão é de que entre 8 e 10 bilhões pessoas habitem o planeta até o final deste século (MILLER, 2007). Diante deste panorama podemos afirmar que junto com a população, a quantidade de resíduos gerada também vem crescendo exponencialmente e tem sido foco de preocupação constante nos estudos sobre meio ambiente, sustentabilidade e gerenciamento de resíduos. O aumento de números de hospitais e o crescimento populacional têm contribuído significativamente para o aumento de resíduos gerados por hospitais e estabelecimentos de saúde brasileiros, o que pode apresentar sérios riscos à saúde da população e danos irreversíveis ao meio ambiente, caso não haja um controle e uma fiscalização do descarte destes tipos de resíduos. No Brasil, cerca de 149.000 toneladas de resíduos residenciais e comerciais são gerados por dia, e aproximadamente 2% deles são resíduos de serviços de saúde (RSS) segundo a Agência Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA, 2006), sendo grande parte dos efluentes descartados diretamente na rede de esgoto podendo contaminar o solo, os lençóis freáticos e os rios existentes ao redor do local, além de colocar em risco a saúde da população e dos trabalhadores dos hospitais. Em virtude disto, existe uma necessidade da elaboração, divulgação e aplicação de um programa eficiente de gerenciamento de resíduos líquidos, que proponha o melhor tipo de tratamento aos efluentes gerados em hospitais e centros-cirúrgicos, evitando que o descarte dos mesmos nas redes de esgotos causem danos ao meio ambiente e à saúde da população. O presente trabalho teve como objetivo geral abordar informações baseadas em revisões bibliográficas sobre a relevância do estudo de efluentes hospitalares, bem como o tratamento adequado aos mesmos. O objetivo específico teve como meta analisar e comparar três estudos de caso sobre efluentes hospitalares e apresentar propostas para tal problemática, baseando-se nas legislações descritas no corpo do artigo e nos estudos existentes sobre o tema. MATERIAL E MÉTODOS A metodologia versada neste artigo utilizou-se de uma revisão de literatura acerca do tema abordado, no qual o levantamento bibliográfico foi feito através de bancos de dados virtuais como o Scientific Electronic Library Online, a Biblioteca Virtual de Desarrollo Sostenible y Salud Ambiental e o Repositório Digital da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, além de consultas a livros científicos, e à legislações federais, e baseou-se em tal revisão para analisar e comparar estudos de casos e trabalhos científicos selecionados a partir dos seguintes critérios de inclusão: que fossem artigos científicos e/ou trabalhos de conclusão de curso e teses, que estivessem dentro dos descritores de gerenciamento de resíduos e efluentes hospitalares e que propusessem ou não, soluções para o tratamento de efluentes hospitalares A partir de então, foi estabelecido como meta a análise e posterior comparação de três estudos de caso sobre efluentes hospitalares com o objetivo de apresentar propostas para tal problemática, baseando-se na literatura existente acerca da temática dos resíduos hospitalares, mais precisamente sobre efluentes.

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OS RESÍDUOS DE SERVIÇOS DE SAÚDE De acordo com Miller (2007), resíduos sólidos são quaisquer materiais indesejáveis ou descartados, que não sejam gasosos ou líquidos e que serão sempre produzidos, direta ou indiretamente, ao criarem-se produtos e serviços utilizados pela sociedade. Já os resíduos líquidos são denominados de efluentes e recebem classificações e destinos diferentes dos resíduos sólidos. Segundo a ANVISA (2006): O descarte inadequado de resíduos tem produzido ivos ambientais capazes de colocar em risco e comprometer os recursos naturais e a qualidade de vida das atuais e futuras gerações. Os resíduos dos serviços de saúde (RSS), se inserem dentro desta problemática e vêm assumindo grande importância nos últimos anos. Evaldt (2005) ressalta que quando se fala de poluidores são lembradas apenas as indústrias, a agricultura, o setor de mineração, os aglomerados urbanos, mas pouco se comenta a respeito do efluente hospitalar. Além disso, os RSS merecem a devida atenção na medida em que seu impacto na saúde pública e no meio ambiente é altamente destrutível, podendo levar a fontes potenciais de doenças e infecções bem como toxicidade, radioatividade entre outros (NUNES et al, 2011). OS TIPOS E CLASSIFICAÇÃO DOS RESÍDUOS DE SERVIÇOS DE SAÚDE A Norma Brasileira Regulamentadora (NBR) 10.004 da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT, 2004) define resíduos de serviços de saúde como: resíduos que resultam de atividades de origem hospitalar ou qualquer estabelecimento ligado a área de saúde. Ficam incluídos nesta definição os lodos provenientes de sistemas de tratamento de água, aqueles gerados em equipamentos e instalações de controle de poluição, bem como determinados líquidos cujas particularidades tornem inviável o seu lançamento na rede pública de esgotos ou corpos de água, ou exijam para isso soluções técnicas e economicamente inviáveis em face à melhor tecnologia disponível. Ainda segundo a ABNT (2004), esses resíduos são divididos em duas classes, I e II, onde os de classe I são denominados perigosos em função de suas propriedades físicas, químicas ou biológicas podendo apresentar riscos à saúde e ao meio ambiente e possuem propriedades inflamáveis, corrosivas , reativas , tóxicas ou patogênicas. Os resíduos de classe II dividem-se em IIA e IIB, sendo o primeiro, resíduos não inertes com propriedades biodegradáveis, combustivas ou solúveis em água. A classe IIB engloba os resíduos inertes que não apresentam nenhum constituinte solúvel em concentrações superiores aos padrões de potabilidade da água, salvo aspectos como cor, turbidez, dureza e sabor. A Organização Pan-Americana de Saúde (OPAS) em 1997, ainda propôs uma classificação mais simples na qual os resíduos foram divididos em apenas três tipos: resíduos comuns, resíduos especiais e resíduos infecciosos. Existem vários tipos de classificação de RSS, que variam conforme a área de estudo trabalhada. Segundo Gunther (2008), atualmente há um consenso entre a área de saúde e ambiental, que utilizam a classificação dos RSS de acordo com a Resolução da Diretoria Colegiada (RDC) nº 306/04 da ANVISA e Resolução nº 358/05 do CONAMA, como está disposto, sucintamente a seguir. Os resíduos do tipo A são aqueles com a possível presença de agentes biológicos que por suas características de maior virulência ou concentração, podem apresentar risco de 1133

infecção. Os do tipo B são compostos por substâncias químicas que podem apresentar riscos à saúde pública ou ao meio ambiente, podendo ser ou não inflamáveis, corrosivos, reativos e tóxicos. Os resíduos do tipo C são quaisquer materiais resultantes de atividades humanas que contenham substâncias radioativas em quantidades superiores aos limites de isenção especificados pelo Conselho Nacional de Energia Nuclear (CNEN) e não podem ser reutilizados. E os resíduos do tipo E representam materiais perfurocortantes ou escarificantes (GUNTHER, 2008) Segundo a OPAS (1997), uma classificação adequada dos resíduos gerados em um estabelecimento de saúde permite que seu manuseio seja eficiente, econômico e seguro, facilitando a segregação apropriada dos resíduos, em decorrência de suas características físico-químicas e infecto-contagiosas, reduzindo riscos sanitários e gastos no seu manuseio. O manual de gerenciamento de resíduos de saúde da ANVISA (2006), ainda complementa a classificação dos resíduos, classificando-os em subgrupos, o que propões um grau de especificidade bem mais minucioso. GERENCIAMENTO DE RESÍDUOS HOSPITALARES Assim como cada tipo de resíduo apresenta uma classificação, os mesmos também necessitam de uma destinação e descarte específicos, de acordo com suas características. A gestão integrada de resíduos deve sempre priorizar a não geração, minimização da geração e o reaproveitamento dos resíduos evitando assim os efeitos negativos sobre a saúde pública e o meio ambiente, visto que apenas 10 a 25% destes resíduos necessitam de cuidados especiais (ANVISA, 2006). O gerenciamento dos RSS é um conjunto de procedimentos de gestão, planejados e implantados a partir de bases científicas e técnicas, normativas e legais, com o objetivo de minimizar a produção e proporcionar aos resíduos gerados um encaminhamento seguro e de forma eficiente, visando à proteção dos trabalhadores, a preservação da saúde pública, dos recursos naturais e do ambiente (LOPES, 2010). Segundo Coelho (2001), o gerenciamento dos RSSS compreende duas etapas: gerenciamento interno (todo o processo que se a dentro da instituição que o gerou) e gerenciamento externo (que se a fora da instituição que o gerou) e a segregação adequada dos resíduos, no momento e local de sua geração, permite reduzir o volume de resíduos que necessitam de manejo diferenciado, com isso diminuindo também os custos com o tratamento desses resíduos. Um Plano de Gerenciamento de Resíduos de Serviços de Saúde (PGRSS) que estabeleça diretrizes de manejo desses resíduos deve contemplar: segregação, acondicionamento, identificação, transporte interno, armazenamento intermediário, armazenamento temporário, tratamento, armazenamento externo, coleta e transporte externos e destinação final (GARCIA et al, 2004). A Resolução da Diretoria Colegiada (RDC) nº 306 da ANVISA , e a Resolução nº 358 do CONAMA são as diretrizes mais completas e que dispõe sobre o correto tratamento de cada um dos cinco grupos de resíduos considerados RSS. A Norma Regulamentadora nº 32 (NR 32) do Ministério do Trabalho e Emprego, também dispõem sobre o descarte de RSS, entretanto sua abordagem engloba os procedimentos ligados à segurança do trabalhador. O Quadro I lista os grupos de resíduos A e D, que segundo Coelho (2001) são os tipos de resíduos que mais geram problemas e se confundem nas etapas de segregação, implicando deste modo num descarte incorreto. Ainda segundo Coelho (2001) constatou-se que tais resíduos não podem ser dispostos no meio ambiente sem tratamento prévio que assegure a eliminação das características de periculosidade do resíduo; a preservação dos recursos naturais e o atendimento aos padrões de qualidade ambiental e de saúde pública, e que no entanto, na grande maioria das vezes são descartados via rede de esgoto sem tratamento 1134

adequado, poluindo o meio ambiente e colocando em risco a saúde da população, principalmente através de resíduos contendo matéria orgânica e agentes biológicos e infectantes que não foram corretamente gerenciados. Além disso, o quaro I dispõe sobre qual o correto tipo de tratamento dos resíduos do grupo A e seus subgrupos, e do grupo D, conforme a resolução nº 306/04 de ANVISA e a resolução nº358 do CONAMA. Quadro I - Tratamentos adequados a cada tipo de resíduo Grupo de Resíduos Tratamentos Adequados Resíduos do grupo A1 e A2 Resíduos do grupo A3 que não tenham valor científico ou legal e que não tenham sido conduzidos pelo paciente ou por seus familiares Resíduos do grupo A4 Resíduos do grupo A5

Resíduos do grupo D

tratamento em equipamentos que reduzam ou eliminem a carga microbiana. encaminhamento para sepultamento ou tratamento. Se encaminhados para o sistema de tratamento, devem ser acondicionados em sacos vermelhos com a inscrição “peças anatômicas”. não necessitam de tratamento devem ser submetidos a incineração Os resíduos orgânicos, que não tenham mantido contato com secreções, excreções ou outro fluido corpóreo, podem ser encaminhados ao processo de compostagem. Os resíduos líquidos provenientes de rede de esgoto (águas servidas) de estabelecimento de saúde devem ser tratados antes do lançamento no corpo receptor. Sempre que não houver sistema de tratamento de esgoto da rede pública, devem possuir o tratamento interno.

Fonte: adaptado da RDC nº 306 da ANVISA (2004) Segundo Giordano (2004), a poluição hídrica pode ser definida como qualquer alteração física, química ou biológica da qualidade de um corpo hídrico, capaz de ultraar os padrões estabelecidos para a classe do corpo d`água receptor, conforme o seu uso preponderante. Considera-se a ação dos agentes: físicos materiais (sólidos em suspensão) ou formas de energia (calorífica e radiações); químicos (substâncias dissolvidas ou com potencial solubilização); biológicos (microorganismos). Os efluentes também possuem classificação e tratamento específicos antes de serem lançados nos corpos d`água receptores e recebem uma legislação específica para sua correta avaliação e destinação. O Código Nacional de Saúde em seu decreto de nº 49.974- A de 21de janeiro de 1961, já declarava em seu artigo 37 que: As águas residuárias de qualquer natureza, quando por suas características físicas, químicas ou biológicas, alterarem prejudicialmente a composição das águas receptoras, deverão sofrer tratamento prévio, ficando a istração local, dentro de sua jurisdição, diretamente responsável pela contaminação ou poluição de águas receptoras ou áreas territoriais consequente ao lançamento de resíduos sem pronunciamento prévio à autoridade sanitária competente, não excluída a responsabilidade de terceiros. Uma legislação mais atualizada que aborda o descarte de resíduos líquidos pode ser contemplada na Resolução nº 357 de 2005 do CONAMA, que dispõe sobre a classificação dos corpos de água e diretrizes ambientais para o seu enquadramento, bem como estabelece as condições e padrões de lançamento de efluentes, e dá outras providências, como autorizar outros órgãos de controle ambiental a acrescentar outros parâmetros ou tornarem mais restritivos os já estabelecidos. Segundo a Agência Nacional de Águas (1997), o enquadramento de corpos d’água 1135

estabelece o nível de qualidade a ser alcançado ou mantido ao longo do tempo. Mais do que uma simples classificação, o enquadramento deve ser visto como um instrumento de planejamento, pois deve tomar como base os níveis de qualidade que deveriam possuir ou ser mantidos para atender às necessidades estabelecidas pela sociedade e não apenas a condição atual do corpo d’água em questão. O enquadramento busca “assegurar às águas qualidade compatível com os usos mais exigentes a que forem destinadas” e a “diminuir os custos de combate à poluição das águas, mediante ações preventivas permanentes”. Como as águas doces são a fonte quase que totalitária de suprimento para abastecimento público, segue abaixo o Quadro II, que classifica as águas doces em função de seu uso, e para aplicação de tratamento para lançamento de efluentes. Quadro II - Classificação das águas doces em função do uso preponderante Uso

Classificação das águas especial 1 2 3 4 Xa Xb Xc Xd Abastecimento público X Preservação do equilíbrio aquático X X Proteção de comunidades aquáticas X X Recreação de contato primário Xd Xe Xf Irrigação X X Aquicultura X Dessedentação de animais X Navegação X Harmonia paisagística X Usos menos exigentes (X) uso permitido; (a) se prévia ou com simples desinfecção; (b) proteção de comunidades aquáticas; (c) após tratamento convencional; (d) hortaliças e plantas frutíferas-consumo direto; (e) hortaliças e plantas frutíferas; (f) culturas arbóreas, cereais e forrageiras Fonte: adaptado de Leme , 2010.

Dessa forma fica evidenciado que um controle legislativo incidindo sobre o descarte de efluentes hospitalares já existe, visto que segundo ainda a mesma resolução nº 357 do CONAMA declara que: Os efluentes líquidos provenientes dos estabelecimentos prestadores de serviços de saúde, para serem lançados na rede pública de esgoto ou corpo d`´agua receptor, devem atender às diretrizes estabelecidas pelos órgão ambientais gestores dos recursos hídricos e de saneamento competentes e ainda os efluentes provenientes de serviços e estabelecimentos de saúde nos quais hajam despejos com microorganismos patogênicos, só poderão ser lançados após tratamento especial. Embora a legislação em vigor se apresente muito sucinta e ampla, e não haja uma bibliografia coerente com a importância do assunto tratado, pode-se fazer uma conexão entre as Resoluções nº357 e nº358 do CONAMA e presumir que, para o correto tratamento dos efluentes, dever-se-ia existir a devida classificação, seguida da avaliação das características dos efluentes gerados por cada estabelecimento. Segundo Marques (1993), estudos mostram que a preocupação com a problemática dos resíduos líquidos tem aumentado consideravelmente, entretanto constata-se que a bibliografia existente aborda o tema de efluentes, sua avaliação e tratamento, centrada nos efluentes de origem doméstica e industrial. Conforme exposto por Coelho (2001), a maioria dos estabelecimentos de saúde não possui processos para o tratamento de dos seus resíduos sólidos tampouco dos seus efluentes. Isto, pois, retrata a demanda emergencial pelo estudo e pela divulgação no que diz respeito aos efluentes de origem hospitalar. 1136

RESULTADO E DISCUSSÕES O material selecionado para análise e comparação foi composto por três estudos sobre efluentes hospitalares, sendo dois no Rio Grande do Sul, na região sul do Brasil, um em São Paulo, na região sudeste brasileira. Com o intuito de facilitar a transmissão das informações, os estudos de caso analisados neste artigo, foram numerados de I a III, sem ordem específica ou relevante e apenas para facilitar a visualização dos dados obtidos, como segue: IAvaliação da Situação dos Hospitais do Rio Grande do Sul no que se Refere ao licenciamento de estações de Tratamento de Efluentes, por Rohloff (2011); II- Gestão de Efluentes de Serviço de Saúde, por La Rosa et al (2010). III- Gerenciamento no Centro Cirúrgico, central de Material e Centro de Recuperação Anestésica de um Hospital do Interior Paulista, por Silva em 2004. O estudo de caso I tratou-se de um trabalho de conclusão de curso de engenharia química, do departamento de engenharia química da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. O estudo II foi baseado no artigo publicado no XXVII Congresso Interamericano de Engenharia Sanitária e Ambiental, realizado na cidade de Porto Alegre, também no estado do Rio Grande do Sul, em 2010. O material III foi uma tese de doutorado em enfermagem apresentada ao Programa de Doutoramento em Enfermagem Interunidades da Escola de Enfermagem de Ribeirão Preto da Universidade de São Paulo, no estado de São Paulo, na região sudeste. Através dos materiais apresentados, elaborou-se um quadro que descreve brevemente os objetivos e as metodologias utilizadas por cada autor. Segue abaixo o Quadro III.

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Quadro III - descrição dos objetivos e das metodologias de cada material -

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Objetivos dos estudos de casos analisados I II III Estudar a situação atual dos - Demonstrar a necessidade de - Identificar os tipo de resíduos hospitais no que se refere ao aprofundar estudos sobre o gerados e os locais de geração, licenciamento de ETEs no RS , impacto gerado pelo bem como todos os discriminando o número de lançamento desses efluentes na procedimentos de um PGRSS, do hospitais em funcionamento no rede coletora e no ambiente, de transporte interno dos residuos estado e o número de hospitais modo a subsidiar a ação até o abrigo externo e a com estações de tratamento pública dos órgãos municipais; apresentação à coleta especial. licenciadas; - Explicitar o impacto das - Verificar as medidas de segurança Elaboração de questionários a atividades desenvolvidas nos adotadas pelo estabelecimento e serem aplicados nos hospitais que serviços de saúde, que pelos trabalhadores; não possuem estações de resultam na geração de - Apresentar propostas para tratamento de efluentes (ETE). diferentes tipos de resíduos viabilizar a implementação do Estudo das legislações que sólidos e líquidos; PGRSS da instituição na unidade abordem o tema; - Deixar claro que os impacto de centro cirúrgico. Prosposta inicial e preliminar de que estes resíduos vão causar processos adequados à remoção no meio ambiente dependem, de agentes contaminantes, basicamente, da forma como característicos de atividades os mesmos são gerenciados hospitalares. intra e extra instituição. Metodologias dos estudos de casos analisados II III Coleta de informações na - Levantamento de resíduos - Referencial teorico-metodologico Fundação Estadual de Proteção ao líquidos em todas as áreas do baseado em estudo de caso, com Meio Ambiente (FEPAM) e na Hospital de Clínicas de Porto analise e compreensão a partir de Secretaria Estadual de Saúde – Alegre (HA). observações do autor no local de RS. - Avaliação de relatórios através estudo, informações sobre as Obtenção de tabelas de parâmetros de entrevistadas realizadas pessoas que trabalham in loco. de lançamento de efluentes da com trabalha dores dos - Caracterização do hospital legislação vigente e diversos setores. universitario em estudo. monitoramento de efluentes de 2 - Estabelecer o cronograma de - Elaboração de um roteiro para hospitais com ETE, além de dados amostragem dos efluentes, que observação o outro para referentes à licença propriamente foram coletados e enviados entrevistas individuais, dita. para análise. baseando-se em experiência de Análise da legislação brasileira e - Identificação e análise das outros autores e da orientadora estadual e revisões bibliográficas. plantas hidro-sanitárias do em questão. Análise da licença de dados de HA e rastreamento das - Análise e comparação de dados e monitoramento e planta de redes, realizado com o auxílio respostas, criando-se categorias. tubulações dos hospitais. de equipe do Departamento - Elaboração de tabelas, figuras e fluxogramas. Municipal de Água e Esgoto (DMAE). I

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Fonte: adaptado de Rohloff (2011); La Rosa et al (2010); Silva em (2004). A pesquisa a cerca dos materiais selecionados pôde contribuir para a elaboração de um Quadro IV comparativo como segue abaixo, relacionando o conteúdo bibliográfico abordado neste artigo com os estudos de casos escolhidos para análise.

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Quadro IV – requisitos comparados nos estudos de caso I, II, III Requisitos comparados nos estudos de caso Resolução nº 306 – ANVISA Resolução nº 357 - CONAMA Resolução nº 358- CONAMA Lei das águas - ANA Legislação e órgão fiscalizador Estadual NR 32 Cumprimento das legislações acima Existência de um PGRSS Identificação dos resíduos gerados Classificação dos resíduos gerados Segregação correta dos resíduos Tratamento interno dos resíduos Descarte correto dos resíduos Possui estação de tratamento própria Realização de análises laboratoriais Avaliação das análises quanto aos parâmetros federais Avaliação das análises quanto aos parâmetros estaduais Proposta para implementação correta dos PGRSS para efluente Proposta de Implantação de estação de tratamento para efluente Fonte: Própria autoria.

Estudos de casos I II III sim não não sim não não sim não não não não não sim sim sim não não sim parcial parcial parcial sim sim sim sim sim sim sim sim sim não não aborda parcial parcial não parcial parcial não não parcial não não Sim sim não sim não sim sim sim sim sim não sim sim não não

Pôde-se concluir, portanto, que o único trabalho que aponta uma proposta de solução para os efluentes gerados pelos hospitais, totalmente integrada às normas e leis vigente é o estudo de caso I, que propõe a instalação de uma estação de tratamento interna, para que os hospitais se adequem às resoluções da ANVISA e do CONAMA. O presente trabalho teve como princípio, além de apontar parte da bibliografia que aborda o tema de gestão de efluentes hospitalares, propor alternativas que minimizem o problema. A primeira, e essencial, questão a ser contemplada é a correta segregação de resíduos contaminados com agentes biológicos patogênicos na sua fonte geradora, e a fiscalização adequada à esse tipo de serviço, o que acarretaria num descarte mais correto e na redução do risco à exposição e contaminação por tais materiais. Outro ponto importante consiste na implementação de estações de tratamento de efluentes ou esgoto, internas aos hospitais, que segundo Leme (2010), promoveria a remoção da matéria orgânica, sólidos em suspensão e os organismos patogênicos. Ainda segundo Leme (2010), o tratamento consistiria na eliminação das impurezas incorporadas que resultam em poluição e contaminação e os processos utilizados para tal fim podem ser classificados em físicos, biológicos e químicos, e pode-se apontar diferentes sistemas como: preliminar, primário, lagoas não aeradas, disposição no solo, sistemas anaeróbios, lagos aeradas, filtros biológicos e lodo ativados. Dentro deste processos, a fase mais importante quando se trata de remoção de agente patogênicos, é a desinfecção, que pode ser realizadas de diversas formas: agentes químicos, agentes físicos, meios mecânicos e radiação (CHERNICHARO et al, 2001). Ainda de acordo com Chernicharo (2001), a eficiência da remoção dos poluentes, contaminantes e agentes patológicos pelos diversos sistemas de tratamentos existentes é variável em função do método, do tipo de efluente e sua caracterização e do tipo de sistema de tratamento, conforme exposto na tabela I, que aponta a eficiência de remoção da matéria

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orgânica e patógenos pelos sistemas de tratamento, que poderiam ser utilizados nas ETES de hospitais. Tabela I – Eficiência de remoção de matéria orgânica e patógenos em função do tratamento Sistemas de tratamento Preliminar Primário Lagoas não -aeradas Disposição no solo Sistemas anaeróbios Lagoas aeradas Filtros biológicos Lodo ativado

Efeciência de Remoção (%) Matéria orgânica Patógenos 0a5 0 35 a 40 30 a 40 80 a 90 60 a 99,9 85 a 90 90 a 99 60 a 90 60 a 90 70 a 90 60 a 99 80 a 93 60 a 90 85 a 98 60 a 90

Fonte: Adaptado por Leme (2010). Devido às dimensões do problema abordado no presente artigo, demonstrou-se que é de extrema relevância o aprofundamento dos estudos que tratem de efluentes hospitalares, desde sua caracterização até à escolha dos sistemas de tratamento adequados a cada tipo de estabelecimento de saúde, para que as leis em vigência sejam cumpridas e a população e o meio ambiente fiquem menos susceptíveis à risco biológicos que causem danos e doenças. CONCLUSÃO Com base nos estudos efetuados, concluiu-se que as normas existentes que regulamentam as classificações e as disposições de resíduos de serviço de saúde, sejam eles sólidos ou líquidos, possuem pontos em comum e pontos divergentes, o que dificulta o processo de aplicação dos planos de gerenciamento de resíduos de serviços de saúde. Outro ponto negativo dos documentos regulamentadores é que além dos mesmos disporem sobre o assunto tratado, eles incluem e citam outras legislações, dificultando assim o entendimento por parte dos trabalhadores de área de saúde, que necessitam por hora ou outra, buscar informações em documentos, leis, normas e resoluções adicionais ao próprio manual de gerenciamento de RSS, tornando o o às informações corretas, mais complicado e extensivo. Os trabalhadores de hospitais e estabelecimentos de saúde também ficam susceptíveis e expostos a riscos de contaminação, com possíveis acidentes ocupacionais, o que torna de extrema importância, o treinamento desses trabalhadores, onde seriam adas informações sobre biossegurança, prevenção de risco de contaminações, e importância do uso dos equipamentos adequados, visto que uma equipe mais especializada e informada sobre o assunto, assegura a minimização de acidentes e torna o processo de gerenciamento de resíduos mais eficiente, econômico e sustentável. É importante frisar também, que devido ao despreparo das equipes de trabalhadores e da falta de fiscalização do cumprimento das normas legais, o presente estudo se deparou constantemente com a dificuldade que os estabelecimentos de saúde possuem em segregar resíduos de classe A, contaminados com possíveis agentes patológicos, dos de classe D, sendo desse modo, comum a prática de descarte de resíduos contaminados com agentes biológicos com poder infeccioso direto na rede de esgoto, como se fossem tal tipo de resíduo, sem prévia desinfecção em estações de tratamento dos próprios estabelecimentos como prevê as leis abordadas. Constatou-se, portanto, que a implantação dos processos de segregação dos diferentes tipos de resíduos em sua fonte geradora, certamente minimizaria a produção de efluentes que requerem um tratamento prévio à disposição final, e que considerassem o conceito de cadeia 1140

de transmissibilidade de doenças e organismos que modifiquem a qualidade das águas dos corpos receptores. Além disso, a implantação de estações de tratamento em estabelecimentos que gerem tais tipos de efluentes cessaria ou minimizaria a capacidade de sobrevivência, virulência, concentração e resistência, da porta de entrada do agente até seu lançamento nas redes de esgoto, diminuindo os riscos de poluição, contaminação e degradação, contribuindo para a sustentabilidade que visa preservar o meio ambiente, os recursos naturais e a saúde da população. 6- REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BRASIL, Lei das Águas da ANA (Art. 9º, Lei nº 9.433, de 1997). http://www2.ana.gov.br/Paginas/servicos/planejamento/PlanejamentoRHen. aspx BRASIL, ABNT – Associação Brasileira De Normas Técnicas, NBR 10004- Residuos Solidos – Classificação, Segunda Edição, 31 De Maio De 2004 BRASIL. Ministério da Saúde. Agência Nacional de Vigilância Sanitária. Manual de gerenciamento de resíduos de serviços de saúde / Ministério da Saúde, Agência Nacional de Vigilância Sanitária. 182 p. – (Série A. Normas e Manuais Técnicos) ISBN 85-334-117661. Gerenciamento de resíduos. 2. Serviços de saúde. I. Título. II. Série. NLM WA 790– Brasília: Ministério da Saúde, 2006. CHERNICHARO, C. A. L.; DANIEL, L. A.; SENS, M.; CORAUCCI FILHO, B. Pós tratamento de efluentes anaeróbios por sistemas de desinfecção. In: CHERNICHARO, C. A. L. Pós-tratamento de efluentes de reatores anaeróbios. Belo Horizonte, 2001. pp. 377-453. COELHO H.; Manual de gerenciamento de resíduos sólidos de serviços de saúde. Ed. FIOCRUZ, 2000, 86 p. EVALDT, F. R. S.. Caracterização Físico-Quimíca de Efluentes de Quatro Hospitais da Cidade de Porto Alegre. Trabalho de conclusão do curso de mestrado profissionalizante em engenharia como requisito parcial à obtenção do título de mestre em Engenharia – modalidade profissionalizante – Ênfase em Engenharia Ambiental e Tecnologias limpas. Porto Alegre (RS), 2005. http://www.lume.ufrgs.br/bitstream/handle/10183/4858/000505687.pdf>sequence=1 ado em 12/06/2013 às 13:45h GARCIA, L. P.; ZANETTI-RAMOS, B. G.. Gerenciamento dos resíduos de serviços de saúde: uma questão de biossegurança. Cad. Saúde Pública, v.20, n.3, 2004. p. 744-752. Disponível em: . o em: 13/06/2013. GIORDANO, G. Tratamento e Controle de Efluentes Industriais.. , D.Srof. Adjunto do Departamento de Engenharia Sanitária e do Meio Ambiente – UERJ, 2004 GUNTHER, W. M. R.. Resíduos sólidos no contexto da saúde ambiental; Texto de sistematização critica apresentado ao Departamento de Saúde Ambiental da Faculdade de Saúde Pública da Universidade de São Paulo para obtenção de título de professor livre docente Especialidade: avaliação, prevenção e controle da poluição por resíduos sólidos; São Paulo, 2008 LEME, E. J. A. Manual prático de tratamento de águas residuárias / Edson José de Arruda Leme. São Carlos: EdUFSCAR, 2010. P. 595. ISBN – 978-85-7600-103-4 LOPES, C. E. K... Análise do gerenciamento de resíduos de serviços de saúde em um hospital de médio porte do médio vale do Itajaí em Blumenau, S. C. Universidade Regional de Blumenau, Centro de Ciências Tecnológicas.Mestrado em Engenharia Ambiental, S. C., 2010. http://www.bc.furb.br/docs/DS/2010/347624_1_1.pdf 12 MARQUES, P.P; Programa de qualidade da água. A água em Revista, Belo Horizonte, v1. P.35, 1993 1141

MILLER, G. Tyler, 1931 -. Ciência Ambiental / G. Tyler ; tradução All Task ; revisão técnica Wellington Braz Carvalho Deliti. – São Paulo: Cengage Learning, 2011. 4ª reimpressão da 1ª edição de 2007. Título Original: Environmental Science “Tradução da 11ª edição norte-americana” capitulo 1, pag 1 e capitulo 17, pag. 446; 501 paginas ISNB 978-85221-0549-6 NUNES,T. S.P., GUTEMBERG, A. C. B., et al. Gerenciamento de resíduos de serviços de saúde: uma revisão de literatura … Revista de Pesquisa: Cuidado É Fundamental online 2012. jan/mar. (Ed. Supl.): pag. 57-60 resumo do I PENSAT ISSN 2175-5361Recebido em: 01/10/2011; Aprovado em: 20/11/2011 OPAS_ Organização Pan-Americana da Saúde Representação no Brasil Centro PanAmericano de Engenharia Sanitária e Ciências do Ambiente. Guia para o manejo interno de resíduos sólidos em estabeecimentos de saúde / Tradução de Carol Castillo Argüello. – Brasília, DF : Organização Pan-Americana da Saúde, 1997.60p.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente - Niterói – RJ – Brasil 21 a 25 de Outubro de 2013

CONTRIBUIÇÃO DA ENERGIA EÓLICA PARA A MATRIZ ENERGÉTICA BRASILEIRA E SEUS IMPACTOS AMBIENTAIS RHÉGIA BRANDÃO DA SILVA1, CASSIANO AUGUSTO ROLIM BERNARDINO2, THÁBATA TEIXEIRA BRITO³, LUIZ CARLOS CORRÊA FILHO4 1

Mestranda em Engenharia de Biossistemas, UFF, (21) 87464788, [email protected] Mestrando, UFRJ, (21) 87540599, [email protected] ³ Mestranda em Engenharia de Biossistemas, UFF, (21) 88246829, [email protected] 4 Mestrando em Engenharia de Biossistemas, UFF, (24) 81466773, [email protected] 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: O Brasil começou a priorizar a utilização de energias renováveis através do Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia Elétrica (PROINFA) que incentiva a criação de parques eólicos devido às boas condições de persistência do vento principalmente nas regiões Sul e Nordeste. Diante desse contexto, o objetivo desse trabalho foi demonstrar o potencial eólico brasileiro, assim como, seus impactos ambientais agregados, baseado em dados da literatura. Apesar do investimento elevado necessário na implantação dessa fonte de energia, a expectativa é que nos próximos anos haja 358 empreendimentos em operação, gerando aproximadamente 9.200 MW, onde atualmente são 79 gerando 1.638 MW para as cidades Brasileiras. A previsão é que a participação da fonte de energia eólica na matriz energética brasileira continue crescendo, a uma taxa de crescimento média superior a 20%. É importante ressaltar que os impactos ambientais como o impacto visual, poluição sonora, acidentes com pássaros, interferência em transmissões de rádio e televisão são irrelevantes, se houver um estudo da área e utilização tecnológica adequada para a implantação dos parques eólicos. PALAVRAS–CHAVE: energia eólica, impactos ambientais.

CONTRIBUTION OF WIND ENERGY FOR BRAZILIAN ENERGY MATRIX AND ITS ENVIRONMENTAL IMPACTS ABSTRACT: Brazil began to prioritize the use of renewable energy through the Incentive Program for Alternative Sources of Electric Energy (PROINFA) that encourages the creation of wind farms due to good wind conditions persist mainly in the South and Northeast. In this context, the aim of this study was to demonstrate the potential Brazilian wind, as well as their environmental impacts aggregates, based on literature data. Despite the high investment needed in the implementation of this energy source, it is expected that in coming years there are 358 projects in operation, generating approximately 9,200 MW, which are currently generating 79 MW to 1,638 Brazilian cities. The prediction is that the share of wind power in the Brazilian energy continues to grow, an average growth rate above 20%. Importantly, the environmental impacts such as visual impact, noise pollution, accidents with birds, interference with radio and television are irrelevant if there is a study area and use appropriate technology for the deployment of wind farms. KEYWORDS: wind energy, environmental impacts.

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INTRODUÇÃO A energia é determinante para o desenvolvimento econômico e social ao fornecer apoio mecânico, térmico e elétrico para atividades humanas. Durante muito tempo, os recursos fósseis e hídricos foram os grandes propulsores da civilização e da economia. O Brasil também se apoiou nessas fontes energéticas para o desenvolvimento de atividades industriais, agrícolas, de serviços e da própria sociedade. Entretanto, vive-se hoje uma crise no abastecimento energético, em função da problemática geopolítica, econômica e ambiental em torno da extração e comercialização desses recursos, uma vez que possuem ainda, caráter não renovável (finito na natureza). A abertura econômica do setor energético propiciou um enfraquecimento no monopólio energético de determinadas fontes de energias, como petróleo, o que favoreceu o surgimento de sistemas alternativos de geração de energias renováveis (BRITO, 2010). Segundo Hinrichs et al. (2010), as opções de energia renovável por muitos anos têm sido apontadas como capazes de fornecer uma contribuição significativa ao nosso suprimento de energia. O interesse público maior é pela energia solar, eólica e hidrelétrica. As fontes renováveis de energia fornecem aproximadamente 8% da energia mundial. Em várias partes do mundo essas porcentagens estão aumentando de maneira significativa. A energia eólica é o recurso energético cuja utilização aumenta mais rapidamente no mundo. Cresce em torno de 30% ao ano. Em seguida vem à energia fotovoltaica, com 24% de crescimento por ano no mundo e a hidrelétrica fornece 17% da energia consumida no planeta atualmente. As fontes de renováveis devem aumentar sua participação para 30% a 40% do total em 2050, pressupondo os esforços globais em políticas publicas voltada para as questões ambientais, especialmente relacionadas com a mudança do clima. Diante desse contexto, o principal objetivo desse trabalho é mostrar como a energia eólica pode contribuir para o desenvolvimento sustentável, produzindo mais energia sem destruir os recursos naturais e assim preservando o meio ambiente. MATERIAL E MÉTODOS Este estudo foi construído através do levantamento de dados encontrados na literatura já existente. Foram realizadas pesquisas bibliográficas por meio de livros dispostos no acervo da biblioteca do Centro de Tecnologia da UFRJ, nas bases de dados da Scielo, onde foram consultados artigos originais e de revisão sobre o tema “energia eólica no Brasil”, revistas e internet. RESULTADOS E DISCUSSÃO São apresentados os resultados encontrados na revisão de literatura feita para o trabalho, ressaltando o potencial eólico do Brasil assim como os possíveis impactos ambientais e interferências agregadas à utilização desta fonte de energia. POTENCIAL DA ENERGIA EÓLICA NO BRASIL Como a aplicação da energia eólica é mais recente, as primeiras leis de incentivo às energias renováveis foram criadas na segunda metade de 1990. Entre as leis, resoluções e decretos instituídos pelos órgãos do setor elétrico, pode-se destacar a Resolução nº 24, de julho de 2001, que cria o Programa Emergencial de Energia Eólica com os objetivos de viabilizar a implantação de 1050 MW, até dezembro de 2003, de geração de energia elétrica a partir de fonte eólica, integrada ao sistema elétrico interligado; promover o aproveitamento da 1144

fonte eólica de energia, como alternativa de desenvolvimento energético, econômico, social e ambiental; promover a complementaridade sazonal com fluxos hidrológicos nos reservatórios do sistema interligado nacional (REIS et al., 2012). No ano seguinte, foi instituído o PROINFA pela Lei nº 10.438, de 26 de abril de 2002 e revisado pela Lei nº 10.762, de 11 de novembro de 2003, tendo como objetivo a diversificação da matriz energética brasileira e a busca por soluções de cunho regional com a utilização de fontes renováveis de energia, mediante o aproveitamento econômico dos insumos disponíveis e das tecnologias aplicáveis, a partir do aumento da participação da energia elétrica produzida com base naquelas fontes, no Sistema Elétrico Interligado Nacional – SIN (ELETROBRAS, 2012). Os objetivos do PROINFA de incentivo ao uso de energia renovável acabam coincidindo com os objetivos do Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL), estabelecido pelo protocolo de Quioto, que tem como finalidade a redução de emissões de Gases de Efeito Estufa (GEE) e promoção do desenvolvimento sustentável e, portanto, pode ser analisada à luz do mecanismo como um programa potencialmente elegível a obtenção de créditos de carbono (ROCHA, 2009). Diante do incentivo do PROINFA, o Brasil está crescendo na energia renovável, principalmente com a energia eólica. Segundo dados da ANEEL a capacidade instalada no Brasil é de 1.638 MW, com turbinas eólicas de médio e grande porte conectadas à rede elétrica distribuídos em 79 empreendimentos. Destaca-se o parque eólico de Osório-RS produzindo 150 MW como descrito na Tabela 1. Tabela 1 - Principais parques eólicos no Brasil. Capacidade instalada Nome (MW) Parque Eólico de Osório 150 Usina de Energia Eólica de 104 Praia Formosa Parque Eólico Alegria 51 Parque Eólico de Rio do 49 Fogo Parque Eólico Eco Energy 25 Parque Eólico de Paracuru 23 Fonte: ANEEL (2012)

Estado Rio Grande do Sul Ceará Rio Grande do Norte Rio Grande do Norte Ceará Ceará

Está previsto uma adição de 7.556 MW na capacidade de geração do país (TABELA 2). Com isso, vários estados brasileiros iniciaram programas de levantamento de ventos. Considerando o grande potencial eólico do Brasil é possível produzir eletricidade a custos competitivos em relação as centrais termoelétricas, nucleares e hidroelétricas (ROCHA et al., 2009). Tabela 2 - Aumento na capacidade Brasileira na geração de energia eólica. Número de Situação Potência Associada (kW) empreendimentos 79 Operação 1.638.232 60 Construção 1.475.504 219 Outorga 6.080.607 Fonte: ANEEL (2012) 1145

O ideal para geração de energia eólica são velocidades médias anuais acima de 6 m.s-1 com uma altura de 50 m, que é devido ao tamanho dos aerogeradores Segundo a Agência Nacional de Energia Elétrica (2003), as regiões mais propícia para geração de energia eólica são a região Nordeste e Sul do país (FIGURA 1).

Figura 1 - Distribuição da velocidade média anual de vento do Território Brasileiro (CEPEL, 2001). Segundo dados da Agência Nacional de Energia Elétrica (2012) a contribuição da energia eólica na matriz energética Brasileira é muito pequena em torno de 1,29% em comparado com outras fontes de energia. Nos próximos anos essa percentagem deverá aumentar devido ao grande incentivo do governo e o potencial da energia eólica no Brasil (FIGURA 2).

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Figura 2 - Matriz energética Brasileira (ANEEL, 2012). Segundo o Brazil Energy (2012), a capacidade no Brasil até 2020 será de 11.532 MW. Essa estimativa está relacionada com o fato que Brasil possui aproximadamente 65% da capacidade elétrica instalada proveniente de fontes hídricas. Tendo em vista que os ventos possuem picos de frequência e intensidade em períodos de baixa estiagem, existe um complemento entre a geração hídrico-eólica bastante alta. IMPACTOS AMBIENTAIS DA ENERGIA EÓLICA Segundo o Intergovernmental on Climate Change (2007) a concentração de dióxido de carbono, de gás metano e de óxido nitroso na atmosfera global tem aumentado consideravelmente como resultado de atividades humanas desde 1750, e agora já ultraou em muito os valores da pré-industrialização determinados através de núcleos de gelo que estendem por centenas de anos. O aumento global da concentração de dióxido de carbono ocorre principalmente devido ao uso de combustível fóssil e a mudança no uso do solo, enquanto o aumento da concentração de gás metano e de óxido nitroso é devido principalmente à agricultura. Na tentativa de diminuição dos gases de efeito estufa (GEE), foi elaborado o protocolo de Quioto, assinado em 1998. O Brasil por ser considerado um país emergente, não possui metas para redução de gases provenientes do GEE. O governo brasileiro comprometeu-se com o Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL), e começou a incentivar de forma intensiva as energias renováveis para atingir um desenvolvimento sustentável. Apesar da maior parte da geração de energia do país ser abastecidas por hidrelétricas, novas formas tiveram que ser encontradas para aumentar o crescimento econômico e uma das fontes encontradas foi a energia eólica (ROCHA, 2009). O mais importante beneficio que a energia eólica oferece ao meio ambiente está no fato de que ela não polui durante sua operação. Apesar de a energia eólica ser de grande potencial no Brasil, na ordem de 60.000 MW para geração de energia elétrica e não influenciando no efeito estufa. Existem algumas desvantagens como o impacto visual, poluição sonora, acidentes com pássaros, interferência em transmissões de rádio e televisão (ROCHA et al., 2009; SAIDUR et al., 201l). A seguir serão explicados os impactos da energia eólica no meio ambiente. 1147

RUÍDOS PROVENIENTES DAS TURBINAS EÓLICAS Na década de 80 e 90, as questões relacionadas ao ruído gerado foram uma barreira a disseminação desse recurso. Entretanto, com o desenvolvimento tecnológico, houve uma diminuição significativa dos níveis de ruído produzidos pelas turbinas eólicas, que está relacionada a fatores como a aleatoriedade do seu funcionamento e a variação da frequência do ruído, uma vez que este é diretamente proporcional à velocidade de vento incidente (TOLMASQUIM, 2004). O ruído proveniente das turbinas eólicas tem duas origens: mecânica e aerodinâmica. O ruído mecânico tem sua principal origem da caixa de engrenagens, que multiplica a rotação das pás para o gerador, também pode ser ocasionada pela própria torre, através dos contatos desta com a nacele. Com o avanço dos estudos a respeito do ruído mecânico gerado pelas turbinas eólicas, é possível a construção das mesmas com níveis de ruído bem menores, melhorando a tecnologia. Uma outra tecnologia utilizada em turbinas eólicas está no uso de um gerador elétrico multipolo conectado diretamente ao eixo das pás (TERCIOTE, 2002). Segundo Ferreira (2008), o ruído aerodinâmico é influenciado diretamente pela velocidade do vento incidente sobre a turbina eólica. Ainda existem vários aspectos a serem pesquisados e estudados tanto na forma das pás quanto na própria torre, para sua redução. Pesquisas em novos modelos de pás, procurando um máximo aproveitamento aerodinâmico com a redução de ruído, são realizadas, muitas vezes de modo semi-empírico, proporcionando o surgimento de diversos modelos e novas concepções em formatos aerodinâmicos de pás. IMPACTOS VISUAIS Segundo Salino (2011), dependendo da localização e principalmente da percepção da comunidade local os parques eólicos podem ter impactos visuais e cênicos. Estes impactos normalmente estão associados as turbinas instaladas (ex.: tamanho, altura, cor e quantidade), estradas de o, subestações e linhas de transmissão, ou seja, são referentes às suas interações com as suas características da paisagem ao redor, porém eles são de natureza subjetiva e podem mudar dependendo do tempo e região que são analisados. Uma turbina eólica típica usada para grande geração de eletricidade conectada à rede tem potência em torno de 1,5 MW. Esta é montada em uma torre de 60 a 80 m, tendo um rotor de três pás com um diâmetro de 60 a 70 m. Embora a ampliação da capacidade instalada por turbina seja uma tendência, é factível que esta configuração permaneça como sendo a mais popular em áreas de elevada densidade populacional pelas razões seguintes: turbinas de três pás giram mais lentamente que as turbinas de duas pás, dessa forma o efeito visual e sonoro são reduzidas; turbinas de três pás parecem girar de forma mais harmônica, sendo consideradas então mais agradáveis à visão; a opinião pública é mais tolerante a uma padronização das turbinas (SILVA, 2006). Segundo Ferreira (2008), os efeitos dos impactos visuais têm sido minimizados, principalmente, com a conscientização da população local sobre a geração eólica. Através de audiências públicas e seminários, a-se a conhecer melhor toda a tecnologia e, uma vez conhecendo-se os efeitos positivos da energia eólica, os índices de aceitação melhoram consideravelmente.

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IMPACTOS NA AVIFAUNA Os aproveitamentos eólio-elétricos revelam-se de pouco impacto sobre a flora e fauna sitiadas nas áreas de influência de seus empreendimentos. No entanto, registram-se mortes de algumas espécies de pássaros por colisão com a torre ou pás do rotor. Dentre todos os temas referentes a possíveis danos ambientais motivados pelo aproveitamento elétrico da energia dos ventos, a morte de pássaros por colisão tem sido ao longo da história da indústria elétrica, o alvo principal de intensos debates entre os defensores dessa tecnologia e ambientalistas (SILVA, 2006). Na literatura, registram-se mortes de algumas espécies de pássaros por colisão com a torre ou pás do rotor. O pior caso de colisão de pássaros em turbinas eólicas aconteceu nas proximidades de Tarifa, na Espanha. No final de 1993, 269 turbinas eólicas foram instaladas de um total projetado de 2.000 turbinas. Localizado nas principais rotas de migração de pássaros da Europa Ocidental. Muitos pássaros de inúmeras espécies ameaçadas de extinção morreram em colisões com as turbinas (WORLD ENERGY COUNCIL, 1993). Um estudo realizado por Sovernigo (2009), relatou todas as informações referentes às usinas eólicas em operação no Brasil, verificando os impactos sobre a avifauna e quiropterofauna. Tabela 3 - Impactos sobre a avifauna e morcegos no Brasil. Usina Potência Município – (MW) Estado Praia Formosa Eólica Icaraizinho Parque Eólico de Osório Parque Eólico dos Índios Parque Eólico Sangradouro RN 15 – Rio do Fogo Eólica Praias de Parajuru Parque Eólico de Beberibe Foz do Rio Choró Eólica Paracuru Pedra do Sal Taíba-Albatroz

104,4 54,6 50 50 50 49,3 28,804 25,6 25,2 23,4 18 16,6

Eólica Canoa Quebrada Millennium Eólica de Prainha Eólica Água Doce Eólica de Taíba

10,5 10,2 10 9 5

Usina

Potência (MW)

Parque Eólico do Horizonte

4,8

Impacto em Aves

Camocim – CE Incerto Amontada – CE Incerto Osório – RS Negativo Osório – RS Negativo Osório – RS Negativo Rio do Fogo – RN Neutro Beberibe – CE Incerto Beberibe – CE Neutro Beberibe – CE Incerto Beberibe – CE Incerto Parnaíba – PI Neutro São Gonçalo do Incerto Amarante – CE Aracati – CE Incerto Mataraca – PB Incerto Aquiraz – CE Neutro Água Doce – SC Neutro São Gonçalo do Neutro Amarante - CE Município – Estado Impacto em Aves Água Doce – SC

Neutro

Impacto em Chiroptera Incerto Incerto Negativo Negativo Negativo Neutro Incerto Neutro Incerto Incerto Neutro Incerto Incerto Incerto Neutro Neutro Neutro Impacto em Chiroptera Neutro 1149

Albatroz Atlântica Camurim Caravela Coelhos I Coelhos II Coelhos III Coelhos IV Mataraca Presidente Lagoa do Mato Eólio – Elétrica de Palmas Mucuripe Macau Eólica-Elétrica Experimental do Morro do Camelinho Eólica de Bom Jardim

4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 3,23 2,5 2,4 1,8 1

Mataraca – PB Mataraca – PB Mataraca – PB Mataraca – PB Mataraca – PB Mataraca – PB Mataraca – PB Mataraca – PB Mataraca – PB Mataraca – PB Aracati – CE Palmas – CE Fortaleza – CE Macau – RN Gouveia – MG

Incerto Incerto Incerto Incerto Incerto Incerto Incerto Incerto Incerto Incerto Incerto Neutro Neutro Neutro Neutro

Incerto Incerto Incerto Incerto Incerto Incerto Incerto Incerto Incerto Incerto Incerto Neutro Neutro Neutro Neutro

0,6

Neutro

Neutro

Eólica de Fernando de Noronha

0,225

Bom Jardim da Serra - SC Fernando de Noronha - PE Olinda – PE

Neutro

Neutro

Neutro

Neutro

Eólica Olinda Fonte: Sovernigo (2009).

0,225

Em suma, apesar de serem poucos, os aerogeradores do arquipélago de Fernando de Noronha apresentam impacto significativo sobre as aves marinhas presentes, em razão da importância da área para a avifauna. Já as turbinas continentais em Pernambuco, Minas Gerais, Ceará, Santa Catarina, Paraná e Rio Grande do Norte, muitas delas experimentais, por serem de porte não tão elevado, em pequeno número e em regiões onde não há altas concentrações de aves, morcegos e corredores migratórios, aparentemente não causam impacto negativo nesses. Em relação ao Rio Grande do Sul, o parque eólico de Osório, em razão de sua localização e porte tem causado morte principalmente em morcegos insetívoros durante os meses quentes e em menor escala em aves residentes colididas nas linhas de transmissão do parque. Por fim, os grandes parques eólicos em operação principalmente no Ceará, Rio Grande do Norte e Paraíba, apesar de reportarem que não há impacto sobre a fauna alada, devem ter seus dados contestados, visto que muitas dessas usinas têm potencial para causar impactos relevantes e estão sofrendo denúncias e investigações de licenciamento irregular, além do que o monitoramento da avifauna e quiropterofauna não foi finalizado em muitas dessas, que recém entraram em operação. Para evitar colisões com aves a tendência é a instalação de turbinas maiores cujas pás girem mais vagarosamente. Esse fator, combinado com o cuidado de alocar as turbinas fora das rotas migratórias dos pássaros, reduziu substancialmente a taxa de mortalidade das aves. O uso de torres tubulares em vez das convencionais de aço elimina os poleiros que atraem os pássaros (HINRICHS et al., 2010).

1150

INTERFERÊNCIA ELETROMAGNÉTICA Com relação à interferência eletromagnética, esta acontece quando a turbina eólica é instalada entre os receptores e transmissores de ondas de rádio, televisão ou micro-ondas (REIS et al., 2012). A interferência pode ser produzida por três elementos de uma turbina de vento: a torre, lâminas rotativas e do gerador. A torre e lâminas podem obstruir refletir ou refratar as ondas eletromagnéticas. No entanto, as lâminas modernas são tipicamente feitas de materiais sintéticos, que têm um impacto mínimo sobre a transmissão de radiação electromagnética. O circuito elétrico geralmente não é um problema na interferência eletromagnética, pois pode ser eliminado com um isolamento adequado e uma boa manutenção do nacele (EWEA, 2009). Recomenda-se um estudo mais detalhado quando o parque situa-se próximos de aeroportos ou sistemas de retransmissão (CUSTÓDIO, 2009). CONCLUSÕES A energia eólica é de fundamental importância para o Brasil, devido a uma grande disponibilidade de vento no Sul e no Nordeste, prejudicando minimamente o meio ambiente e assim contribuindo com o protocolo de Quioto para a diminuição do aquecimento global. Apesar de que esse tipo de energia ainda seja um investimento elevado e contribuindo com 1,29% na geração de energia elétrica foi observado que essa energia renovável tem impactos ambientais irrelevantes e tem um grande potencial na matriz energética Brasileira. O PROINFA tem facilitado o crescimento da energia eólica no país e a expectativa é que nos próximos anos haja 358 empreendimentos em operação, gerando aproximadamente 9.200 MW para as cidades Brasileiras. A previsão é que a participação da fonte de energia eólica na matriz energética brasileira continue crescendo, a uma taxa de crescimento média de potência instalada superiores a 20%. A energia eólica é uma das fontes alternativas de geração de eletricidade com perspectivas de gerar quantidades substanciais de energia sem os impactos ambientais provocados por grande parte das fontes convencionais. Sua escala de desenvolvimento dependerá mais dos cuidados que se deve tomar ao escolher a turbina ideal e o local mais apropriado para sua implantação. REFERÊNCIAS ANEEL, Agência Nacional de Energia Elétrica. Capacidade de geração do Brasil. www.aneel.gov.br. ado em: Julho de 2012. ANEEL, Agência Nacional de Energia Elétrica. Energia eólica. 2003. www.aneel.gov.br. ado em: Julho de 2012. ANEEL, Agência Nacional de Energia Elétrica. Matriz da energia elétrica. www.aneel.gov.br. ado em: Julho de 2012. BRAZIL ENERGY S. A. Brazil Wind: Perfil do setor. Disponível em http://brazilenergy.com.br/. ado em: Julho de 2012. BRITO, F. A. Energias renováveis: fontes alternativas de energia, Bahia, 2010. CEPEL, Centro de Pesquisas de Energia Elétrica. Atlas do Potencial Eólico Brasileiro, ed Cepel, Rio de Janeiro, 2001.

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CUSTÓDIO, R. S. Energia eólica para a produção de energia elétrica. Eletrobrás, Rio de Janeiro, 2009. EWEA, European Wind Energy Association. Wind energy the facts: environmental issues. http://www.wind-energy-the-facts.org. ado em: Agosto de 2012. ELETROBRAS, Centrais Elétricas Brasileiras S.A. Projeto PROINFA. www.eletrobras.gov.br. ado em: Julho de 2012. FERREIRA, H. T. Energia eólica: barreiras a sua participação no setor elétrico Brasileiro. [Dissertação] USP, 2008. HINRICHS, R. A.; KLEINBACH, M.; REIS, L. B. Energia e meio ambiente, São Paulo: 4ª Ed, Thomson, 2010. IPCC, Intergovernmental on Climate Change. Fourth Assessment Report. Climate Change: The Scientific Basis. 2007. REIS, L. B.; FADIGAS, E. A. F. A.; CARVALHO, C. E. Energia, recursos naturais e a prática do desenvolvimento sustentável, Barueri, SP: 2ª Ed, Manole Ltda, 2012. ROCHA, J. C.; ROSA, A. H.; CARDOSO, A. A. Introdução à química ambiental, Porto Alegre: 2ª Ed, Bookman, 2009. ROCHA, M. J. B.; Do mecanismo de desenvolvimento limpo ao programa de atividades: uma análise do uso do biodiesel e da energia eólica no brasil. [Dissertação] COPPE/UFRJ, 2009. SAIDUR, R.; RAHIM, N. A.; ISLAM, M. R.; SOLANGI, K. H. Environmental impact of wind energy. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 15, 2423–2430, 2011. SALINO, M. P. J. Energia eólica no Brasil: uma comparação do PROINFA e dos novos leilões. [Monografia] COPPE/UFRJ, 2011. SILVA, N. P. Fontes de energia renováveis complementares na expansão do setor elétrico brasileiro: o caso da energia eólica. [Tese] COPPE/UFRJ, 2006. SOVERNIGO, M. H. Impacto dos aerogeradores sobre a avifauna e quiropterofauna no Brasil. [Monografia] UFSC, 2009. TERCIOTE, R. A energia eólica e o meio ambiente. In: encontro de energia no meio rural, 4., Campinas, 2002. TOLMASQUIM, M. T. Alternativas energéticas sustentáveis no Brasil, Rio de Janeiro: Dumará, 2004. WORLD ENERGY COUNCIL. New renewable energy resources: opportunities and constraints 1990-2020. London, Kogan Page. 1993.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente - Niterói – RJ – Brasil 21 a 25 de Outubro de 2013

A HISTÓRIA DA MATEMÁTICA COMO ELEMENTO INCENTIVADOR NO PROCESSO ENSINO-APRENDIZAGEM LAILA LOURDES NASCIMENTO, JADE ALBUQUERQUE BATISTA PEREIRA, LORENA SCARAMUSSA MOULIN, NATHALIA BARBOSA DE AZEVEDO, VALDECI DA COSTA NASCIMENTO 1

Engenharia Agrícola e Ambiental, UFF, 9793 7375, [email protected] Engenharia Agrícola Ambiental, UFF, 8730 4344, [email protected] 3 Engenharia Agrícola e Ambiental, UFF, 9991 7791, [email protected] 4 Engenharia Agrícola e Ambiental, UFF, 7206 6743, [email protected] 5 Sistema de Computação, UFF, 9796 2296, [email protected] 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Neste estudo, os esforços são concentrados em mostrar as possibilidades da utilização da História da Matemática no cotidiano escolar, como elemento incentivador e auxiliar no processo ensino-aprendizagem da disciplina. A História da Matemática é apontada por muitos autores como um recurso que pode ampliar a visão do conhecimento matemático, além de servir também como forma de obter uma melhor compreensão de aspectos que, isoladamente, sob o ponto de vista do aluno, necessitam de sentido. Muitos consideram que a História da Matemática, como recurso pedagógico, fornece um manancial inesgotável de incentivo para as aulas da disciplina, contribuindo inclusive, para que os professores compreendam melhor determinados erros e dificuldades apresentadas pelos alunos. Seus textos fazem referencia a como a utilização de exemplos históricos ou à evolução de conceitos matemáticos incentiva o aluno e os auxilia a alcançar os objetivos esperados dentro do currículo de matemática, além de mostrar aos mesmos a contribuição da Matemática para a resolução de problemas através dos tempos. Também foi feita uma comparação entre as vantagens e desvantagens da utilização ou não da História da Matemática no cotidiano escolar. Foi realizada uma pesquisa junto aos professores de Matemática do município do Rio de Janeiro com o objetivo de investigar como eles veem essa possibilidade de utilização da História da Matemática. Concluiu-se que uma grande parte dos professores respondentes busca na História da Matemática elementos para incentivar seus alunos. PALAVRAS–CHAVE: Matemática; História da Matemática; Incentivo. THE HISTORY OF MATHEMATICS AS ENCOURAGING ELEMENT IN THE TEACHINGLEARNING ABSTRACT: In this study, efforts are concentrated on showing the possibilities of using history of mathematics in everyday school as an incentive and to assist in the teaching-learning of the discipline. The history of mathematics is pointed to by many authors as a feature that can extend the vision of mathematical knowledge, and also serve as a way to gain a better understanding of aspects that separately, from the point of view of the student, need direction. Many believe that the history of mathematics, as a pedagogical resource, provides a source of endless encouragement for lessons of discipline, including contributing to teachers to understand better certain errors and difficulties presented by the students. His texts make reference to the use of historical examples or evolution of mathematical concepts encourages students and helps them achieve the expected objectives within the mathematics curriculum and to demonstrate to them the contribution of mathematics to solve problems through times. Also a comparison was made between the advantages and disadvantages of using or not the history of mathematics in everyday school life. We conducted a survey of mathematics teachers in the municipality of Rio de Janeiro in order to investigate how they see the possibility of using the history of mathematics. It was concluded that a large proportion of respondents seeking teachers in the history of mathematics elements to encourage their students. KEYWORDS: Mathematics, History of Mathematics, Incentive.

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INTRODUÇAO Uma das principais tarefas dos professores atualmente é preparar os alunos para se tornarem cidadãos, membros ativos de uma sociedade que está em constante evolução. Consideramos que a Matemática contribui para essa formação, por ser uma ciência que encontra aplicação em diversos campos do conhecimento e, também, em outros que aparentemente não apresentam qualquer relação com ela. Por isso, ressaltamos seu caráter integrador, interdisciplinar e sua constante renovação. Para a contribuição de a Matemática ser entendida de fato como positiva, consideramos que o processo ensino-aprendizado deve ser significativo, oferecendo ao aluno a oportunidade de construção do seu conhecimento e aplicação no mundo que o cerca. Assim, a contextualização histórica do conteúdo matemático é uma maneira de oferecer um significado aos conteúdos matemáticos estudados e levar o aluno a conhecer as origens desse conhecimento. Através da contextualização histórica dos conteúdos ensinados, os alunos podem ter condição de sair da posição de espectador ivo, para ser integrante de um tipo de aprendizagem significativa e dinâmica. O ensino fora de contexto, seja ele histórico ou do cotidiano, costuma se mostrar ineficaz para a formação do aluno. Nele, os educandos são levados a memorizar e reproduzir fórmulas e métodos de resolução de problemas sem desenvolver competências de fato relevantes para aplicá-la à Matemática em sua vida cotidiana. Souza ET AL (2009) esclarece que os alunos precisam ter o incentivo incluído nele, ao o que o professor precisa incluir o incentivo no aluno. Assim, a utilização da História da Matemática pode incentivar o aluno no aprofundamento de seus estudos, de modo que possa ampliar sua visão sobre as resoluções dos problemas. A História da Matemática não só pode incentivar em termos de ensino da Matemática. Mais que isso, é enriquecedora em aspectos culturais, e fornece tais aspectos à disciplina, pois evidentemente sempre esteve intrinsecamente entrelaçada com a história da civilização. Considera-se que por tais motivos, a disciplina é tida como uma das alavancas principais do progresso humano. Por outro lado, o conhecimento da História da Matemática leva o professor de Matemática a refletir, analisar, criticar e escolher a maneira de como ela vai ser incorporada à sua prática pedagógica. Nos últimos anos, nota-se nos meios acadêmicos um empenho na valorização da História da Matemática, como um recurso didático e incentivador no ensino-aprendizagem da Matemática. As manifestações são diversas e ressaltamos a inclusão de uma disciplina específica sobre esse assunto nos currículos de vários cursos de licenciatura e pós-graduação em Matemática. Baroni ET AL (2004, p. 165) nos diz que em vários países, incluindo o Brasil, já se observa a inclusão da História da Matemática em livros didáticos e em currículos de cursos de formação de matemáticos e professores de Matemática (equivalentes aos nossos cursos de bacharelado e licenciatura) tem sido intensificada e mesmo incentivada. Diante desse quadro, investigar o uso da História da Matemática como fonte de incentivo no ensino-aprendizagem, fornecedora de elementos necessários para a construção do conhecimento matemático contextualizado, torna-se uma tarefa bastante instigadora, sendo a fonte que alimenta esse trabalho. A MATEMÁTICA E A HISTÓRIA DA MATEMÁTICA Com frequência, os professores de Matemática são indagados sobre a aplicação na vida cotidiana dos conteúdos matemáticos ensinados em sala de aula. Questões do tipo: “- Onde aplicamos esse determinado conteúdo em nossa vida prática?”, “- Porque tenho que aprender este conteúdo, se nunca o utilizo ou nunca o utilizarei?“, “- Quem inventou esse assunto e porque ele foi inventado?” são perguntas recorrentes. Uma das origens destes 1154

questionamentos reside no fato da Matemática frequentemente ser tratada como sendo uma área do conhecimento alheia à realidade e ao cotidiano em que os alunos estão inseridos. Lorenzato (2008, p. 53) nos diz que a frequência com que tais questões são apresentadas pelos alunos em sala de aula mostra o clamor deles por um ensino de Matemática mais prático do que aquele que tem recebido. Considerando que o questionamento constitui a base de todo o nosso conhecimento, fazer perguntas é uma habilidade que deve ser permitida, desejada, estimulada e cultivada pelo professor. A presença do “por que” indica que a aprendizagem está ganhando sentido, que o processo de aprendizagem está se efetivando e que, além do aluno que está perguntando, provavelmente seu questionamento influirá outros colegas. Tais perguntas devem significar para o professor a necessidade de revisão ou de modificação da estratégia de ensino O esclarecimento sobre as possíveis motivações do autor/pesquisador de determinado tema, assim como o contexto social a que pertencia, a relação desse contexto com suas pesquisas, para o desenvolvimento de determinado conteúdo, além de onde os resultados obtidos são ou foram utilizados, em que circunstâncias aconteceram suas observações e quais os benefícios que esta teoria trouxe para a Humanidade são informações importantes que devem ser utilizadas para estimular estudantes em sala de aula. D’Ambrosio (1997, p. 29) corrobora esta afirmação quando nos diz que a História da Matemática é um elemento fundamental para se perceber como teorias e práticas matemáticas foram criadas, desenvolvidas e utilizadas num contexto específico de sua época. O conhecimento da História da Matemática pode levar o professor à reflexão, a análise, a crítica e, dessa maneira, a escolha e a organização de uma metodologia de ensino. No momento em que os alunos questionam os seus professores sobre a funcionalidade dos conteúdos, a utilização da abordagem histórica pode contribuir para a compreensão sobre a necessidade e o surgimento deste conteúdo. Acredita-se que uma abordagem histórica poderia levá-los, com frequência, à compreensão da necessidade e do surgimento deste conteúdo. Neste contexto, a História da Matemática assume uma dimensão importante. Isto por que, para que os alunos valorizem a Matemática é preciso entender que o estudo da História da Matemática nos oferece uma oportunidade de conhecer e explorar a existência de diferentes culturas matemáticas. Diante do exposto, a pesquisa pode assim ser delineada: A História da Matemática quando usada em sala de aula pelos professores de Matemática pode servir como elemento incentivador para suas aulas, além de responder e dar significado ao conteúdo ensinado? O uso da História da Matemática no cotidiano escolar pode contribuir no aprendizado mais significativo e eficiente dos alunos? ABORDAGEM DA HISTÓRIA DA MATEMÁTICA EM SALA DE AULA A História da Matemática em sala de aula pode ser vista sob diversas abordagens. Uma dessas é por meio da Etnomatemática. Ela foi criada em meados dos anos 70 quando o Prof. Ubiratan D’Ambrosio sugeriu que os programas educacionais deveriam dar relevância às experiências matemáticas produzidas por diferentes culturas e é, até hoje, uma das áreas mais pesquisadas da área de Educação Matemática. Seu principal objetivo é reconhecer e registrar questões de relevância social que produzem Matemática. Segundo D’Ambrosio (1990), a “Matemática tem raízes profundas em nossos sistemas culturais e como tal, possui muitos valores”. De acordo com o autor, toda etnia possui seu modo de desenvolver a Matemática, isto é, possui seu próprio conhecimento matemático. Ainda para D’Ambrosio (1997, p. 26) a pesquisa da Etnomatemática representa um enfoque que procura entender o saber/fazer matemático ao longo da história da humanidade que se encontra nos diferentes grupos sociais. Para o autor (1997, p. 111) a “Etnomatemática significa que há várias 1155

maneiras, técnicas, habilidades (tica) de explicar, de entender, de lidar e de conviver (matema) com distintos contextos naturais e socioeconômicos da realidade (etno)”. Mendes (2001, p. 69) nos sugere que, caso não seja possível recorrer a estas alternativas, os professores poderão utilizar os exercícios e problemas do livro didático desde que imprima a eles uma nova abordagem na resolução dos exercícios ou problemas, procurando valorizar os erros dos alunos, as diferentes maneiras de resolvê-los, de forma que estimule a discussão em classe e a organização mental das ideias surgidas durante as discussões. O autor acredita que, caso contrário, sua prática em nada estará modificando. Cabe ao professor a tarefa de buscar alternativas que possam superar as dificuldades que venham surgir na elaboração das tarefas propostas. Sempre procurando mostrar ao aluno a importância da História da Matemática na construção do seu conhecimento. METODOLOGIA Primeiramente foi feita revisão bibliográfica sobre a História da Matemática como elemento incentivador no processo ensino-aprendizagem da Matemática. Em seguida foi determinado o problema, o objeto e o objetivo de estudo. A abordagem de caráter quantitativo foi considerada a mais adequada para essa investigação. As pesquisas quantitativas têm como objetivo descobrir quantas pessoas de uma determinada população compartilha uma característica ou um grupo de características. Para investigar a participação da História da Matemática no cotidiano escolar e no processo ensino-aprendizagem foi definido que os professores de Matemática dos ensinos Fundamental e Médio do município do Rio de Janeiro que atuam ou atuaram em sala de aula seriam consultados sobre como concebem esta participação. Para coletar os dados necessários à investigação foi decidido o instrumento de coleta de dados. Foi elaborado um questionário, cujas perguntas estão relacionadas ao cotidiano escolar do professor e sua relação com a utilização da História da Matemática em sala de aula. Em seguida foram contatadas escolas com o objetivo de apresentar à direção das escolas o referido questionário e obter, junto aos professores de Matemática, as informações necessárias para a elaboração desta pesquisa. Também foram contatados diretamente professores com o mesmo objetivo. A coleta, apuração, organização, análise e interpretação dos dados coletados constituíram a etapa seguinte. A apuração, organização, análise e interpretação dos dados coletados permitiram sua quantificação e um tratamento através de métodos estatísticos. Este é o momento exato para se extrair significado dos dados e números, transformando-os em informações sobre a realidade a ser analisada. Para a organização dos dados coletados foi utilizado o programa de computador Excel. Os dados coletados e apurados geraram gráficos que possibilitaram a análise e interpretação do objeto de estudo, que é a utilização da História da Matemática no cotidiano escolar das escolas do município do Rio de Janeiro. Finalmente proceder-se-á à elaboração da análise e resultados, considerações e se possível, sugestões. ANÁLISE E RESULTADOS Para a realização desta pesquisa foram distribuídos 50 questionários entre professores de Matemática dos ensinos fundamental e médio do município do Rio de Janeiro. Destes, 31 retornaram o que significa que 62% dos docentes cooperaram, respondendo às perguntas e atendendo às finalidades da pesquisa.

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A seguir serão apresentados o resultado da pesquisa e algumas considerações sobre as respostas dadas. 1) VOCÊ CURSOU HISTÓRIA DA MATEMÁTICA? De acordo com os dados, percebemos que: 1) A maioria dos respondentes (dezoito) estudou História da Matemática na graduação; 2) Seis estudaram na pós-graduação pós (lato-sensu), sensu), sendo que destes três a estudaram somente na pós-graduação graduação e outros três na graduação e também na pós-graduação pós (lato-sensu); 3) Apenas um cursou a disciplina no curso de Mestrado (strictu sensu); 4) Nove não a cursaram em nenhum momento momento de sua vida acadêmica. Uma oportunidade para os professores que não estudaram a História de Matemática em sua vida acadêmica é procurar cursos de pós-graduação pós graduação que a tenha em seu quadro de disciplinas.

Legenda: A - Sim, na graduação B - Sim, na pós-graduação (lato-sensu) sensu) C - Sim, no mestrado (strictu-sensu) sensu) ou Doutorado D – Não

Gráfico 1 – Cursou História da Matemática?

2) VOCÊ ACHA QUE A HISTÒRIA DA MATEMÁTICA CONTRIBUI PARA UMA MELHOR COMPREENSÃO DOS CONTEÚDOS MATEMÁTICOS? Das respostass obtidas, 74% responderam que acham que a História da Matemática contribui positivamente para a compreensão dos conteúdos matemáticos. Outros 26% consideram que a História da Matemática contribui às vezes para uma melhor contribuição dos conteúdos matemáticos. Surpreendentemente, mesmo aqueles que responderam que não usam a História da Matemática em suas aulas (ver resultado abaixo) acham que ela contribui para o aprendizado matemático de seus alunos. Concluímos que apesar de não usá-la usá la no seu cotidiano cotidian escolar pelos mais diversos motivos, estes docentes reconhecem a importância da História da Matemática e buscam aplicá-la la em suas aulas.

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Legenda: A – Sim B – Não C – Às vezes

Gráfico 2 – Você acha que a História da Matemática contribui para uma melhor melhor compreensão dos conteúdos matemáticos?

3) VOCÊ USA HISTÓRIA DA MATEMÁTICA EM SUAS AULAS? Percebemos que, dos respondentes, treze usam a História da Matemática em suas aulas, oralmente e comentando os tópicos deste tema. Isto é feito geralmente, utilizando ut textos trazidos nos livros didáticos e/ou paradidáticos e internet. Outra estratégia muito utilizada pelos professores é ler e comentar os tópicos deste tema contidos no livro didático adotado. Como o material está contido no livro didático adotado, adotado, fica muito fácil abordar a História da Matemática, uma vez que os alunos já terem tido algum tipo de contato com os referidos textos. A utilização de pesquisas sobre o tema é uma estratégia muito pouco utilizado pelos professores devido à insuficiência de material didático adequado que possibilite ao aluno consultar e fazer suas tarefas. O número de docentes que responderam que não usam História da Matemática em suas aulas pode ser considerado grande. Este alto número deve-se deve se ao fato de que os respondentes dentes nunca estudaram História da Matemática em sua vida acadêmica e não se sentem seguros em utilizá-la la em suas aulas.

Legenda: A - Sim, através de pesquisas sobre o tema B - Sim, oralmente e comentando os tópicos deste tema C - Sim, lendo e comentando mentando tópicos deste tema contidos no livro didático adotado D - Não uso História da Matemática em minhas aulas

Gráfico 3 – Você usa a História da Matemática em suas aulas? 1158

4) SE SUA RESPOSTA NA PERGUNTA 3 FOI NEGATIVA, ASSINALE A ALTERNATIVA TIVA ABAIXO QUE JUSTIFIQUE A SUA RESPOSTA Dentre os respondentes que não utilizam a História da Matemática em suas aulas três afirmaram que não possuem conhecimento suficiente para utilizar a História da Matemática em suas aulas. Recomenda-se se a estes professores professores que procurem um curso ou uma póspós graduação que tenha História da Matemática em seu quadro de disciplinas, a fim de adquirirem conhecimentos necessários para que a incluam em suas aulas. Os outros cinco respondentes afirmaram que não utilizam a História Histó da Matemática em suas aulas devido à falta de livros didáticos que abordem o assunto contextualizando-o contextualizando com o conteúdo ensinado. Infelizmente a limitação bibliográfica é um grande obstáculo para a plena utilização da História da Matemática. O número de de livros didáticos que fazem referência a qualquer tópico da História da Matemática é muito pequeno e isso faz com que poucos professores se sintam seguros em utilizá-la utilizá em suas aulas.

Legenda: A - Não tenho conhecimento suficiente para utilizá-la utilizá como instrumento de aprendizagem B - Acredito que vai atrapalhar a aula e suscitar muitas dúvidas, o que tumultuará a aula e atrasará o conteúdo a ser ensinado C - Acredito que a História da Matemática não auxilia em nada o trabalho do professor em sala de aula a D - Falta de livros didáticos que abordem o assunto contextualizando com o conteúdo ensinado

Gráfico 4 – Se sua resposta na pergunta 3 foi negativa, assinale a justificativa abaixo que justifique sua resposta

5) PORQUE VOCÊ USA A HISTÓRIA DA DA MATEMÁTICA EM SUAS AULAS? Pelos resultados apresentados, vimos que a maioria (42%) dos professores considera que a História da Matemática é um instrumento que populariza o estudo e aproxima o aluno da disciplina. Os professores acreditam que ela diminui o preconceito dos alunos com a Matemática, que muitos consideram uma disciplina difícil e intransponível. Este fato os atrairá e os aproximará mais da disciplina. Percebemos que o uso da História da Matemática, dentro do universo utilizado para a pesquisa isa é considerado de extrema relevância pela maioria dos professores. Face às respostas dadas, fica evidenciado pelos professores que a História da Matemática possui um potencial a ser explorado como instrumento no processo ensino-aprendizagem, ensino aprendizagem, sendo um ponto p de referência para aulas contextualizadas, participativas e dinâmicas.

1159

Legenda: A - Serve como fonte de incentivo para o ensino de Matemática B - É uma fonte para a seleção de problemas práticos, informativos e lúdicos a serem incorporados nas aulas las de Matemática C - É um instrumento que populariza o estudo de Matemática e aproxima o aluno da disciplina D - Constitui-se se num instrumento de formalização dos conceitos de Matemática E - É um instrumento que pode promover a aprendizagem significativa significativa e compreensiva da Matemática

Gráfico 5 - Porque você usa a História da Matemática em suas aulas?

6) QUAIS AS DIFICULDADES ENCONTRADAS PARA VOCÊ UTILIZAR A HISTÓRIA DA MATEMÁTICA EM SUAS AULAS? Os professores apontam como principal dificuldade para a utilização da História da Matemática em suas aulas a falta de material didático adequado para as séries que leciona. Os livros didáticos quando abordam a História da Matemática o fazem de uma maneira descontextualizada, com caráter informativo, como “notas “notas históricas” e sem a preocupação de relacionar o conhecimento matemático aos fatos que estruturaram o desenvolvimento do conteúdo ensinado. Outro motivo muito citado foi ao desinteresse e a indisciplina por parte dos alunos. A atitude do aluno em relação ão à disciplina é considerada negativa pelos professores, o que atrapalha o desenvolvimento de suas aulas. A dificuldade de transpor o conhecimento histórico para a prática de sala de aula está associada ao número excessivo de alunos por turma. As deficiências ências cognitivas do aluno foram apresentadas em menor número pelos respondentes. Outro fato considerado preocupante é a deficiência apresentada pelos alunos no que diz respeito à leitura e compreensão dos enunciados dos problemas e a dificuldade para solucioná-los los em decorrência da mesma.

1160

Legenda: A - Falta de material didático adequado para as séries que leciona B - Desinteresse e indisciplina por parte dos alunos C - Dificuldade de transpor as teorias de aprendizagem para a sala de aula D - Deficiências cognitivas do aluno

Gráfico 6 – Quais as dificuldades encontradas por você para utilizar a História da Matemática em suas aulas? 7) VOCÊ ACHA QUE A HISTÓRIA DA MATEMÁTICA É UM ELEMENTO INCENTIVADOR ENSINO-APRENDIZAGEM ENSINO APRENDIZAGEM DA MATEMÁTICA? A pesquisa quisa nos revela que 65% dos docentes consideram a História da Matemática como um elemento incentivador do ensino-aprendizagem ensino aprendizagem da Matemática. Outros 29% corroboram com o caráter incentivador da História da Matemática ao afirmar que às vezes sua inclusão nas as suas aulas favorece o processo ensino-aprendizagem ensino aprendizagem da Matemática. Apenas 6% dizem que não acham que a História da Matemática seja um elemento incentivador do processo ensino-aprendizagem. aprendizagem.

Legenda: A – Sim B – Não

Gráfico 7 – Você acha que a História tória da Matemática é um elemento motivador do ensino-aprendizagem? ensino

CONSIDERAÇÕES FINAIS Concluímos que a utilização da História da Matemática no ensino deve ser considerada, sobretudo pelo seu valor de incentivo para a disciplina. Em relação à dimensão histórica no ensino da Matemática, a História da Matemática é um recurso pedagógico que pode ser incorporado beneficamente ao trabalho do professor e em suas atividades de sala de 1161

aula. Além de contribuir para o ensino-aprendizagem da disciplina, ela facilita o alcance dos objetivos nos referenciais curriculares da Matemática. Quanto ao professor, o conhecimento sobre História da Matemática requer uma dedicação e estudo mais profundo. É necessário ir muito além de mencionar fatos, dados e datas históricas. Devem-se adentrar os processos de criação dos conceitos matemáticos, o contexto social em que esses conceitos surgiram, contextualizando historicamente suas aulas e trazer as vivências do aluno para o cotidiano escolar. As possibilidades de trabalho são inúmeras. Basta o professor acreditar na potencialidade que a História da Matemática possui em contribuir para mudar o quadro de insucessos que observamos na disciplina. Esperamos que a leitura deste trabalho auxilie no processo de reflexão para os envolvidos na área de Educação Matemática, no que diz respeito à importância da História da Matemática como elemento incentivador do ensinoaprendizagem e que as ideias aqui discutidas somem-se a tantas de qualidade já realizadas e contribuam para novas pesquisas. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BARONI, R. L. S. e NOBRE, S. A. Pesquisa em História da Matemática e suas relações com a Educação Matemática. In: BICUDO, M. A. (org.). Pesquisa em Educação Matemática: concepções e perspectivas. São Paulo. Editora UNESP, 1999. P. 129 – 136. D’AMBROSIO, UBIRATAN. Etnomatemática. Editora Ática, SP. 1990. D’AMBROSIO, UBIRATAN. Educação Matemática: da teoria à prática. Coleção Perspectiva em Matemática. 2ª Ed., Campinas, SP. Papirus Editora. 1997. LORENZATO, SÉRGIO. Para aprender Matemática. Coleção Formação de Professores.2ª Ed. Campinas, SP. Autores Associados.2008. MENDES, IRAN ABREU. O uso da História no ensino da Matemática: reflexões teóricas e experiências. Série Educação Nº 1. Belém, Pará. EDUEPA – Universidade do Estado do Pará. 2001. SOUZA, MILTON V. D.. LIMA, HELDER J. F.. MEDEIROS. A importância da motivação no processo ensino-aprendizagem da Matemática. Universidade do Vale do Paraíba, São José dos Campos, SP, 2009. Disponível em http://www.inicepg.univap.br. o em 25 de julho de 2013.

1162

I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente - Niterói – RJ – Brasil 21 a 25 de Outubro de 2013

UTILIZAÇÃO DE ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA NO CENTRO INTEGRADO AGROECOLÓGICO BARÃO DE LANGSDORFF (CEIA), MUNICÍPIO DE MAGÉ, RJ. GUSTAVO CARNEIRO DE NORONHA1; ANNA FLÁVIA NUNES DA COSTA2; ALINE SANTOS DIAS3; MARIA FERNANDA ALVARENGA PONTES4; GUILHERME FRANCO IECKER BRAVO5; DIOGO FERREIRA VAZ6 1 Professor Assistente – Departamento de Engenharia Agrícola e Meio Ambiente, UFF – Universidade Federal Fluminense, (21) 9762-9410, [email protected]. 2 Graduanda no curso de Engenharia Agrícola e Ambiental e integrante do PET Engenharia Agrícola e Ambiental, UFF – Universidade Federal Fluminense, (21) 8560-2076, [email protected]. 3 Graduando no curso de Engenharia de Recursos Hídricos e Meio Ambiente, UFF – Universidade Federal Fluminense, (21) 96161921, [email protected]. 4 Graduanda no curso de Engenharia Agrícola e Ambiental, UFF – Universidade Federal Fluminense, (21) 7137-1330, [email protected]. 5 Graduando no curso de Engenharia de Recursos Hídricos e Meio Ambiente, UFF – Universidade Federal Fluminense, [email protected]. 6 Graduando no curso de Engenharia de Recursos Hídricos e Meio Ambiente, UFF – Universidade Federal Fluminense, (21) 98858064, [email protected] .

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: O presente artigo apresenta o dimensionamento de dois sistemas de energia solar fotovoltaica realizados pelos alunos dos cursos de Engenharia Agrícola e Ambiental e Engenharia de Recursos Hídricos e do Meio Ambiente no Centro Integrado Agroecológico Barão de Langsdorff (CEIA), localizado no município de Magé, estado do Rio de Janeiro. O CEIA conta com 142 módulos fotovoltaicos, totalizando uma potência de 7,5 kWp, que estão atualmente sem uso. Os sistemas visam o aproveitamento dos recursos energéticos que atualmente não estão sendo aproveitados e que sirvam como laboratório para ensino, pesquisa e extensão da Universidade Federal Fluminense (UFF) no local. O primeiro sistema projetado considera o consumo necessário para atender as dependências da UFF. Neste caso será utilizado banco de baterias para a autonomia de três dia, totalizando 8 baterias de 220 Ah / 12 volts. O segundo sistema prevê um volume diário de água que poderá ser utilizado na irrigação, a elevação da água se dará por uma bomba de 100 W. Os projetos apresentaram custos reduzidos de implantação, pois os painéis fotovoltaicos, que já se encontram disponíveis no CEIA, representariam grande parcela do total a ser investido. PALAVRAS–CHAVE: energia solar, baterias, bombeamento. PHOTOVOLTAIC SOLAR ENERGY USE IN CENTRO INTEGRADO AGROECOLÓGICO BARÃO DE LANGSDORFF (CEIA), MAGÉ COUNTY, RJ. ABSTRACT: This paper presents two solar photovoltaic systems designed by students of Agricultural Engineering and Environmental Engineering at Centro Integrado Agroecológico Barão de Langsdorff (CEIA), located in the city of Magé, state of Rio de Janeiro. The CEIA has 142 photovoltaic modules, with a total power of 7.5 kWp, which are currently unused. The designed systems aim the exploitation of energy resources that are not avaliable and could be used as laboratory for teaching, research and extension by Universidade Federal Fluminense (UFF). The first system considers the energy needed in the UFF dependencies. In this case, the battery bank was designed for the autonomy of three days, totaling 8 batteries of 220 Ah / 12 volts. The second system provides a daily water volume that can be used in irrigation, the water elevation will be done by a pump of 100 W. The projects have reduced deployment costs, because the photovoltaic s, which are already available in CEIA, represent a large portion of the total amount to be invested. KEYWORDS: solar energy, batteries, pumping.

1163

INTRODUÇÃO O crescimento da população mundial, associado ao desenvolvimento tecnológico e industrial, conduz a um grande aumento da demanda energética. Muitas das fontes de energia utilizadas atualmente têm volumes limitados e poderão se esgotar em um horizonte de algumas décadas (KNIJNIK, 1994). Neste contexto, a energia solar fotovoltaica assume grande importância no cenário energético mundial já que é uma fonte de fácil montagem e o, principalmente em regiões afastadas das redes de distribuição de energia elétrica. Como aponta Rüther (2000), a radiação solar chega a nosso planeta de forma abundante e pode ser considerada uma fonte inesgotável. Estima-se que o tempo necessário para que incida sobre a terra, uma quantidade de energia solar equivalente à demanda energética mundial anual, seja de aproximadamente 12 minutos. Em três semanas, a energia solar incidente sobre a terra equivale também a todas as reservas conhecidas de combustíveis fósseis como óleo, gás natural e carvão. Desta forma, a produção de energia solar fotovoltaica se destaca pela não produção de poluentes, principalmente aqueles associados à queima de combustíveis fósseis, permitindo a redução das emissões de carbono e demais gases danosos à saúde humana. O objetivo do presente trabalho é apresentar o estudo de concepção de dois sistemas de energia solar fotovoltaicos no Centro Integrado Agroecológico Barão de Langsdorff (CEIA), escola agrícola localizada no município de Magé, estado do Rio de Janeiro. O CEIA possui convênio firmado com a Universidade Federal Fluminense (UFF) para a instalação de laboratórios de campo dos cursos de Engenharia Agrícola e Ambiental e de Engenharia de Recursos Hídricos e do Meio Ambiente vinculados ao Departamento de Engenharia Agrícola e Meio Ambiente (TER). Um dos sistemas projetados abastecerá a sala da UFF no CEIA, será autônomo e usará baterias para a acumulação de energia. O segundo sistema será projetado para o bombeamento de água que poderá ser utilizada para a irrigação das lavouras da escola. A finalidade dos projetos de concepção é aproveitar a potência dos painéis que estão sem uso e que representam grande parcela do custo de implantação de sistemas fotovoltaicos. Além disso, os sistemas buscarão permitir ao TER um laboratório de campo para ensino, pesquisa e extensão. MATERIAIS E MÉTODOS O Colégio Estadual Agrícola Almirante Ernani do Amaral Peixoto está inserido no Distrito Agrícola de Magé/RJ, mais precisamente na Fazenda Conceição do Suruí, em área de assentamento rural do INCRA, que a cedeu ao Governo do Estado do Rio de Janeiro para a implantação do Centro de Ensino Integrado Agroecológico Barão de Langsdorff (CEIA, 2013). Na escola estão instalados e atualmente sem uso 142 módulos fotovoltaicos dispostos em 8 arranjos (Foto 1) que foram aproveitados para a instalação dos sistemas projetados. Com a finalidade de averiguar as principais características de funcionamento dos painéis, assegurando sua segurança e eficiência na geração de energia elétrica, um laudo especializado foi contratado pela UFF. A partir do laudo técnico verificou-se que apesar da falta de manutenção preventiva dos componentes e o tempo de fabricação superior a oito anos, os módulos fotovoltaicos apresentam bom desempenho, tanto nos testes individuais em cada módulo, quanto nos testes em conjunto, mantendo as principais características elétricas dentro das especificações do fabricante. Desta forma, de acordo com os resultados das medições em confronto com as especificações, pode-se afirmar que os módulos fotovoltaicos são apropriados tanto para 1164

aplicações em sistemas fotovoltaicos isolados ou autônomos quanto para sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica, embora seja necessário trocar os aterramentos e os es físicos dos painéis. Os testes dos módulos apontaram uma potência total de 7,5 kWp, sendo possível afirmar que valores superiores de potência são viáveis, em virtude de algumas medições terem sido realizadas com a irradiação solar incidente inferior a 1.000 W/m² e, inclusive, com alguns arranjos sombreados por árvores próximas.

Foto 1 – Vista parcial dos arranjos fotovoltaicos no CEIA. Fonte: Própria

O sistema autônomo é caracterizado por ser independente da rede elétrica convencional e para o armazenamento de energia produzida pelos painéis são necessárias as baterias, as quais são associadas a um dispositivo de controle de carga e descarga (CRESESB, 2006). A Figura 1 apresenta o diagrama dos sistemas solares fotovoltaicos existentes. Os sistemas A e B utilizam banco de baterias para armazenamento de energia, nos sistemas C e D a potência instantânea produzida nos painéis é consumida na(s) carga(s). A previsão da energia consumida no sistema fotovoltaico é um ponto de partida para o dimensionamento, esta estimativa é efetuada em termos dos Watt-hora consumidos por dia de forma a poder calcular-se a energia consumida pelas cargas deve ser procedida uma listagem onde conste a potência nominal de cada equipamento que vai ser utilizado bem como o número de horas que o equipamento irá estar em funcionamento (FREITAS, 2008). Em seguida são realizados os cálculos de energia e carga consumidos diariamente pelos componentes e ao final é definido o número total de baterias do sistema. A energia consumida no sistema é apresentado na Equação 1.

Ec = Pc ⋅ Hc

(1)

Em que, Ec é a energia consumida pelo equipamento, em Wh; Pc é a potência consumida pelo equipamento, em W; e Hc é o número de horas de funcionamento do equipamento, em horas.

1165

Figura 1 – Diagramas dos sistemas solares fotovoltaicos em função da carga. Fonte: Adaptado de CRESESB (2006)

A carga solicitada das baterias é dada pela Equação 2. Qc =

Ec Vs

(2)

Em que, Qc é a carga consumida pelo equipamento, em Ah; e Vs é a tensão do sistema, em volts.

A capacidade da bateria é calculada pela Equação 3.

Qb =

A ⋅ ∑ Ec

Vs ⋅ T ⋅ ηinv ⋅ ηcabo

=

A ⋅ ∑ Qc

T ⋅ ηinv ⋅ ηcabo

(3)

Em que, Qb é a capacidade mínima da bateria, em Ah; E é a autonomia do sistema, em dias; T é a profundidade de descarga das baterias, adimensional; ηinv é o rendimento do inversor, adimensional; e ηcabo é o rendimento dos cabos, adimensional.

Com o objetivo de identificar quais os equipamentos serão utilizados na sala da UFF no CEIA foi realizada uma visita ao colégio no dia 29 de junho de 2013. A Tabela 1 apresenta o resumo da estimativa dos equipamentos encontrados e do seu uso diário. A potência observada já considera a perda na conversão de corrente contínua para corrente alternada, assim o valor do rendimento do inversor no dimensionamento será considerado como igual a 1,0. Para fim de dimensionamento do sistema autônomo o rendimento dos cabos (ηcabo) foi considerado como igual a 1,0, a profundidade de descarga das baterias igual a 0,75, e tensão de operação do sistema de 24 volts, ou seja, as baterias serão ligadas em conjuntos formados por duas unidades em série. Optou-se por dimensionar o sistema com baterias de 220 Ah / 12 volts por possuírem capacidade de carga elevada e menor relação custo/capacidade de armazenamento. Assim, cada conjunto (par) de baterias terá uma capacidade de carga de 220 Ah e tensão de 24 volts.

1166

Tabela 1 – Quantidade e horas de uso dos equipamentos na sala da UFF. Item Quantidade Potência (W) Computador 1 150 Notebook 1 80 Datashow 1 265 Lâmpadas de 40W 4 160 Impressora 1 25 Ventilador 1 100

Tempo (h) 8 8 4 8 3 8

Fonte: Própria

As baterias devem ser dimensionadas para armazenar a energia consumida diariamente e mais alguns dias de reserva. Desta forma o sistema pode fornecer energia em dias em que a radiação solar é escassa, como, por exemplo, em dias nublados, deve-se compensar as perdas do sistema e assegurar que a carga da bateria não excede o nível de profundidade de descarga máximo permitido. O número de dias de autonomia geralmente varia entre 3 a 5 dias e está relacionado com as necessidades de cargas em termos de continuidade de serviço (FREITAS, 2008). No presente estudo, com o intuito de reduzir o custo de instalação do sistema, foi utilizada autonomia de 3 dias. Cabe frisar que o sistema possui caráter didático/pedagógico, o que possibilita a ligação direta das cargas com a rede elétrica do CEIA a partir de um dispositivo de comando (chave). Esta configuração permite as baterias não em por sucessivos ciclos de carga e descarga enquanto o sistema não estiver sendo monitorado pelos alunos, itindo um significativo incremento da vida útil desses componentes. Em relação ao sistema de bombeamento de água, Kolling et al. (2004) aponta que “um sistema fotovoltaico de bombeamento diretamente acoplado é constituído de três componentes principais: um conjunto fotovoltaico, um motor de corrente contínua e uma bomba-d’água. O fotovoltaico converte energia solar em corrente elétrica que alimenta o motor, o qual é acoplado à bomba d’água. Quando o supre o motor com potência elétrica suficiente, ele produz torque mecânico e a bomba começa a trabalhar”. A este conjunto de componentes obviamente deve-se acrescentar um reservatório para a água, ou seja, uma caixa-d’água. Segundo Hamidat & Benyoucef (2007), geralmente um sistema de bombeamento funciona sem baterias para armazenamento de energia. O armazenamento da água em reservatórios é a solução mais comumente adotada na maioria das aplicações de bombeamento. A Figura 2 mostra exemplos de configuração de sistemas de bombeamento solar fotovoltaicos. O sistema projetado para bombeamento de água no CEIA não prevê o uso de baterias, ou seja, a potência instantânea gerada pelos painéis será utilizada para o bombeamento e a água ficará acumulada em um reservatório de 2.000 L. Na visita realizada no dia 29/06/2013 foi observado o local onde a bomba e o reservatório poderão ser instalados, Fotos 2 e 3, respectivamente.

1167

Figura 2 – Exemplos de sistemas de bombeamento solar fotovoltaicos. Fonte: FRAENKEL (1995) apud FEDRIZZI (1997)

Foto 2 – Barragem onde a bomba d’água poderá ser instalada. Fonte: Própria

Foto 3- Reservatório existente no CEIA para acumulação da água bombeada. Fonte: Própria

O sistema de bombeamento de água proporcionará à escola a possibilidade de irrigar as áreas utilizadas para diversos cultivos através de ligação de sistemas de irrigação ao reservatório de acumulação. O atual reservatório, apresentado na Foto 3, deverá ser substituído, pois apresenta estrutura física comprometida. Em relação posicionamento da bomba e do reservatório, o segundo está situado a 10 metros do local onde será instalada a bomba (barragem). O desnível entre o topo do reservatório e o nível da água na barragem é de 5,0 metros, totalizando 15 metros de tubulação para conduzir a água entre os dois pontos. As bombas consideradas no dimensionamento possuem as características apresentadas nas Tabelas 2 e 3.

1168

Tabela 2 – Dados para a determinação da altura manométrica total do sistema. L = Comprimento total da tubulação ( em metro ), da bomba até o reservatório 10

20

40

60

80

100 125

150 175 200

225 250 300

350 400 450

500

31 36 40

40

h = Altura (em metros) da entrada de água na bomba até o reservatório

H = Altura do manômetro total, em metro 6 7 8 10 11 5 10 11 12 13 15 16 17 18 20 21 15 22 23 25 26 20 28 30 31 25 33 35 36 30 38 40 40 35 38 40 Fonte: ANAUGER (2011)

13 18 23 28 33 40

14 19 24 29 34 40

16 21 26 31 36 40

18 23 28 33 40

20 25 30 35 40

22 27 32 37 40

24 29 34 40

28 33 40

35 40

Tabela 3 – Dados para a determinação da altura manométrica total do sistema. Potência Elevação H (metros de coluna de água) do 0 5 10 15 20 25 30 35 Sistema 800 100 Wp 4.600 3.700 3.000 2.400 1.950 1.550 1.200 130 Wp 6.300 5.050 4.100 3.300 2.600 2.050 1.600 1.200 170 Wp 8.600 7.000 5.600 4.500 3.650 2.900 2.250 1.700

39

40 650 900 1.200

O volume bombeado é influenciado pela variação de irradiação solar, para os valores acima foram obtidos na condição de 6,0 kWh/m² por dia. Fonte: ANAUGER (2011)

Pela Tabela 2 é possível determinar a altura manométrica total do sistema será de 6,5 m.c.a., valor intermediário entre 10 e 20 metros de comprimento da tubulação para um desnível de 5,0 metros.

RESULTADOS E DISCUSSÃO Para o sistema autônomo foi realizado a estimativa do consumo médio diário (Equação 4) com base na Equação 1 e nas informação presentes na Tabela 1.

∑ Ec = (1 ⋅ 150 ⋅ 8) + (1 ⋅ 80 ⋅ 8 ) + (1 ⋅ 265 ⋅ 4 ) + (4 ⋅ 40 ⋅ 8 ) + (1 ⋅ 25 ⋅ 3) + (1 ⋅ 100 ⋅ 8) = 5.055 Wh

(4)

O cálculo da carga elétrica diária (Equação 5) foi realizada com base da Equação 2.

∑ Qc =

5.055 24

= 210,6 Ah

(5)

A Tabela 4 apresenta o resumo do consumo e da carga elétrica diária encontrada para o sistema.

1169

Tabela 4 – Consumo e carga total diária do sistema autônomo. Item Quantidade Potência Tempo (W) (h) Computador 1 150 8 Notebook 1 80 8 Datashow 1 265 4 Lâmpadas de 40W 4 160 8 Impressora 1 25 3 Ventilador 1 100 8 Consumo diário total (Σ ΣEc) Carga diária total (Σ ΣQc)

Consumo (Wh) 1.200 640 1.060 1.280 75 800 5.055 210,6

Fonte: Própria

A carga total dos conjuntos de baterias (Equação 6) foi calculada a partir da Equação 3.

Qb =

3 ⋅ 210,6 = 842,5Ah 0,75⋅ 1⋅1

(6)

O número de conjuntos de baterias é definido pelo valor de Qb dividido pela capacidade das baterias escolhidas para a utilização no sistema, ou seja, 220 Ah. O resultado da divisão fornece um total de 4 conjuntos (ou pares) de baterias, totalizando 8 unidades. O inversor é dimensionado pelo somatório das potências da Tabela 4, ou seja, 780 W. Considerando uma folga de 25% temos uma potência de 975 W. O inversor comercial com potência superior e mais próxima será de 1.000 W. O controlador de carga é dimensionado pela potência do inversor dividido pela tensão do sistema, assim temos uma amperagem de 41,7 A. O controlador comercial a ser adquirido deverá ser de 50 A / 24 volts. Em relação ao bombeamento de água, optou-se pela bomba com potência de 100 W, pois como pode ser observado na Tabela 3, para uma altura monométrica de 6,5 m.c.a., a menor potência disponível já seria suficiente para encher diariamente um reservatório de 2.000 L. Com o intuito de determinar o valor exato de volume de água que poderá ser utilizado para irrigação, foi traçado a curva de altura manométrica (H), em m.c.a., vesus o volume bombeado (V), em L, a partir de uma equação polinomial do 3º grau (Figura 3). Realizando a substituição da altura monométrica de 6,5 m.c.a. na equação encontrada na Figura 5, verifica-se um volume bombeado de 3.485 litros, ou seja, suficiente para encher o reservatório quase duas vezes em um dia. A bomba deverá ser a um dispositivo que armazena a energia produzida em capacitores, sendo então convertida em pulsos de energia proporcionais ao nível de radiação solar. Esse dispositivo também protege a bomba de excesso de tensão no sistema, além de desligá-la quando o nível de água não for suficiente ou estiver abaixo de seu nível mínimo de sucção.

1170

.

5.000 4.500

3

4.000

Volume bombeado (L)

2

V = -0,0313.H + 3,5866.H - 192,15.H + 4590,9 R2 = 0,9999

3.500 3.000 2.500 2.000 1.500 1.000 500 0 0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

45,0

Altura manométrica (m.c.a.) Figura 3 – Curva de altura manométrica (H) vesus volume bombeado (V) Fonte: Própria

CONCLUSÕES O CEIA conta com 142 módulos fotovoltaicos atualmente sem uso. A potência total medida nos painéis é de 7,5 kWp, cujo valor pode ser superior em função do horário que foi realizada a medição e pelo efeito de sombreamento de árvores vizinhas. Com a finalidade de instalar de desenvolver atividades de campo dos cursos do Departamento de Engenharia Agrícola e Meio Ambiente (TER) no CEIA, está sendo prevista a instalação de dois sistemas fotovoltaicos para o aproveitamento dos recursos energéticos dos painéis. Esses sistemas servirão como laboratório para ensino, pesquisa e extensão da Universidade Federal Fluminense (UFF) no local. O primeiro sistema projetado considera o consumo necessário para atender as dependências da UFF. Neste caso será utilizado banco de baterias para a autonomia de três dias, totalizando 8 baterias de 220 Ah /12 volts. As baterias serão ligadas em série, formando conjuntos (pares) de 24 volts. O sistema será constituído de 4 conjuntos ligados em paralelo, permitindo uma autonomia de 3 dias. O inversor terá potência de 1.000 W e o controlador de carga terá capacidade de 50 A / 24 volts. O segundo sistema prevê um volume diário de água que poderá ser utilizado na irrigação. A elevação da água se dará por uma bomba de 100 W, com altura manométrica total de 6,5 m.c.a. e bombeamento diário de 3.485 litros para um reservatório com capacidade de 2.000 litros. REFERÊNCIAS ANAUGER (2011). Catálogo Sistema Anauger Solar. Disponível em: . ado em: Agosto de 2013.

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CEIA (2013). Centro Integrado Agroecológico Barão de Langsdorff. Disponível em: . ado em: Agosto de 2013. CRESESB (2006). Centro de Referência para Energia Solar e Eólica Sérgio de Salvo Brito, disponível em: . ado em: Agosto de 2013. FEDRIZZI, M. C. (1997). Fornecimento de Água com Sistemas de Bombeamento Fotovoltaicos Dimensionamento Simplificado e Análise de Competitividade para Sistemas de Pequeno Porte. Dissertação de Mestrado. Programa Interunidades de Pós-Graduação em Energia. Universidade de São Paulo. 162p. FREITAS, S. S. A. (2008). Dimensionamento de Sistemas Fotovoltaicos. Dissertação de Mestrado. Instituto Politécnico de Bragança. Escola Superior de Tecnologia e Gestão. Portugal. Novembro de 2008. 104p. HAMIDAT, A.; BENYOUCEF, B. (2007). Mathematic models of photovoltaic motor-pump systems. Renew Energy. 2007. Disponível em: <www.sciensedirect.com>. ado em: Agosto de 2013. KNIJNIK, R. (1994). Energia e meio ambiente em Porto Alegre: bases para o desenvolvimento. Porto Alegre, EA, 1994. KOLLING, E. M.; SOUZA, S. N. M., RICIERI, R. P., SAMPAIO, S. C., DALLACORT, R. (2004). Análise operacional de um sistema fotovoltaico de bombeamento de água. Engenharia Agrícola, Jaboticabal, v. 24, n.3, p.527-535, set./dez. 2004. RUTHER, R. (2000). Instalações solares fotovoltaicas integradas a edificações urbanas e interligadas à rede elétrica pública. Florianópolis, 2000.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

AVALIAÇÃO DA IMPLANTAÇÃO DO PROJETO “PAIS” EM UMA PROPRIEDADE DE AGRICULTORES FAMILIARES MARCELO DE LIMA SOUZA1, DIRLANE DE FÁTIMA DO CARMO2 1 2

Graduando em Engenharia Agrícola e Ambiental, UFF, 24 9993-8805, [email protected] Doutora em Saneamento, UFF, 35 84274291, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: A Produção Agroecológica Integrada Sustentável (PAIS) é uma tecnologia social, fundamentada na agroecologia, que visa favorecer a segurança alimentar de pequenos agricultores familiares, sendo de fácil o econômico e possibilitando a produção de alimentos de qualidade, livre de substâncias químicas sintéticas. Neste trabalho o objetivo principal foi avaliar a tecnologia PAIS utilizando a ferramenta matriz SWOT cuja sigla é um anacrônico formado pelas palavras inglesas Strengths (forças), Weaknesses (fraquezas), Opportunities (oportunidades) e Threats (ameaças). Os dados foram coletados em uma propriedade de agricultores familiares no município de Oriximiná (Pará). Na avaliação estratégica verificou-se que a tecnologia PAIS é promissora, podendo oferecer uma diversidade de produtos e alto rendimento aos agricultores. Entretanto a istração e os recursos humanos se mostraram como pontos fracos, apontando a necessidade de investimento em capacitação e treinamento, para auxiliar na adoção das técnicas necessárias para a minimização destes. A ausência de assistência técnica periódica se manifestou como ameaça ao projeto PAIS. Porém, a possibilidade de aumentar a diversificação das culturas, bem como a expansão da área, conciliadas com a aceitação do mercado foram oportunidades identificadas que podem ser maximizadas pela capacidade de produção da propriedade. PALAVRAS–CHAVE: Agricultura familiar, PAIS, SWOT.

EVALUATION OF THE IMPLEMENTATION OF THE "PAIS" PROJECT IN A FAMILY FARMERS PROPERTY ABSTRACT: The Sustainable Integrated Agroecological Production (PAIS) is a social technology, based on agroecology seeks to foster food security of small farmers, with easy access and enabling the economic production of quality food, free of synthetic chemicals. In this study the main objective was to evaluate the PAIS technology using the tool SWOT matrix whose acronym is formed by the words Strengths, Weaknesses, Opportunities and Threats. Data were collected on a property of family farmers in the municipality of Oriximiná (Pará). In strategic assessment verified PAIS technology is promising and may offer a variety of high-yield products to producers. However the istration and human resources proved as weaknesses, pointing to the need for investment in education and training, to assist in the adoption of the techniques required to minimize these. The absence of periodic technical assistance manifested as a threat to the PAIS project. But, the possibility of increasing crop diversification and area expansion, reconciled with market acceptance were identified opportunities that can be maximized by the production capacity of the property. KEYWORDS: Family Farming: PAIS; SWOT

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INTRODUÇÃO A tecnologia social PAIS (Produção Agroecológica Integrada Sustentável) é um sistema de produção desenvolvido para a aplicação em pequenas famílias rurais. O sistema conta com a colaboração do Serviço Brasileiro de Apoio às Micro e Pequenas Empresas (SEBRAE), a Fundação Banco do Brasil (FBB) e o Ministério da Integração Nacional e, atualmente, existem unidades implantadas ou em implantação em vinte e um Estados brasileiros, além do Distrito Federal. De acordo com a Fundação Banco do Brasil (2008) a tecnologia PAIS é uma nova alternativa de trabalho e renda voltada para a agricultura familiar, mas que pode ser usada por todo produtor rural que queira melhorar a qualidade da própria produção, possibilitando o cultivo de alimentos mais saudáveis, seja para o próprio consumo ou para comercialização. Portanto a PAIS é uma tecnologia social visto que é desenvolvida para inclusão social, além de utilizar de técnicas replicáveis desenvolvidas em interação com a comunidade, adaptadas a pequenas propriedades, capazes de viabilizar economicamente os empreendimentos (OTTERLOO, 2010; DAGNINO, 2004). Assim sendo, as tecnologias sociais são boas ferramentas para auxiliar no desenvolvimento rural. Desse modo a PAIS favorece a segurança alimentar de pequenos agricultores familiares porque possibilita a produção de alimentos de qualidade, livre de agrotóxicos e outras substâncias químicas geralmente utilizadas na agricultura convencional, além de ser de fácil o econômico. Essa vantagem se estabelece porque a tecnologia é caracterizada pela proposta de produção diversificada seguindo princípios agroecológicos, aliando a criação de animais com a produção vegetal, utilizando insumos da propriedade em todo o processo e reduzindo insumos externos, preservando os recursos naturais, a qualidade do solo e das fontes de água e, inclusive, respeitando as culturas locais (PENA, 2010; SEBRAE, 2013). E ainda incentiva o associativismo e aponta novos canais de comercialização do excedente da produção (PENA, 2010). O agricultor familiar inserido no Projeto PAIS recebe um conjunto composto de equipamento de irrigação, telas, arames, mudas de hortaliças, dez galinhas e um galo além das orientações técnicas necessárias (SEBRAE, 2013). Dentre as vantagens da aplicação do Projeto PAIS deve-se destacar: o estímulo à produção orgânica; a redução da dependência de insumos vindo de fora da propriedade, o que auxilia a aumentar a sustentabilidade da produção; incentiva a diversificação da produção; evita o desperdício de alimento, água e tempo do produtor; utiliza sistema de manejo mínimo do solo, assegurando a estrutura dos solos e favorecendo sua fertilidade, além de evitar erosões e degradação, viabiliza a sustentabilidade da agricultura familiar e amplia a capacidade dos ecossistemas locais em prestar serviços ambientais a toda a comunidade do entorno, auxiliando na fixação do pequeno produtor no campo visto que oferece oportunidade em suas regiões. Entretanto, há algumas desvantagens que estão intimamente relacionadas ao local de implantação. Mas algumas podem ser comuns, como as apontadas no estudo de Mazzaro, Castilho & Silva (2011) que identificaram como fatores importantes para o sucesso do projeto a necessidade de investimento em capacitação de pessoal; bem como a necessidade de treinamentos, tais como contábeis e de gestão. Além destes, como em qualquer cultivo agroecológico há a necessidade de mão de obra disponível e dedicada. Neste trabalho, portanto, o objetivo principal foi analisar a aplicação da tecnologia PAIS como ferramenta utilizada por agricultores familiares, assim os dados foram coletados em uma pequena propriedade no município de Oriximiná (Pará).

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MATERIAL E MÉTODOS Caracterização do município O município de Oriximiná está localizado no oeste do estado do Pará, mais precisamente na região denominada Baixo Amazonas. Segundo dados do censo de 2010 do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística – IBGE (IBGE, 2012), o município abrange 107.603, 292 Km² e uma população de 62.794 habitantes. Em Oriximiná como macroambiente, 31,2% da população vive na zona rural de acordo com o censo demográfico de 2010, correspondendo a aproximadamente 1000 propriedades. A agropecuária foi responsável por aproximadamente 6% do Produto Interno Bruto do município no ano de 2010 (IBGE, 2012). As principais formas de utilização agrícola da terra são lavouras permanentes (destacando-se a banana, café e laranja), lavouras temporárias (destacando-se a cana, mandioca, milho e feijão) e a grande maioria ocupada por pastagens naturais, degradadas ou plantadas (IBGE, 2012). Na pecuária, no ano de 2011 (IBGE, 2012), destacou-se a bovinocultura, com um rebanho de 125.350 cabeças. De acordo com os dados do IBGE, no ano de 2011, Oriximiná produziu 8.799 mil litros de leite, 1.410 quilos de mel e 37.000 dúzias de ovos de galinha. Considerando o escoamento da produção, bem como a locomoção de moradores do interior para os bairros centrais, deve-se ressaltar que o município é carente em transporte público, sendo comum a utilização de serviços de mototaxi e hidrovias. A malha rodoviária é composta de poucas rodovias, sendo o principal o pela estrada estadual PA-254. A estrada é parcialmente pavimentada até o quilômetro oito onde dá o ao Aeroporto Municipal Brigadeiro Cantídio Bentes Guimarães, sendo que a partir deste ponto as condições se tornam precárias (MS/UFPA, 2009). A produção agrícola do município é destinada à feira que também é abastecida por produtos cultivados na cidade Santarém. A cidade de Oriximiná encontra-se dentro do bioma amazônico, sendo nela encontradas matas de terra firme; de Várzea, de Igapó e Ribeirinhas. As áreas de matas de terra firme (ou planalto) são as mais utilizadas pelas propriedades agrícolas ao redor do perímetro urbano. Propriedade utilizada como estudo de caso A propriedade avaliada localiza-se na região de terra firme, mais precisamente no quilômetro 9 da Estrada do BEC, a 37 km do centro da cidade. Praticamente todo o trajeto é feito através de estradas não pavimentadas. A propriedade pode ser enquadrada como de agricultura familiar considerando a definição desta na Lei Federal no. 11326 (BRASIL, 2006) e salientando que o módulo fiscal na cidade de Oriximiná é de 75 hectares de acordo com a Instrução Especial no. 20 do Instituto Nacional de Colonização e Reforma Agrária (INCRA, 1980). Os proprietários são o casal Srs. Gilmar e Rosinete, ambos nascidos em Oriximiná. Eles residem no próprio local de estudo e, apesar de ser a principal força de trabalho da propriedade, contam com a ajuda dos filhos, dois meninos. A área total possui 77 ha e há 18 anos foi comprada com a renda do extrativismo da castanha. Coleta de dados Como trata-se de um estudo exploratório, foi utilizada como forma de coleta de dados a entrevista informal ou não estruturada. De acordo com Gil (2008), este tipo de entrevista se distingue da simples conversação pelo objetivo básico de coleta de dados, buscando a obtenção de uma visão geral do problema pesquisado. Em campo foram captados diversos registros audiovisuais utilizando máquinas fotográficas, gravador de áudio e anotações feitas à mão. O equipamento GPS (Global Positioning System), bem como o Sistema de Informações Geográficas (SIG) e o programa Google Earth assumiram importância por permitir a visualização da rota traçada para a visita. 1175

Forma de tratamento dos dados Para interpretação dos dados obtidos e formulação de estratégias foi utilizada a análise S.W.O.T que é uma ferramenta utilizada para avaliar as informações relevantes extraídas de algum empreendimento para serem classificadas como positivas ou negativas, identificando fatores internos e externos que possam comprometer a atividade ou impulsioná-la, para finalmente possibilitar a elaboração de um plano de ação buscando alcançar algum objetivo. Esse conceito surgiu no final da década de 50, início da década de 60 na Universidade de Harvard, de onde foi difundida tanto para o meio acadêmico quanto para a prática de gerenciamento em empreendimentos. A estrutura com o acrônimo SWOT (Strengths, Weakness, Opportunities, Threats) mostrou-se como um avanço ao aliar a competitividade às questões estratégicas (GHEMAWAT, 2000). RESULTADOS E DISCUSSÃO Projeto PAIS na propriedade avaliada A propriedade foi beneficiada com PAIS, mas não está apresentando os resultados desejados. A implantação foi oferecida pela SEMAGRI (Secretaria de Agricultura) e realizada no verão. Logo no início houve problema de pouca água. O material, a caixa d’água, o galinheiro, o equipamento de irrigação bem como a preparação da estrutura física foi montada pela SEMAGRI que também deu as orientações de como montar a horta. Na ocasião da visita foram identificadas pimenta, cebolinha, quiabo, berinjela, couve e jerimum, esta última, como expôs a Dona Rosinete, nasceu por acaso. Também foi exposta a ocorrência de “paquinha”, uma praga de solo que causa danos em muitas hortas comerciais e caseiras. Segundo Chiaradia (2007) este inseto, que tem hábito polífago, ataca as sementeiras e corta as mudas após o transplante. Neste caso a orientação foi a utilização de garrafa pet para proteger a semente logo após ser plantada. Muito embora o projeto PAIS tenha gerado produtos para o próprio consumo e um pouco para a venda, aos olhos da Dona Rosinete, não é adequado conciliar o programa com outras atividades que necessitem de tempo considerável, pois para ela, a horta é uma atividade que exige certa dedicação para adquirir bons resultados. Isto é, se não houver mão-de-obra suficiente não será possível manter duas atividades com bons resultados ao mesmo tempo. É exatamente este o principal obstáculo encontrado pelos produtores. Como exemplificou Dona Rosinete, em período de colheita de feijão é preciso estar muito tempo no campo recolhendoo para que não perca o produto caso chova, nesse momento, a horta não recebera mão-de-obra suficiente para apresentar o máximo de qualidade. Nesse contexto poderá haver deficiência em todas as áreas do sistema de produção como, por exemplo, redução ou ausência de irrigação, pouca variação de hortaliças, redução ou ausência de adição de substrato, entre outros. Conseqüentemente poderá debilitar a padronização e a qualidade do produto, o que comprometeria fatalmente o seu valor no momento da venda. Esses fatores somados a insuficiência de assistência técnica, conforme retratado, potencializam o surgimento de resultados indesejáveis e a dificuldade de alcançar objetivos. Aplicação da Matriz SWOT na propriedade com foco no projeto PAIS Para a aplicação da matriz SWOT com foco no PAIS para a propriedade analisada neste trabalho buscou-se responder a seguinte questão: qual a melhor estratégia, dentro das possibilidades econômicas e de mão-de-obra da propriedade, para alcançar maior produção possível dentro do sistema PAIS sem perder a qualidade dos alimentos? 1176

Procurando facilitar a identificação das fraquezas e forças, bem como das oportunidades e ameaças oferecidas pelo ambiente externo no qual a propriedade está inserida, a análise partiu de sete áreas (SANTOS & GOHR, 2010; OLIVEIRA NETO et al., 2008) que foram detalhadas de acordo com as características da propriedade: a) Ambiente mercadológico: para identificar, principalmente, a relação da empresa com o mercado e vice versa; b) Sistema de informações gerenciais: para avaliar, principalmente, como a empresa controla sua atividade; c) Operações: para avaliar a estrutura disponível para a realização da atividade (instalações, equipamentos), nível de estoque (matérias prima e produto acabado), qualidade dos produtos, dentre outros; d) istração: para o controle da atividade como um todo; e) Finanças: para avaliar o custo da atividade e o retorno, verificando se há lucro, receitas e custos, capacidade de investimento, dentre outros; f) Recursos Humanos: para avaliar a eficiência produtiva baseada no capital humano, suas aptidões e necessidades, grau de motivação; h) Aspectos Físicos: avaliação de aspectos ambientais que influenciam na produção. A partir da definição das áreas acima foi feita a caracterização da propriedade adotandose alguns critérios para valoração, definindo-se a pontuação de acordo com a impressão ada com a entrevista e a observação in loco (Tabelas 1 a 6). Assim, considerando o ambiente mercadológico (Tabela 1) deve-se salientar que das poucas hortaliças que havia na horta, com exceção da cebolinha, a padronização desejada estava aquém do ideal para garantir um bom valor no mercado, pois aparentavam diferenças de tamanho, coloração e formato. A qualidade do produto também poderia ser melhor se houvesse maior manutenção. Entretanto os produtos atendiam às necessidades do comprador, tendo boa aceitação no mercado principalmente por serem gerados em sistemas agroecológicos e, portanto apresentando isenção de substâncias nocivas à saúde e ao meio ambiente. Dessa forma esses itens foram considerados neutros na valoração. O item “transparência na formação do preço” foi classificado como excelente porque, de forma simples, os preços estabelecidos para a venda seguem o que é conhecido como “preço de mercado”, apresentando o mesmo valor para todos os agricultores da região. Existe a possibilidade de venda de excedentes do sistema PAIS, visto que a cebolinha e a couve apresentavam quantidades expressivas. Quanto ao escoamento da produção, os produtos podem ser vendidos todos os dias, mas na grande maioria das vezes é o mesmo comprador. Não há variedade de compradores, a grande maioria das vendas é realizada para o caminhão da feira, o que se configura como uma importante ameaça ao sistema. Segundo Dona Rosinete, esporadicamente aparece algum comprador procurando por hortaliças. A grande distância do centro comercial é um ponto negativo, pois pode dificultar a variedade de compradores e o escoamento. A estrada, apesar de apresentar boa trafegabilidade durante o dia, não possui sinalização e iluminação. A ausência de pavimentação pode apresentar retenções em grandes períodos de chuva, fato que, inevitavelmente, prejudicaria o escoamento da produção.

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Tabela 1. Avaliação da área chave Ambiente mercadológico - critérios e pontuação adotada:

Ambiente Mercadológico

Área Chave

Itens

Pontuação Muito ruim

Padronização do produto Qualidade do produto Aceitação do produto no mercado Variedade de produtos Transparência na formação do preço Possibilidade de venda de excedentes Escoamento da produção Variedade de compradores

Ruim

Neutro

Bom

Excele nte

3 3 5 2 5 5 4 1

Valoração: Muito ruim = 1; Ruim = 2; Neutro = 3; Bom = 4; Excelente = 5. Avaliando as operações realizadas na propriedade no projeto PAIS (Tabela 2) verificouse que o sistema em pleno funcionamento não necessitaria de insumos externos, atendendo neste quesito a proposta de ser sustentável. Entretanto, in loco verificou-se que havia a necessidade de recompor várias atividades e, portanto seria necessário, por exemplo, a obtenção de aves, sementes e adubo orgânico e por isso esse item não foi considerado excelente. A capacidade de produção da propriedade é significativa, uma vez que os produtores já chegaram a apresentar bons resultados em períodos em que a mão de obra supria as demandas da propriedade, mas pela deficiência de mão de obra e o não atendimento às exigências de manejo que seriam adequadas, foi verificada deficiência nesse item que poderia ser melhorada. Em relação ao ataque de pragas e doenças foi relatada a ocorrência de “paquinha”, um inseto praga de solo que ataca as sementeiras e mudas. O inseto cortou todas as mudas que foram plantadas ocasionando perdas. Porém, a assistência técnica neste caso deu a orientação de utilizar garrafa pet protegendo a semente logo após ser plantada e por isso esse item foi valorado como neutro. Também foi relatado que havia doenças de aves na região, tendo acometido a propriedade em certa ocasião, levando à morte de todas as aves da propriedade uma doença que não foi identificada. As aves foram repostas, mas aparentemente está ocorrendo novamente outro incidente que está abatendo as aves da região. Isso indica a necessidade de adoção de um calendário de vacinação e de maior controle das zoonoses e por isso esse item foi valorado como ruim. Através de avaliação visual e confirmações da produtora, a quantidade de produtos na horta está muito aquém da capacidade de produção. Havia muitos espaços disponíveis para a inserção de novas hortaliças. Durante a entrevista foram citadas algumas práticas de controle agroecológico que já foram utilizadas como o plantio em épocas corretas, adubação orgânica, cobertura morta e adubação verde, porém na época da visita esses procedimentos já não estavam sendo realizados com frequência. A cobertura morta, por exemplo, poderia reduzir a necessidade de capinas e de irrigação, reduzindo, portanto a mão de obra que se mostrou como fator limitante para o sucesso da atividade.

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Tabela 2 – Avaliação da área chave Operações - critérios e pontuação adotada: Área Chave

Itens Muito ruim

Operações

Necessidade de insumos externos Capacidade de produção Equipamentos necessários Ataque de pragas Ataque de doenças Quantidade de produtos

Pontuação Ruim Neutro

Bom

Excelente

4 4 5 3 2 2

Efetividade do controle agroecológico para pragas e doenças

3

O comprometimento com o projeto PAIS transpareceu como insuficiente devido à baixa diversidade e quantidade, o que vai de encontro à filosofia de diversificação proposta pelo PAIS. Portanto, este item destacou-se de forma negativa em relação à avaliação da istração do projeto PAIS na propriedade (Tabela 3). Entretanto, verificou-se que uma das possíveis justificativas seria a falta de mão de obra e a alta demanda de atividades na propriedade. Tabela 3 – Avaliação da área chave istração - critérios e pontuação adotada: Área Chave

Itens Muito ruim

istração

Habilidades dos produtores com a tecnologia Experiência dos produtores com a tecnologia Comprometimento com os objetivos traçados Troca de informações com outros produtores que utilizam a tecnologia Flexibilidade para mudanças necessárias

Ruim

Pontuação Neutro

Bom

Excelente

3 2 1 3 2

Valoração: Muito ruim = 1; Ruim = 2; Neutro = 3; Bom = 4; Excelente = 5. Considerando as finanças (Tabela 4), a liquidez do sistema PAIS é excelente uma vez que o pagamento é realizado à vista, sempre no momento da entrega, sendo, portanto valorada como excelente.

Área Chave

Itens

Finanças

Tabela 4 – Avaliação da área chave Finanças - critérios e pontuação adotada: Capacidade de pagamento da atividade (liquidez) Tempo de retorno do dinheiro aplicado

Muito ruim

Ruim

Pontuação Neutro

Bom

Excelente 5

3

Valoração: Muito ruim = 1; Ruim = 2; Neutro = 3; Bom = 4; Excelente = 5. A área de recursos humanos foi considerada o maior gargalo da propriedade, pois o 1179

pequeno número de pessoas (apenas dois adultos), e a divisão da atividade da horta com os afazeres necessários para manter a agricultura convencional tornava difícil apresentar bons resultados. Ainda que os agricultores desempenhem a agricultura há 18 anos nessa propriedade e apresentem visível capacidade e experiência com a terra, a assistência técnica é indispensável para o auxílio no alcance de bons resultados. Portanto, esses dois itens foram valorados como ruins considerando o projeto PAIS na propriedade. Deve-se ressaltar que bons resultados geram motivação e que, portanto essa pode ser melhorada. Tabela 5 – Avaliação da área chave Recursos Humanos - critérios e pontuação adotada:

Recursos Humanos

Área Chave

Itens Muito ruim Capacidade técnica dos agricultores Quantidade de mão de obra Motivação Assistência técnica

Pontuação Ruim Neutro

Bom

Excelente

4 1 2 1

Valoração: Muito ruim = 1; Ruim = 2; Neutro = 3; Bom = 4; Excelente = 5. Avaliando os aspectos físicos (Tabela 6) verificou-se que a propriedade dispõe de ampla área livre para a prática da agricultura (77 hectares). O local da produção recebe luz solar grande parte do dia e chuva o ano inteiro, o que se configura como um clima favorável. Devese considerar ainda que nesse mesmo município há regiões que ficam alagadas em um determinado período do ano e que isso implica em várias dificuldades e necessidade de adaptação pelos agricultores familiares. Entretanto uma característica considerada negativa foi a inexistência de recursos hídricos, ainda que, conforme relatado pela Dona Rosinete, não seja comum ocorrer falta de água no abastecimento realizado na comunidade. Utilizando um poço e uma bomba comunitária, a irrigação da horta depende totalmente dessa distribuição. A propriedade não detém boa qualidade de solo. Através de entrevistas com proprietários rurais de diversas áreas do município pode-se perceber que o solo na região de planalto é reconhecido como arenoso e de baixa fertilidade.

Área Chave

Itens

Aspectos Físicos

Tabela 6 – Avaliação da área chave Aspectos físicos - critérios e pontuação adotada: Área disponível para expansão Clima Recursos Hídricos Solo

Muito ruim

Ruim

Pontuação Neutro

Bom

Excelente 5 5

4 1

Valoração: Muito ruim = 1; Ruim = 2; Neutro = 3; Bom = 4; Excelente = 5. A partir do resultado obtido na avaliação das áreas chaves foram identificados os itens mais importantes no desempenho do projeto PAIS na propriedade, que estão dispostos na tabela 7.

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Tabela 7 – Matriz SWOT com os principais pontos levantados a partir das áreas chave: Análise Interna

Análise Externa

Forças Possibilidade de venda de excedentes Equipamentos necessários Capacidade de pagamento da atividade (liquidez) Área disponível para expansão Oportunidades Clima Transparência na formação do preço Aceitação do produto no mercado

Fraquezas Distância do centro comercial Comprometimento com os traçados Quantidade de mão de obra Solo Ameaças

objetivos

Assistência técnica Variedade de compradores

Interpretação da matriz SWOT e alternativas apontadas A infraestrutura disponível na propriedade seja em termos de área disponível ou de equipamentos mostra que há a possibilidade de aumentar a área produtiva aproveitando o clima adequado. A maior oferta de produtos aliada à transparência na formação dos preços pode ser utilizada para conquistar novos mercados, aumentando a variedade de compradores. A utilização dessas forças pode tornar a propriedade em uma unidade demonstrativa, aumentando assim a assistência técnica visto que esta propriedade seria modelo. Entretanto, a distância do centro comercial pode aumentar o preço do produto não sendo um fator comum a outras propriedades e, portanto não entrando na formação do preço. É relevante considerar que se não há comprometimento com os objetivos traçados, não há interesse dos agentes de assistência técnica em atender a propriedade e assim diminui-se a possibilidade de aumentar a eficiência produtiva local. Deve-se ressaltar que a área chave “Finanças” se mostrou como uma força da produção na matriz SWOT pela liquidez da atividade, devido à realização do pagamento no momento da entrega e isso assume importância considerando que a propriedade é um empreendimento rural. Os “Aspectos Físicos” da propriedade também se configuraram como pontos fortes na matriz SWOT reforçada por vários pontos da área chave de “Ambiente Mercadológico”, tais como a possibilidade de venda de excedentes, a aceitação do produto no mercado e a oportunidade representada pela transparência na formação do preço demonstrando que há possibilidade de expansão do negócio. Entretanto as áreas chaves “Operações” e “istração” não foram representadas na matriz SWOT, apresentando muita variação na pontuação. Para alcançar melhores resultados a propriedade deve voltar-se especialmente para a maior diversificação das hortaliças, focando na padronização e especialmente na qualidade do produto. Esses atributos podem ser reparados investindo-se em um sistema de irrigação e em manejo adequado, como o plantio em épocas corretas, adubação orgânica, cobertura morta e adubação verde. Tais atividades, com o comprometimento dos agricultores familiares, e sob a supervisão de uma assistência técnica poderiam ser planejadas visando reduzir a necessidade de mão de obra, principais fraquezas do projeto na propriedade. Ações também poderiam ser realizadas para reduzir a baixa fertilidade do solo como fraqueza, adotando-se a amostragem e análise, bem como o uso de substrato, investindo em práticas como a compostagem, voltando a utilizar o espaço já existente reservado para esta finalidade no momento da instalação do PAIS. Para preservar a o aspecto da hortaliça e até mesmo a sua integridade e aumentar a qualidade do produto colocando-a como uma força do empreendimento, em épocas de chuvas o cultivo protegido poderia ser adotado utilizando a plasticultura com estufa removível. Deve-se ressaltar que o foco das ações deve ser a falta de mão de obra, conciliando as demandas do PAIS com o restante da propriedade. Visto que essa situação implicou em declínio do bom funcionamento do projeto PAIS, pois no momento em que os procedimentos a serem adotados deixam de ser seguidos, os resultados am a ser de 1181

uma horta comum. Não haverá mais a integração do vegetal auxiliando na alimentação da ave e nem o adubo orgânico gerado pela mesma, implicando na necessidade de insumos externos para a manutenção da horta. Os maus resultados podem gerar desmotivação. Nesse cenário, a assistência técnica periódica é indispensável e deve ser mais presente conciliando técnicas que auxiliem na redução da mão de obra para manutenção da horta. CONCLUSÕES Na avaliação estratégica do projeto PAIS na propriedade foi verificado que esta é uma tecnologia promissora, que pode oferecer diversidade de produtos, com rendimento aos agricultores. Entretanto a istração e os recursos humanos se mostraram como pontos fracos do PAIS nessa propriedade, apontando a necessidade de investimento em capacitação e treinamento, para auxiliar na adoção das técnicas necessárias para obtenção de melhores resultados, que visem também a redução da mão de obra necessária. A possibilidade de aumentar a área, conciliadas com a aceitação do mercado foram oportunidades identificadas que podem ser maximizadas pela capacidade de produção da propriedade, que já havia sido demonstrada. Verificou-se que a ausência de assistência técnica periódica e a concentração de venda para poucos clientes se manifestavam como ameaças ao projeto PAIS. As principais ameaças foram o baixo comprometimento com o PAIS, apesar de a liquidez ter se mostrado como um ponto positivo e a falta de mão de obra, que a justificava. Considerando que os maus resultados podem gerar desmotivação, a assistência técnica periódica aliada à capacitação e aos treinamentos é indispensável e deve ser mais presente conciliando técnicas que auxiliem na redução dos pontos fracos do projeto. AGRADECIMENTOS Proext, Prof. James Hall (UFF), EMATER-PARÁ, UAJV e Secretaria de Agricultura de Oriximiná. REFERÊNCIAS BRASIL, 2006. Lei Federal nº 11326 de 24 de julho de 2006: Política Nacional da Agricultura Familiar e Empreendimentos Familiares Rurais. CHIARADIA, Luis Antonio. Diagnóstico de pragas de solo no Estado de Santa Catarina. In: Reunião sul-brasileira de pragas de solo, 10, 2007, Dourados. CD-Room dos Anais e Ata. Dourados: Embrapa-Agropecuária Oeste, 2007. DAGNINO, R. A Tecnologia Social e seus desafios. In: Antonio De Paulo et al.. (Org.). Tecnologia social: uma estratégia para o desenvolvimento. Rio de Janeiro: Fundação Banco do Brasil, 2004, p. 187-210. FUNDAÇÃO BANCO DO BRASIL. Cartilha o a o: PAIS – Produção agroecológica integrada e sustentável: mais alimento, trabalho e renda no campo. Fundação banco do Brasil; Plano Mídia Brasília, 2008. GIL, ANTONIO CARLOS. Métodos e técnicas de pesquisa social. São Paulo: Atlas, 6 edição, 2008. GHEMAWAT, P. A Estratégia e o Cenário dos Negócios: Textos e Casos. Tradução de Nivaldo Montingelli Jr. 1. ed. Porto Alegre: Bookman, 2000, p. 19. INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA – IBGE. Informações estatísticas sobre o município de Oriximiná – Pará. Censo Demográfico de 2010. Disponível em: http://www.ibge.gov.br/cidadesat/xtras/perfil.php?codmun=150530. o em: 13 de out. 2012. 1182

INSTITUTO NACIONAL DE COLONIZAÇÃO E REFORMA AGRÁRIA – INCRA. Instrução especial. INCRA nº 20, de 28 de mai. 1980. MAZZARO, F. B.; CASTILHO, M. A.; SILVA, C. L. Atividades agrícolas vivenciadas na comunidade Quilombola chácara Buriti em Campo Grande – MS. RDE - Revista de Desenvolvimento Econômico. Ano XIII Nº 24 Dezembro de 2011 Salvador, BA. P. 146 – 154. MS/UFPA - MINISTÉRIO DA SAÚDE, UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ, Diagnóstico local do município de Oriximiná- PA. Belém, 2009. OTTERLOO, A., et al, Tecnologias Sociais: Caminhos para a sustentabilidade. Brasília/DF: s.n, 2009. 278 p. PENA, J. O. O papel da tecnologia social para o desenvolvimento sustentável. In: Tecnologia Social e Desenvolvimento Sustentável: Contribuições da RTS para a formulação de uma Política de Estado de Ciência, Tecnologia e Inovação – Brasília/DF: Secretaria Executiva da Rede de Tecnologia Social (RTS), p. 43-46, 2010. SANTOS, L. C.; GOHR, C. F. Introdução à estratégia de produção. Dourados, MS : Ed.UFGD, 2010. 120p . – (Cadernos acadêmicos UFGD. Engenharias). SERVIÇO BRASILEIRO DE APOIO ÀS MICRO E PEQUENAS EMPRESAS – SEBRAE. Apresentação da Tecnologia Social PAIS. TV SEBRAE. Disponível em: . Consulta em março/2013.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente - Niterói – RJ – Brasil 21 a 25 de Outubro de 2013

EFEITO DE TEMPERATURA NO COMPORTAMENTO MECÂNICA DO PEAD RECICLADO PACHECO, L.J.1, REIS, J.M. L.2, CHIANELLI JÚNIOR, R.3 1

MSc.,Universidade Federal Fluminense - UFF, Laboratório de Mecânica Teórica e Aplicada- LMTA, Programa de PósGraduação em Engenharia Mecânica- PGMEC, (21)2629-5592, [email protected] 2 PhD.,Universidade Federal Fluminense - UFF, Laboratório de Mecânica Teórica e Aplicada- LMTA, Programa de PósGraduação em Engenharia Mecânica- PGMEC, (21)2629-5592, [email protected] 3 MSc..,Universidade Federal Fluminense - UFF, Laboratório de Materiais de Construção - LAMCO, (021) 2629-5351, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: O presente trabalho busca a resposta mecânica do PEAD reciclado a partir de recipientes de óleo lubrificante e aditivo para motores automotivos (embalagens moldadas a sopro), peletizados e moldados por compressão onde foi estudada experimentalmente como função da taxa de carregamento. Através de ensaios específicos pode-se fornecer dados quantitativos das características mecânicas dos materiais. Ao considerar a velocidade de carregamento foi avaliado se as propriedades mecânicas do polímero são afetadas. O PEAD reciclado foi testado à diferentes temperaturas para determinar suas propriedades de tração. Os dados experimentais e as técnicas apresentadas neste trabalho, norteiam o conhecimento sobre o comportamento mecânico do polímero analisado, através dos valores encontrados na literatura para o PEAD puro. A partir dos dados encontrados para o efeito da temperatura será implementado no modelo matemático existente à temperatura ambiente, informações que possam complementar a análise das propriedades viscoelásticas e as deformações plásticas do material estudado. PALAVRAS–CHAVE: PEAD, Propriedades Mecânicas, Testes Experimentais.

EFFECT OF TEMPERATURE ON THE TENSILE PROPERTIES OF RECYCLED HDPE ABSTRACT: In this work is searched the mechanical response of recycled HDPE from containers lubricating oil additive for automotive engines (blow molded packages) compression molded perforated where it was studied experimentally as a function of loading rate. Through specific tests can provide quantitative data of the mechanical characteristics of materials. When considering the speed of loading was assessed whether the mechanical properties of the polymer are affected. The recycled HDPE was tested at different temperatures to determine their tensile properties. The experimental data and the techniques presented in this study, guide the knowledge of the mechanical behavior of the polymer analyzed, thought the values found in literature for pure HDPE . Since the data found, for the effect of temperature will be implemented on the mathematical model existing at room temperature, information that can complement the analysis the viscoelastic properties and plastic deformation of the material studied. KEYWORDS: HDPE, Mechanicals Properties, Experimental Tests.

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INTRODUÇÃO

Desde a Antiguidade, o homem retira produtos da natureza para utilização na construção civil, como o barro, areia, pedra, madeira, entre outros. Conforme mencionado por Candian, L.M (2009), devido à oferta insuficiente de recursos naturais, surge a necessidade do homem modificar e criar novos materiais para atender plenamente suas aspirações, dando origem aos produtos sintéticos, como o plástico, que, desde a sua descoberta, no início do século XX, vem sendo integrado a todos os estilos de vida, com o emprego variando de utensílios domésticos à ciência sofisticada e aos instrumentos médicos. Com o aumento da utilização dos materiais poliméricos no cenário atual, houve a necessidade de uma destinação final para estes polímeros de acordo com as normas atuais vigentes, levando em consideração preocupações ambientais relativas à sua destinação final. Entre os polímeros comercializados o polietileno é o que apresenta a estrutura mais simples. Conferindo assim grande versatilidade em relação à variedade dos processos de transformação. Este polímero foi descoberto na Grã-Bretanha em 1933 e comercializado em 1939. Atualmente é um dos plásticos mais vendidos e reciclados no mundo. Segundo Chianelli Jr. (2011) o Polietileno de Alta Densidade sendo um termoplástico é bastante utilizado. Seu uso em escala industrial vem sendo empregado desde 1950 devido as suas qualidades (durabilidade, estanqueidade química térmica, resistência à corrosão e ductibilidade). Do ponto de vista térmico não há restrição para a reciclagem do PEAD. Ele vem se tornando um dos plásticos mais reciclados dentre os termoplásticos, devido às suas propriedades mecânicas e à significativa disponibilidade nos resíduos sólidos urbanos, cerca de 30% do total de resíduos plásticos rígidos. Chianelli Jr. (2011) enfatiza em sua dissertação que a utilização do polietileno reciclado na produção de embalagens e outros artefatos plásticos produzem os seguintes benefícios: Redução de 33% no consumo de energia; Redução de 90% no consumo de água; Redução de 66% na emissão de óxido de carbono; Redução de 33% na emissão de dióxido de enxofre; Redução de 50% na emissão de óxido nitroso. Dos processos de reciclagem, o mais comum é o processo de reciclagem termomecânica que envolve a moagem, a fusão, o corte e a granulação de resíduos plásticos. As peças plásticas são selecionadas em tipos diferentes de materiais antes do início do processo. Por conseguinte o material é fundido e moldado em uma nova forma ou cortado em pequenos grânulos (chamados de pellets) que serão posteriormente utilizados como matéria-prima para praticamente qualquer finalidade, excluindo-se hospitalar e alimentar. Um dos problemas da reciclagem de plásticos é ao fundir polímeros diferentes, eles não se misturarem facilmente – como a água e o óleo. O PEAD, porém se mostra bastante estável após diversos processamentos consecutivos. Chianelli Jr. (2011) ressalta que com o crescimento da população mundial e consequentemente da sua frota automobilística, o aumento do consumo de óleo lubrificante e aditivo automotivo produz um acentuado e preocupante descarte de embalagens plásticas, oriundas de produtos não degradáveis e altamente poluidores dos lençóis freáticos. Ao serem descartadas pós-consumo, essas embalagens carregam consigo, resíduos que escorrem nos aterros sanitários provocando um grande impacto ambiental. Nesses aterros, os plásticos impedem as trocas líquidas e gasosas necessárias à decomposição das matérias orgânicas. Chianelli Jr. (2011) destaca em sua pesquisa que de acordo com dados recentes fornecidos pelo Sindicom (Sindicato Nacional das Empresas Distribuidoras de Combustíveis 1185

e de Lubrificantes) e Sindiplast (Sindicato da Indústria de Material Plástico do Estado de São Paulo), a cada ano são produzidas cerca de 305 milhões de vários tipos de embalagens de óleo lubrificante. Falando-se em termos de massa, temos cerca de 25.100 toneladas de embalagens plásticas usadas geradas no Brasil. O destino dessas embalagens é fator de extrema importância e preocupação. Há normas estabelecidas pelo Ministério do Trabalho e pela ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) para o manuseio, a coleta, o armazenamento temporário e o transporte dessas embalagens. Em tempo, segundo Reis, Queiroz e Garcia (2006) a Lei Estadual no. 3369/00, específica do Rio de Janeiro, estipula um percentual de embalagens plásticas comercializadas que devem ser recicladas, o que tem feito entidades como Petrobrás, Sindicon e InpEV (Instituto Nacional de Processamento de Embalagens Vazias), entre outros, trabalharem na coleta seletiva, educação ambiental, logística reversa e reciclagem nos setores de embalagens plásticas para óleo lubrificante e agrotóxicos. Conforme mencionado por Wasilkoski (2006) em seu trabalho o comportamento mecânico dos materiais é caracterizado pela resposta que estes apresentam quando submetidos a taxa de carregamento. Para os polímeros, a tensão e a deformação não são relacionadas através de simples constantes de proporcionalidade, como o módulo de elasticidade. As respostas dos polímeros às solicitações mecânicas são acentuadamente dependentes de fatores estruturais e de variáveis externas. Para materiais de baixa massa molecular, o comportamento mecânico é descrito em termos de dois tipos de material ideal: o sólido elástico e o líquido viscoso. O sólido elástico retorna a sua forma inicial depois de removido o esforço, e a deformação do líquido viscoso é irreversível na ausência de forças externas. Wasilkoski (2006) ressalta que os polímeros se caracterizam por apresentar um comportamento intermediário entre o sólido elástico e o líquido viscoso, dependendo da temperatura e da escala de tempo do experimento. Esta característica é denominada viscoelasticidade. É notado que a partir de certa tensão os materiais começam a se deformar plasticamente, ou seja, ocorrem deformações permanentes que resultam de deslocamentos relativos entre planos atômicos, os quais são de natureza irreversível uma vez cessada a solicitação. O ponto onde as deformações permanentes começam a se tornar significativa é chamado de limite de ruptura. Conforme, Dalcin (2007) a tensão necessária para continuar a deformar aumenta até um ponto máximo chamado de limite de resistência à tração na qual a tensão é a máxima na curva tensão-deformação de engenharia. Isto corresponde à maior tensão que o material pode resistir; se esta tensão for aplicada e mantida, o resultado será a fratura. Toda a deformação até este ponto é uniforme na seção. No entanto, após este ponto, começa a se formar uma estricção, na qual toda a deformação subsequente está confinada e, é nesta região que ocorrerá ruptura. A tensão corresponde à fratura é chamada de limite de ruptura. Portanto, a base deste trabalho é buscar a resposta mecânica do PEAD reciclado de embalagens de óleo lubrificante e aditivos, sendo analisadas experimentalmente como uma função da taxa de carga, comparado com valores encontrados na literatura para o PEAD puro. A partir desta análise será proposto um modelo matemático, para estudo da viscoelasticidade e a plasticidade do material. MATERIAL E MÉTODOS As amostras dos materiais foram recebidas e preparadas no Laboratório de Materiais de Construção - LAMCO da Universidade Federal Fluminense - UFF, para a confecção dos

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corpos de prova (), e posterior ensaio, objetivando determinação das propriedades mecânicas do PEAD reciclado puro, pelo tipo de processamento a compressão térmica. As embalagens de polietileno de alta densidade (PEAD) descartadas foram recebidas e dispostas de maneira a vazar por 24 h o resíduo de óleo, aderido em suas paredes. Após este procedimento, efetuou-se a lavagem dos frascos com água e detergente biodegradável com a finalidade de se retirar o máximo possível do resquício de óleo que porventura ainda estivesse aderido. Em seguida, deu-se prosseguimento ao corte das embalagens no moinho triturador Plastimax 5cv, obtendo-se um material peletizado, que foi imediatamente acondicionado em bandejas metálicas e seco em estufa a 90°C por um período de 24 h. Foram realizadas duas prensagens em moldes metálicos já no formato e dimensões dos corpos de prova segundo as normas ASTM D 638 gerando cinco corpos de prova para o ensaio de Tração. As misturas foram dispostas nos moldes no sentido longitudinal e colocadas na prensa com temperatura pré ajustada em 190°C. Iniciou-se a prensagem de maneira gradativa até que a temperatura estabilizasse em 190°C. A massa dos materiais foi obtida através dos cálculos do volume ocupado pelos corpos de prova nos moldes confeccionados, segundo as normas ASTM. Os ensaios foram avaliados em uma Máquina Universal de Ensaio SHIMADZU modelo Autografh AG-X 100 kN equipado com garras mecânicas e sistema ótico (extensômetro de não contato), com velocidade de 0,5mm/min; 5mm/min e 50mm/min à temperatura de 50°C, 75°C e 100°C. Foram utilizados para amostra 5 (cinco) corpos de prova do tipo I de acordo com as da norma ASTM D 638 (2008). A seguir é apresentada figura (1) esquemática do perfil do corpo de prova.

Figura 16. Corpo de prova tipo I (dimensões em mm). Fonte: ASTM D 638 (2008). Adaptado: Candian, L.M., Dias, A.A. et al (2009) RESULTADOS E DISCUSSÃO Na tabela (1) são apresentados os dados do PEAD puro segundo literatura.

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Tabela 1. Características Principais do PEAD Puro Adaptado: Chinelli Jr. et al (2011) CARACTERÍSTICAS Grau de Cristalinidade Densidade Temperatura de Fusão Alongamento na Ruptura (em placa) Tensão de Ruptura a Tração (em placa) Módulo de Elasticidade à Tração (Módulo de Young) Tm Tg

VALORES 60-80% 0,94 – 0,97g/cm3 130-141°C 860% 29 MPa 900 Mpa 137°C -120°C

Para o experimento foram utilizados 5 corpos de prova para cada velocidade de ensaio 0,5mm/min; 5 mm/min e 50 mm/min à temperatura de 50°C, 75°C e 100°C resultando em 45 corpos de prova ensaiados. A partir dos dados obtidos nos ensaios foi gerado gráfico típico de tensão versus deformação representando os valores médios com os respectivos desvios padrão exigidos pelas normas da ASTM. Abaixo segue na figura (2) gráfico representativo dos testes avaliados.

Figura 2. Comparação entre as curvas médias da tensão versus deformação no Ensaio de Tração a diferentes taxas de carregamento à temperatura de 50°C, 75°C e 100°C Na tabela abaixo é apresentado o valor médio da tensão e o desvio padrão para as taxas de carregamento representadas nos ensaios.

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Tabela 2. Valores da Tensão Média à partir da taxa de carregamento. Ε 0,5 5 50

σmáx (MPa)_T50°C 11,62±0,92 11,99±0,61 15,69 ±0,91

σmáx (MPa) _T75°C 5,87±0,51 8,42±0,77 11,68 ±2,51

σmáx (MPa) _T100°C 3,81±0,46 4,36±0,38 6,34 ±0,62

De acordo com os resultados obtidos no ensaio de tração para o PEAD reciclado, os valores encontrados na literatura para o PEAD puro nota-se que o mesmo possui um comportamento dúctil, devido aos valores de deformação e alongamento antes da ruptura dos corpos de prova. A estricção incia-se quando a máxima tensão é atingida, e prolonga-se por toda extensão da amostra, com seção reduzida devido ao alongamento gerado no decorrer do teste. A tensão de ruptura como era de se esperar é superior a de escoamento. Em toda sua seção os corpos de prova apresentam um comportamento uniforme, mesmo alguns corpos de prova apresentarem porosidade em sua estrutura, o que pode ser uma explicação para a discrepância nos valores para a temperatura de 75°C. Os corpos de prova foram testados em acordo com a norma ASTM D638 (2008), deformando até o limite da estufa que complementa o equipamento. Nota-se que quanto menor é a taxa de carregamento/velocidade do ensaio aplicado, menor é a tensão do material, isso se deve ao fato de que as moléculas do polímero se rearranjam fazendo com que os interstícios sejam preenchidos e reacomodados. Por fim, a partir dos resultados obtidos, será desenvolvimento em futuro próximo complementação do modelo matemático com taxa de carregamento e temperatura ambiente o para o comportamento viscoelástico do material em função da temperatura e analisado seu comportamento plástico. CONCLUSÕES O PEAD reciclado possui um comportamento dúctil, quando submetido à tração, devido a este comportamento ele apresenta semelhanças com o PEAD puro. O comportamento do material quando ensaiado à tração, apresenta características típicas do material virgem, baixo módulo de elasticidade, baixa tensão de escoamento, porém elevada elongação. Os valores do desvio padrão da amostra para temperatura de 75°C e velocidade de 50 mm/min foram as maiores devido a porosidade apresenta no do material. O módulo de elasticidade do material é pouco afetado pela taxa de carregamento no ensaio de tração. Nota-se que quando o PEAD reciclado é submetido a diferentes velocidades de deformação a diferentes temperaturas conforme apresentado na figura (2), confirma que a tensão do material decai quanto mais próximo da temperatura de fusão do material. Ao final desta análise será apresentado um modelo matemático para o comportamento viscoelástico do material. REFERÊNCIAS American Society For Testing And Materials. D638-08: Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics, West Conshohocken, PA, USA, 2008. CANDIAN, L.M.; DIAS, A.A. Estudo do Polietileno de alta densidade reciclado para uso em elementos estrutural. Cadernos de Engenharia de Estruturas, São Carlos, Vol. 11, n. 51, 2009, p. 1-16. 1189

CHIANELLI JUNIOR, R. Processamento de Material Compósito de PEAD Reciclado e Fibra de Sisal. Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal Fluminense, Niterói, 2011. DALCIN, G.B., Ensaios dos Materiais. Curso Engenharia Industrial Mecânica, URI Universidade Regional Integrada do Alto Uruguai e das Missões, Santo Ângelo, Rio Grande do Sul, Brasil, , 2007, p. 1-41. REIS, A.P.C.; QUEIROZ, G.C; GARCIA, E.E.C.; GONÇALVES, R.C. Análise do comportamento de embalagens plásticas para óleo lubrificante contendo PEAD PósConsumo em relação ao stress Cracking Ambiental. In: 17° CBECIMat – Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais. Foz do Iguaçu, 2006, p. 8408-8419. WASILKOSKI, C. M. Comportamento Mecânico Dos Materiais Poliméricos. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica ) – Universidade Federal do Paraná, Curitiba, 2006.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

AVALIAÇÃO PRELIMINAR E PROPOSTA DE INTERVENÇÃO PARA MELHORIA DAS CONDIÇÕES DE DRENAGEM NA SUB-BACIA DO RIO TRAPICHE, ITAGUAÍ – RJ LÍVIA MACHADO DE LIMA1, MARCELO OBRACZKA2 1 2

Graduanda em Engenharia Agrícola e Ambiental, UFF, 7155-7086, [email protected] Mestre em Ciências Ambientais, UFF, 7101-2734, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: O presente trabalho apresenta um diagnóstico preliminar das condições ambientais da subbacia do Rio Trapiche no Município de Itaguaí – RJ, através de um enfoque principal no aspecto da a macrodrenagem, utilizando a bacia como unidade de planejamento. A expansão urbana acelerada e desordenada tende a favorecer a ocupação de áreas impróprias como margens de rios e encostas, contribuindo para o agravamento de problemas de enchentes, afetando milhares de pessoas. A partir de uma caracterização inicial - e ainda com base na análise de bibliografia, projetos existentes e na legislação vigente - a bacia em questão é subdividida em trechos específicos, levando em consideração aspectos urbanísticos, sanitários e socioambientais. Para cada trecho são então propostas intervenções estruturais e não estruturais, a partir da identificação no nível de risco e de análise de custo-benefício das intervenções. Planejadas sob uma ótica de integração de aspectos como a adequação do uso do solo e do saneamento ambiental, são propostas medidas para melhoria das condições atuais, através da aplicação de soluções sustentáveis como a criação de ecovias e parques lineares, aliadas a ações de teor mais convencional como o melhoramento das calhas do rio e facilitação de o para sua manutenção. PALAVRAS–CHAVE: saneamento ambiental, planejamento urbano, revitalização ambiental.

PRELIMINARY ASSESSMENT AND PROPOSAL FOR IMPROVEMENT DRAINAGE OF BASIN OF RIVER TRAPICHE , ITAGUAÍ-RJ ABSTRACT: This paper presents a preliminary diagnosis of the environmental conditions of the subbasin in the city of Rio Trapiche Itaguai - RJ through a primary focus on the aspect of the macrodrainage using the basin as a planning unit. The accelerated urban expansion and disorderly tends to favor the occupation of areas unsuitable as riverbanks and hillsides, contributing to the worsening flood problems, affecting thousands of people. From an initial characterization - and still based on the analysis of literature, projects and existing legislation - the basin in question is divided into specific sections, taking into aspects of urban planning, and environmental health. For each section are then proposed structural and nonstructural, by identifying the level of risk and costbenefit of interventions. Planned under an optical integration aspects such as proper land use and environmental sanitation measures are proposed to improve the current conditions through the application of sustainable solutions such as creating Ecovias and linear parks, combined with actions more content conventional as the improvement of the river and rails facilitate access for maintenance. KEYWORDS: environmental sanitation, urban planning, environmental revitalization.

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INTRODUÇÃO Desde a época do Império não faz parte da cultura brasileira a preocupação com um crescimento organizado e planejado das cidades. Salvo o caso de Brasília e outras poucas cidades no país, constata-se que a imensa maioria das cidades e suas regiões metropolitanas têm seu crescimento devido a grandes migrações, por algumas limitações de melhorias de qualidade de vida em pequenas cidades e pela maior oferta e oportunidades de emprego. Devido a um processo acelerado de concentração demográfica há uma crescente demanda por espaços urbanos e como resultado dessas migrações ocorre em muitos casos um processo de favelização e ocupações irregulares em áreas de risco. Estes fatores em conjunção com a busca por melhorias de qualidade de vida fazem com que áreas de proteção ambiental venham sendo ocupadas, tendo muitas vezes como consequências acidentes causados por agravamentos de fenômenos naturais. Com a intensificação nas construções irregulares em morros aumentou-se enormemente o risco de acidentes como deslizamentos de terra. Ocupações ribeirinhas irregulares trazem riscos de desastres devido às cheias naturais dos rios. A intensidade do deflúvio superficial bem como sua extravazão para fora das calhas naturais e de drenagem é agravada pela grande impermeabilização do solo, com restrição das áreas drenáveis e disposição de resíduos sólidos em locais inapropriados causando graves prejuízos e danos muitas vezes irremediáveis, inclusive perdas de vidas humanas. De acordo com artigo 30, inciso I e VIII, da Constituição Federal (Brasil, 1988), compete ao Município promover adequado ordenamento territorial, mediante planejamento e controle do uso e ocupação do solo. Assim sendo, o Município deve se responsabilizar pelo crescimento ordenado seja ele de característica industrial, residencial e urbanístico. Ao município compete também a gestão dos resíduos e da drenagem, enquanto que a gestão ambiental compete a União e aos Estados, embora para casos locais ela esteja sendo descentralizada para os municípios, processo esse implementado a partir da Lei Complementar LC 140/11. Ainda segundo a legislação vigente, no artigo 23, inciso XX, compete a União instituir diretrizes para o desenvolvimento urbano bem como ao saneamento básico. Para que um planejamento seja eficaz há a necessidade de planejamento integrado entre a União, Estados e os Municípios, proporcionando que os investimentos sejam feitos de forma mais racional e trazendo melhores resultados. Essa visão mais abrangente deve nortear a ação dos entes públicos, considerando a extensa interface existente entre suas mais variadas competências. O planejamento do crescimento urbano de um município minimiza impactos através de medidas infraestruturais planejadas possibilitando desta forma que este ocorra de forma mais organizada e harmônica, ao também levando em consideração aspectos ambientais. Entre os fatores que devem ser priorizados nesse planejamento, deve-se estruturar um sistema de saneamento eficaz, o que inclui um dimensionamento adequado do sistema de drenagem de um município. O presente trabalho adotou como estudo de caso a Bacia do rio Trapiche, em Itaguaí, que exemplifica bem o universo das áreas urbanas do país, caracterizadas por um crescimento desordenado e sem planejamento, desfavorecendo as condições desejáveis de drenagem. Com base no estudo e nem experiências adotadas por outras localidades foram discriminadas medidas propositivas para melhoria da situação atual, englobando intervenções de cunho socioambiental alem da drenagem propriamente dita MATERIAL E MÉTODOS

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Esta pesquisa foi centrada em uma abordagem descritiva, com a realização de um prédiagnóstico do sistema de macrodrenagem e possíveis medidas de prevenção, mitigação e resolução de problemas a serem verificados na área de Itaguaí. A execução do trabalho realizou-se com base em um planejamento privilegiando três etapas principais: 1º-Obtenção de dados para compor a fundamentação teórica do tema; 2º-Realização de visita técnica, coleta de dados de campo para elaboração de um diagnóstico preliminar; 3º-Proposições de melhoria do sistema. Adotou-se como unidade de estudo e de planejamento principal a bacia hidrográfica. A partir do diagnostico preliminar identificou-se a bacia do Rio Trapiche como prioritária, a ser objeto de um maior aprofundamento por parte do estudo. Para essa escolha forma utilizados critérios como área de abrangência, condições sanitárias, e não conformidades diversas que somadas geram maior risco de enchentes e ocorrência de problemas socioambientais, Essa bacia adotada foi então subdividida em trechos em função de suas especificidades, com base em aspectos como uso e ocupação do solo, impermeabilização, condições existentes do sistema de meso e macrodrenagem, entre outras. A partir das fragilidades e potencialidades de cada um dos trechos previamente identificados foram feitas proposições de intervenções para melhoria das condições socioambientais da bacia de drenagem estudada. RESULTADOS E DISCUSSÃO Itaguaí não dispõe de muitos sistemas de microdrenagem implantados, sendo que os existentes muitas vezes funcionam de forma precária, por subdimensionamento, falta de manutenção ou problemas de deságue nos corpos receptores. Três principais rios cortam o centro, em parte canalizados e parte a céu aberto. Como não existe rede coletora de esgotos do sistema separador absoluto, essa carência faz com que as condições ambientais destes corpos hídricos sejam bastante precárias. Itaguaí pertence à Região Hidrográfica do Guandu, de acordo com o Plano de Desenvolvimento Sustentável da Baía de Sepetiba do Instituto Estadual do Ambiente (INEA),e é área de grande interesse hídrico por se tratar do manancial responsável pela maior parte da água tratada do município do Rio de Janeiro. Os principais corpos hídricos do município de Itaguaí são: • Rio Mazomba-Cação • Rio Trapiche • Rio Itaguaí • Canal de Santo Inácio • Córrego Raiz da Serra • Rio Piloto • Rio dos Teles • Valão dos Bois Boa parte desta rede hidrográfica drena para a Baía de Sepetiba, corpo hídrico de grande importância ambiental e econômica, extremamente degradada por força de atividades antrópicas na região. Utilizando-se da base cartográfica da Prefeitura Municipal de Itaguaí, juntamente com dados de seu Plano Diretor datado de 2008, fez-se divisões da Bacia do Trapiche. A bacia do Rio Trapiche conta com uma área de 9888 km² e aproximadamente 6,38 km de extensão de rio, o qual a nascente localiza-se no bairro de Vista Alegre, próximo a Rua Quarenta e Seis, e sua foz no Rio da Guarda. 1193

Para a delimitação da bacia utilizou-se o divisor topográfico, através da utilização das curvas de nível do local como um divisor superficial. Para melhor estudo desta bacia, foi feito uma subdivisão da mesma em três áreas conforme descrito a seguir: • Área Rural 1 – Com uma área de 2152 km², esta é a região a qual abrange sua nascente e apresenta seção irregular, típica de canal natural com pequenos problemas. • Área Central – Maior área da subdivisão da bacia, que conta com aproximadamente 4772 km², está é a região aonde a bacia enfrenta seus maiores problemas, ando pelo centro da cidade de Itaguaí, com parte de sua seção natural e parte em seção retangular, com margens em pedra e fundo natural e toda sua faixa marginal de proteção ocupada. • Área Rural 2 – Conta com 2951 km², com quase totalidade de sua área ainda preservada, esta é a parte jusante da bacia a qual se estende desde a travessia com a linha férrea até seu deságue no Rio da Guarda. Na figura 1 a seguir pode-se verificar essa subdivisão da bacia.

Figura 1: Subdivisões do Rio Trapiche Em toda sua extensão, o Trapiche apresenta invasões da faixa marginal de proteção o que prejudica o espraiamento em caso de cheias do rio, além lançamento de esgoto sanitário e 1194

resíduos urbanos, com alguns pontos de estrangulamentos de seção. Com apenas uma pequena parte de sua extensão possuindo área projetada, este rio necessita de intervenções, as quais proporcionariam melhor escoamento e menor risco de enchentes. Com essa análise prévia sobre as condições ambientais e hidráulicas do rio, foram feitas proposições iniciais para que haja melhora nessas condições atuais, no entanto a ausência atual informações, dados desta bacia, pelos órgão competentes faz com que não haja dados suficientes para uma proposição mais concreta para a bacia. Contudo para que um Plano de Saneamento seja elaborado de forma correta é necessário levantamentos planialtimétricos, histórico de vazões do rio em questão e perfil das seções deste, dentre outros dados. Proposições Para elaboração das proposições para melhoria das condições do Rio Trapiche levou-se em consideração prioritariamente os aspectos ambientais já que não há dados hidráulicos completos, tampouco topografia. Assim sendo não foi possível uma simulação hidráulica ou a utilização de parâmetros reais de estudo. Para proposições, assim como as características do rio, utilizou-se a bacia dividida em áreas com características semelhantes, aonde soluções afins seriam funcionais. Assim sendo, esse estudo espelhou-se em locais com uma problemática semelhante, onde soluções similares poderiam ser implantadas. •

Área Rural – 1 Nesta primeira área não foram encontrados muitos problemas, principalmente por o rio está ando lateral a uma propriedade agrícola, onde há preservação da sua mata ciliar. No entanto ainda à montante da BR-101 já são observadas casas ocupando a área da FMP, tornase desta forma necessário que seja feita uma intervenção no local para que não haja expansão da ocupação irregular ribeirinha. Nesta localidade propõe-se a construção de um Parque Linear (PL), projetado em linha ao longo de um rio ou trecho dele, principalmente na parte em que o rio corta uma área urbanizada, unindo um conceito ambiental de proteção da calha do rio e seu entorno ao fator paisagístico, tornando um espaço funcional à população. Nesta área sugere-se a implantação de um PL por ser a área onde está a nascente do rio, além de ter um foco de erosão o qual poderá causar problemas de assoreamento do corpo hídrico.Com essa concepção é possível recuperar o ecossistema local, impedir enchentes, diminuir a poluição do corpo hídrico alem de proporcionar a população um espaço para lazer. Atualmente tem-se visto esse conceito ser aplicado em muitas cidades obtendo um resultado muito positivo ambientalmente além do apoio da população, mesmo que na maioria dos casos é necessária remoção de pessoas de áreas irregulares. A recuperação dessa área eliminaria a poluição neste trecho permitindo que a fauna e flora da região se recuperem. Além de proteger a Área de Preservação Permanente do rio o PL poderá fornecer um ambiente agradável para os usuários da BR-101 que buscarem pausa à sua viagem. O PL abrangeria uma área de 305 mil m², indo da nascente com margem direita dentro da FMP de 30 m, estabelecida conforme diretrizes da Gerência de Hidrologia e Hidráulica Faixas Marginais de Proteção e Outorga (INEA,20??), e a área da margem esquerda sendo superior para que seja evitada a ocupação irregular de edificações no local, assim nãofavorecendo a descarga de esgoto sanitário no leito. Junto a nascente, seria feita recuperação do ponto de erosão acima, impedindo que haja deposição de sedimentos na parte inicial do Trapiche.

1195

Figura 2: Área do Parque Linear À exemplo de diversos outros municípios, a implantação deste PL contribuiria como uma medida sustentável de uso e ocupação das margens do rio, e através da construção de quadras de esporte, ciclovias e espaços para atividades ao ar livre dar-se-ia um uso publico as essas áreas, garantindo-se concomitantemente melhores condições de escoamento e mesmo de manutenção quando necessário. •

Área Central A Área Central é a área que possui mais problemas ambientais, principalmente pelo fato de ar pelo centro urbano do município. Há ocupação da FMP de forma desordenada em quase toda sua área, além de lançamento indiscriminado de esgoto sanitário e resíduos sólidos no leito do rio. Nesta área, a utilização de Parques Lineares obrigaria a enormes custos com desapropriação, sem considerar que os problemas sociais envolvendo a realocação de uma grande quantidade de pessoas talvez não traga uma imagem muito positiva a istração pública responsável pela obra,no entanto é necessário que sejam feitas intervenções que proporcionem prioritariamente melhores condições de escoamento hidráulico ao Trapiche e melhor qualidade de vida à população.Assim sendo, para esta área será proposto por este trabalho duas modificações no rio. A primeira, com âmbito hidráulico, é a adequação da calha do rio. Esta medida proporcionará ao rio um melhor escoamento e, aumentando-se a calha do rio será minimizado o risco de enchentes, assim diminuindo o risco de perdas materiais e de vidas humanas. A segunda, com o foco ambiental e urbanístico, é a construção de avenidas marginais com ciclovias, as quais além de melhorar a mobilidade urbana também impediria a ocupação da FMP, trazendo ao centro da cidade uma imagem mais harmoniosa com a utilização de ferramentas paisagísticas. Para melhor entendimento dessas duas proposições elas serão abordadas separadamente a seguir. •

Adequação de Calha Como no trecho central desta área já há uma parte do rio canalizada, a proposta seria que toda a área tivesse o mesmo tipo de canalização, ou seja, seção retangular com margens em pedra e fundo de canal natural, com sua seção aumentando gradativamente de acordo com as vazões e trechos do rio.

1196

•

Avenidas Marginais com Ciclovias A utilização de Avenidas Marginais com ciclovias tem proporcionado às cidades melhor mobilidade e maior sustentabilidade, sendo a utilização de bicicletas é uma forma ambientalmente correta de locomoção, além de saudável. As avenidas marginais deverão ter sua largura como proteção da ocupação da FMP, usualmente com vias unilaterais em cada margem do rio. Juntamente com a adequação da calha do rio, onde haverá um aumento da seção natural tanto em altura quanto em largura essa faixa se aproximará da FMP, permitindo assim melhoria das condições de macrodrenagem deste corpo hídrico, além dos benefícios ambientais e urbanísticos supracitados. •

Área Rural - 2 Com a implantação do projeto de esgotamento sanitário juntamente com as proposições acima já traria a essa área melhores condições, pois o maior problema desta é justamente a poluição do rio já que a mesma a por uma área aonde é preservada sua faixa marginal. Desta forma, a única proposição para esta área seria um acompanhamento da prefeitura para que não haja essa ocupação. Caso, com o crescimento do município, a urbanização desta área pode ser feita conforme os parâmetros acima, com construções de parques lineares, adequação de calha e/ou avenidas marginais, fazendo com que sua expansão não provoque danos ao meio ambiente e nem ao sistema de macrodrenagem, evitando assim catástrofes ambientais.

1197

Tabela 1 – Resumo do Trabalho RESUMO DO TRABALHO Local

Trecho

Área Rural 1

-

1

2

Comprimento (m)

1.500,00

Características

Problemas

2152,00

Área da nascente do rio. a por propriedades agrícolas e com canal natural aberto.

O final da área tem sua FMP ocupada e a poluição hídrica. Ocupação de FMP, estrangulame nto de seção por pontes e poluição hídrica. Ocupação da FMP, sem o, com edificações ao entorno e poluição hídrica.

691,00

Área com muitas edificações. Canal natural aberto.

560,00

Área intermediária com total ocupação da FMP. Canal natural aberto.

Área Central

4772,00

3

Área Rural 2

Área (km²)

-

Proposições

Parque Linear

Adequação de Calha e Avenida Marginal com ciclovia

Adequação de Calha e Avenida Marginal com ciclovia

622,00

Área totalmente urbanizada. Canal aberto, parte natural e parte com margem de pedra e fundo natural. Deságue de seu afluente central.

Ocupação da FMP, poluição hídrica, estrangulame nto de seções e possível remanso.

Adequação de Calha e Avenida Marginal com ciclovia

2.820,00

Área sem urbanização com características de mangue aonde o rio recebe o deságue do segundo afluente e tem sua foz no Rio da Guarda.

Sem problemas aparentes exceto a concentração de poluentes proveniente das outras áreas.

Acompanhament o da prefeitura para que não haja ocupação da FMP e com o crescimento urbano para a área recomendase a adequação de calha para o local.

2951,00

CONCLUSÕES O Município de Itaguaí encontra-se em franco processo de expansão. Mesmo com toda sua área central já urbanizada ainda há muito para onde a cidade crescer. Nesse particular, deve-se considerar as recentes mudanças efetuadas no Plano Diretor, favorecendo maior de ocupação através da redução das áreas rurais e consequentemente a possibilidade real da presença de mais gente e mais impermeabilização, aumentando o risco de enchentes e danos. No entanto, para que essa ocupação ocorra de uma forma ambientalmente menos impactante o processo deve ser conduzido com um mínimo planejamento. É necessário que haja uma maior sintonia com o ambiente e demais aspectos como o saneamento, o uso do solo, utilizando-se soluções que tenham respaldo da legislação pertinente, como a não ocupação ou mesmo a desocupação de FMPs e outras áreas protegidas importantes para o funcionamento do sistemas de escoamento das águas meteóricas. 1198

Instrumentos de planejamento como o plano de Saneamento de um município são uma forma de integrar varias áreas afins, como os aspectos de drenagem, meio ambiente e habitação, sendo isso essencial para direcionar as políticas e otimizar os investimentos públicos. Os diagnósticos prévios da situação existente são dessa forma o ponto de partida para a elaboração de um plano com maior precisão na definição de prioridades de áreas de ação e ivas de intervenção. Dando ênfase ao aspecto de drenagem, mas sem perder de vista outras variáveis que diretamente contribuem para o êxito ou o fracasso de planos, projetos e obras, o presente trabalho se propôs a realizar uma avaliação preliminar da Bacia do Rio Trapiche, em boa parte localizado no centro urbano do município, e que requer maio atenção. A partir dessa avaliação foi possível identificar algumas situações de risco e não conformidades diversas que geram problemas socioambientais muito negativos e que contribuem para redução da qualidade de vida e bem estar da população. Sequencialmente foram levantadas eventuais medidas para melhoria da drenagem da área abordada, com base em experiências similares que tiveram êxito em outros municípios do país. Entre esses casos podem ser citados a implantação de parques lineares as margens de córregos importantes em áreas mais urbanizadas, áreas essas que congregam a proteção necessária dos corpos hídricos a uma destinação desses espaços ao uso público, justamente em locais onde há maior carência desse tipo de áreas de lazer. Medidas assim garantem que essas áreas não sejam invadidas ou ocupadas indevidamente, contribuindo também para permitir o necessário o a equipamentos para as operações de manutenção/recuperação de calhas dos rios, tais como drenagem e desassoreamento. Assim sendo, qualquer intervenção de saneamento nessa área trará inegáveis benefícios na melhoria da qualidade ambiental da Baía de Sepetiba. No caso especifico da capacidade de veiculação hídrica, vale ressaltar que a ausência de dados para elaboração de uma avaliação mais precisa fez com que a análise hidráulica necessária para determinar os reais gargalos do sistema não fosse possível. Os dados sobre seu histórico de vazões também não foram encontrados, sendo necessária uma análise mais específica destas bem como o histórico de chuvas na região. Essa carência recorrente de falta de dados ou de falta de o a eles indica também que as atividades de monitoramento necessitam de urgente implementação por parte do poder público. Em adição se faz também necessária a realização de estudos preliminares como o levantamento topográfico das seções do rio, viabilizando uma analise mais precisa das condições de sua calha através de simulações hidráulicas ou através de outras ferramentas. REFERÊNCIAS GOVERNO DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO. Instituto Estadual do Ambiente (INEA). Plano de Desenvolvimento Sustentável da Baía De Sepetiba. rev. 2. Rio de Janeiro, 2010. GOVERNO DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO. Instituto Estadual do Ambiente (INEA). Gerência de Hidrologia e Hidráulica - Faixas Marginais de Proteção e Outorga. Rio de Janeiro, 20??. BRASIL. Senado Federal. Constituição Federal. Brasília: Centro Gráfico do Senado Federal,1988. PREFEITURA MUNICIPAL DE ITAGUAÍ. Plano Diretor de Itaguaí. Itaguaí, 2008

1199

I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

BENEFÍCIOS E VANTAGENS DO SERVIÇO DE MUDLOGGING PRISCILA FURGHIERI BYLAARDT CALDAS1, GERALDO DE SOUZA FERREIRA2, FERNANDO CUNHA PEIXOTO3 1

Graduada Engenharia Química 2011, Universidade Federal Fluminense, (21) 91448512, [email protected] Doutorado Engenharia de Produção 2002, COPPE UFRJ, (21) 99750960, [email protected] 3 Doutorado Engenharia Química 1997, COPPE UFRJ, [email protected] 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: O serviço de mudlogging na exploração de jazidas de petróleo iniciou comercialmente no final da década de 1930 e é utilizado até hoje, tendo como base a avaliação geológica e petrofísica dos fragmentos de rocha recolhidos durante a perfuração, como e na engenharia de perfuração em tempo real. Comercialmente este serviço apresenta um custo reduzido quando comparado a serviços como MWD/LWD. Contudo a atenção e a comunicação com os envolvidos, essenciais nesse negócio exercido pelo operador da cabine de mudlogging, são muito importantes durante a perfuração para a segurança de todos e do meio ambiente. Este trabalho tem como objetivo apresentar o trabalho exercido pelo operador de mudlogging, enumerar os principais problemas ocorridos durante a perfuração e, com base em cálculos matemáticos, demonstrar que este serviço – devido ao sistema de alarmes e treinamento adequado – é vantajoso e pode evitar e/ou minimizar as anomalias durante a perfuração. Portanto, este trabalho atribui destaque ao mudlogging com uma significativa função, por ser uma ferramenta de alerta e de previsões auxiliares na segurança e saúde, cujo custo, quando comparado ao de anomalias, beneficia o orçamento do projeto do poço. PALAVRAS–CHAVE: Mudlogging, anomalias, perfuração.

BENEFITS AND ADVANTAGES OF MUDLOGGING SERVICE ABSTRACT: The mudlogging service in exploring oil fields began commercially in the late 1930s and is still used today based on geological and petrophysical evaluation of rock fragments collected during drilling, as in drilling engineering in real-time. Commercially this service presents a reduced cost when compared to services such as MWD/LWD. However attention and communication with stakeholders, essential in this business exercised by the operators of the mudlogging cabin, are very important during drilling for everyone’s safety and the environment. This paper aims to present the work carried out by the mudlogging operator, indicate the main problems encountered during drilling and, based on mathematical calculations demonstrate that this service - because of the alarm system and proper training - is advantageous and can prevent and/or minimize anomalies during drilling. Therefore, this paper attributes prominence to mudlogging a significant role, for being a warning and forecasting tool that aids in safety and health, which cost when compared to anomalies, benefits the project budget from the well. KEYWORDS: Mudlogging, anomalies, drilling.

1200

INTRODUÇÃO O serviço de mudlogging se tornou, ao longo dos anos, uma das principais ferramentas de análise de poço de petróleo devido a grande quantidade de informações geradas em tempo real durante as operações da sonda. O avanço tecnológico contribuiu na computação e nas redes tecnológicas, no design dos sensores de superfície e nas análises de amostras de calha, garantindo a confiabilidade deste serviço. No mudlogging existem três pilares: avaliação geológica, avaliação petrofísica/reservatório da formação e serviço de e na engenharia de perfuração (DRIA, 2007). A análise desses três itens permite a identificação e a caracterização de situações anormais, como a de uma zona de pressão anormal. Um plano adequado de previsão de qualificação de todo o sistema antes das operações começarem e a realização de tarefas semanais de manutenção e calibração dos equipamentos ajudam a manter a qualidade destes dados gerados (DRIA, 2007). Em 1939, o primeiro laboratório de mudlogging foi introduzido comercialmente, contendo apenas um microscópio para análise dos cascalhos, um sensor para determinar a quantidade de hidrocarbonetos no fluido de retorno e gravar a profundidade (BELL et al., 2012). Atualmente a cabine contem equipamentos para analisar a composição do cascalho, identificar a presença de óleo (matéria orgânica), e testes com soluções químicas são realizados para identificações específicas. Os sensores que fornecem os dados de perfuração estão espalhados pela superfície da sonda em locais e equipamentos específicos para a obtenção de cada parâmetro. Os principais parâmetros estão representados na Tabela 1, abaixo, sendo que alguns destes são, na verdade, derivados de valores obtidos em tempo real pelos sensores. Tabela 1 - Parâmetros de Perfuração. Peso sobre a broca (WOB)

Volume da lama nos tanques

Taxa de Penetração (ROP)

Vazão de entrada/saída de fluido no poço

Rotação da coluna (RPM)

Pressão na coluna de perfuração (SPP)

Torque

Carga do gancho (hook load)

Tempo de retorno do fluido (lag time)

Altura do gancho (hook height)

Número de ciclos de bombeio por minuto (SPM)

Profundidade Total

Gás total

Densidade da lama de entrada e saída

Fonte: Adaptado de Eren(2010) e Chipindu (2010).

Com estas informações os objetivos e as tarefas do mudlogging podem ser resumidas em: identificar formação de hidrocarbonetos com potencias de produção, identificar marcadores ou correlatos de formação geológica e providenciar dados para o sondador que permita uma operação segura e economicamente otimizada (DRIA, 2007). Todos os dados são obtidos em frequência de segundos pelos sensores e são convertidos de acordo com a calibração destes nos parâmetros apresentados acima, e em seguida são armazenados em uma base de dados em função do tempo e da profundidade. A partir destes, outros parâmetros são gerados pela rede do sistema como apresentado na Figura 1, abaixo: 1201

Figura 1 - Principais computadores do sistema. Fonte: ONOE et al. (1991).

Os diferentes programas presentes no software, como exibido pela Figura 1, permitem a interpretação destes dados em conjunto, formando linhas de tendência, por exemplo. Informações sobre a coluna, o tipo de fluido e os equipamentos das sondas devem estar sempre atualizados para correta interpretação dos dados obtidos por estes programas. O monitoramento é auxiliado por alarmes que notificam as discrepâncias nos valores dos parâmetros e processam os parâmetros em linhas em função do tempo ou da profundidade, o que facilita a observação de uma anomalia, como representado na Figura 2 abaixo:

Figura 2: Exemplo dos valores de parâmetros exibidos graficamente em tempo real. Fonte: (WHITE et al., 1991).

Como a perfuração é uma atividade que ocorre a quilômetros de profundidade, mudanças nos valores dos dados alertam o sondador e o fiscal de modo que se possa prevenir de imediato um problema.

1202

O sistema de monitoramento em tempo real melhora a segurança da sonda e traz benefícios ambientais (WHITE et al., 1991). A importância do acompanhamento está diretamente relacionada com a perfuração, pois a análise de dados, o monitoramento e um meio de comunicação eficaz aperfeiçoam a atividade da sonda e antecipam potenciais problemas. A padronização da empresa qualifica o serviço prestado, tanto no âmbito de trabalhadores quanto no de equipamentos fornecidos. Neste presente trabalho, demonstra-se os principais problemas encontrados durante a perfuração de poços e como o serviço de mudlogging pode ser beneficente em termos de redução dos custos totais devido a otimização da perfuração. DESENVOLVIMENTO As potenciais anomalias ou problemas de um poço, como citado por Cerqueira (1997), são qualquer resultado indesejável de uma atividade ou processo. O essencial para prevê-lo e preveni-lo é identificar a natureza (tipo de problema) e como se manifesta (os sintomas). O armazenamento dos dados é uma ferramenta de pós-análise que ajuda no desenvolvimento de novos procedimentos para evitar que (re)ocorra uma situação de sinistro. Os problemas durante a perfuração são diversos, contudo nem sempre de fácil solução e, em casos extremos, é necessário fazer o abandono do poço. Portanto, os parâmetros aqui relacionados são importantes, pois estes servem como base para prevenir que os problemas de fato ocorram e/ou sejam agravados. Apesar da tecnologia das ferramentas da perfuração, as técnicas e a segurança do ambiente serem bastante evoluídos quando comparados aos primórdios da exploração do petróleo, sinistros continuam a ocorrer e, com eles, a contratação de tempo adicional de sonda, o atraso no cronograma de execução do projeto, e não raramente a perda do poço (TAVARES, 2006). As principais anomalias que podem ocorrer durante a perfuração estão apresentadas na Tabela 2 abaixo: Tabela 2 - Principais problemas encontrados. Perda de Circulação

Prisão por Diferencial

Desmoronamento do Poço

Alargamento do Poço

Má limpeza do Poço

Packer Hidráulico (pack-off)

Chavetas

Influxo – Kick e Blowout

Batente

Fechamento de Poço

Entupimento de Jatos

Enceramento da Broca

Vazamento (whashout)

Vibrações e Choque

Estes problemas muitas vezes apresentam uma relação entre si de causa e consequência, como apresentado na Figura 3 abaixo:

1203

Figura 3: Relação causa e consequência dos principais problemas. Fonte: Tavares (2006).

Outras falhas também podem contribuir para dificultar a perfuração como: cimentação deficiente, falha de revestimento do poço, falha de equipamentos no BHA, falha da trajetória do poço, instabilidade da cabeça do poço, dificuldade de manobra e dificuldade de avanço (CHIPINDU, 2010). Através da utilização de sistema de mudlogging respostas imediatas podem ser executadas, evitando intercorrências relatadas na Figura 3. Por exemplo, durante o bombeio de um tampão, se um pequeno vazamento (whashout) ocorre na parede de um dos tubos de perfuração a SPP diminui lentamente e, se a vazão de bombeio não é diminuída ou até mesmo cessada, esse vazamento pode aumentar de diâmetro, aumentando a taxa da queda da SPP, o que pode levar a quebra da coluna, dando origem a um peixe (elemento que cai dentro do poço). Operações de pescaria estão entre as maiores fontes de custos adicionais na perfuração. CUSTOS Inúmeras operações e atividades tomam conta do campo de petróleo, principalmente por ser tratar de um desenvolvimento contínuo para se enfrentar as dificuldades da exploração em lugares cada vez mais remotos. É razoável esperar que o número e a complexidade dos problemas aumentem, assim como o planejamento para manter as atividades. Com uma análise de dados adequadamente voltada para antecipação de problemas, elimina-se um custo extra de 10 a 15% do valor total do poço previsto (SANTARELLI et al., 1996). O custo total das operações depende principalmente dos tipos de brocas e do fluido de perfuração utilizados, e estes variam com as fases do poço, as quais são nomeadas de acordo com o diâmetro das brocas utilizadas. As fases sem retorno costumam ter um custo menor que as fases com retorno, já que estas últimas são as fases de reservatório e mais informações são requeridas. Estimar o custo do mudlogging depende de quais serviços o cliente quer, a Tabela 4, abaixo, apresenta os preços médios deste serviço. Tabela 4 - Custo de Equipamentos de Mudlogging por dia. Equipamentos

Custo em $U.S. dólar/dia

Detector de gás

125,00 – 300,00

Mudlogging

800,00 – 1.250,00

Mudlogging Avançado

975,00 – 1.800,00

Mudlogging Computadorizado

1.250,00 – 3.000,00

Fonte: Adaptado de Petrowiki (2013).

1204

Atualmente, o serviço de mudlogging de tecnologia avançada é da ordem de 5.000,00 a 10.000,00 dólares/dia. Para determinar se o serviço de mudlogging convém ser utilizado, pode-se demonstrar através do cálculo do custo de otimização na perfuração, com base na Equação 1, abaixo, de uso corrente na literatura (WHITTAKER, 1987, AMORIN JR., 2008). X =

£F¼£! ×V(¼V

(1)

Em que, Cm é o custo por metro perfurado, em $/m; Cb é o custo da broca, em $; Cs é o custo da sonda, em $; Tp é o tempo de perfuração, em h; Tm é o tempo de manobra, em h; m é o comprimento do intervalo perfurado, em metro.

Quando ocorre um sinistro, o custo de solução também pode ser calculado, a pescaria, por exemplo, é uma operação de tempo indeterminado, podendo durar dias ou até meses, o que é associado a um custo tão elevado que, em muitas ocasiões, não vale a pena recuperar o peixe. Para analisar a viabilidade da mesma, é feito um estudo de custo das ferramentas que ficaram no poço, somadas ao custo diário do aluguel das ferramentas de pescaria, o técnico responsável pela pescaria e o custo diário da sonda. O valor deste somatório é, então, comparado ao do sidetrack (desvio do poço) e, se o valor ficar próximo dos 50%, o peixe é abandonado e realiza-se o sidetrack (SANTOS E SANTANA, 2011). Os problemas, normalmente, representam um aumento de 20% do custo total de um poço, ou seja, se um poço de água profundas tem o custo previsto de 10 milhões de dólares, um problema acarretaria um aumento de 2 milhões no custo (LIMA, 2003). A aquisição de dados do mudlogging e a sua interpretação são importantes ferramentas de planejamento logístico. A título de exemplo, pode-se avaliar com mais exatidão a vida útil remanescente de uma broca em uso, podendo, inclusive, dilatar a previsão original, o que acarreta diminuição do custo, pelo fato de retardar a aquisição de nova broca pela diminuição do tempo de manobra. Analisando esse exemplo de modo mais quantitativo, calcula-se o tempo de manobra num poço de 4000 m de profundidade utilizando a Equação 2, manobra esta necessária para trazer a broca até a superfície e descer novo BHA (com a broca nova) (CANDOL E CORRÊA, 2012). = = ò* × 0,003 + 1

(2)

Em que, Pe é a profundidade de entrada, em metro.

Substituindo os valores temos: = = 2 × ¨4000 × 0,003 + 1ª = 26 ℎ

(3)

O custo de uma broca da fase final é da ordem de 41.000$U e custo diário de uma sonda é de, aproximadamente $20.000,00/h (CANDOL E CORRÊA, 2012), supondo que esteja há 30 dias na localização, temos as Equações 4 e 5, abaixo (WHITTAKER, 1987). CT=CF+¨CS × ∑ T t + Tmª

CTb = CF – Cb + ¨CS + CM × ∑ T t + Tmª

(4) (5)

Em que, CT é o custo total do poço, em $; CTb é o custo total com broca extra, em $; CF é o custos fixos, em $; Cb é o custo da broca, em $; Cs é a taxa de custo por dia da sonda ou outros serviços, em $/dia; CM é a taxa do custo extra do mudlogging, em $/dia; ∑Tt é o somatório do tempo total (de perfuração, rotação, manobra, avaliação, downtime e fora do fundo) do poço, em dia.

1205

Pela diferença dessas duas equações acima temos a Equação 6, abaixo, cujo resultado demonstra a rentabilidade ao utilizar o serviço prestado pelo mudlogging (WHITTAKER, 1987). ∆C = CTb − CT ≤ 0

(6)

Substituindo os parâmetros na fórmula, temos a Equação 7 e a Equação final 8. ΔC = −Cb − CS × Tm + ¨CM × ∑ T t − Tmª ≤ 0 C M ≤ W

}I¼}S×ä¶ ¨∑ äaä¶ª

X

(7) (8)

Substituindo os valores utilizados acima na Equação 8 temos: [ = 19.400,00$/dia

€8.:::,::¼;:.:::,::×;þ

C M = Y

<:

/Z /ˆ

(9)

Pela equação acima temos que CM ≤ 19.400,00$, o que significa que o serviço é rentável somente se o preço do mudlogging for menor ou igual ao valor encontrado e, para este caso, é. Fica evidente o benefício deste serviço para otimização da perfuração e do tempo de operação. CONCLUSOES A análise de dados já representa uma área de especialização dentro da Engenharia de Poço (LAGRECA et al., 2004), e a monitoração da atividade de um poço em fase de exploração torna-se mais requerida quando avaliado a importância dos parâmetros de perfuração e, da formação por serem indicadores de condições referentes à saúde, segurança e meio ambiente. O auxilio do alarme presente nos softwares um dispositivo extra que ajuda em uma prevenção mais rápida e eficaz, contudo, esta prevenção só é possível se há uma comunicação eficiente e entendimento entre os trabalhadores. A aplicação de tal trabalho nas sondas são custo-eficiente, como evidencia o resultado da Equação 9 (Rey-Fabret et al., 2004). O serviço de mudlogging, portanto, tem um impacto direto na eficiência da perfuração promovendo dados de confiança para aplicar ações corretivas imediatas (Rey-Fabret et al., 2004). Além disso, informações e análises do cascalho é outra ferramenta que permite a estruturação correta do poço, como exibido na Figura 4, abaixo.

1206

Figura 4: Interpretação de dados – lado esquerdo usando dados regionais e históricos, lado direito avaliação usando parâmetros elétricos baseados nos tipos de rocha analisado pelo mudlogging. Fonte: Loermans et al. (2005).

Com um custo de problema da ordem de 20% do custo total, esta comparação com o custo obtido pelo serviço de mudlogging é evidentemente mais vantajoso. Recordando que, este é apenas uma ferramenta de alerta e previsões, e caso medidas não sejam tomadas frente a uma anomalia, o problema ocorre com ou sem o uso deste serviço. GLOSSÁRIO Mudlogging: Serviço de acompanhamento, registro e análise do gás de formação e fragmentos de rocha recuperados com o fluido de perfuração e, de parâmetros de superfície da perfuração. MWD: Measuring while drilling – Ferramenta utilizada na coluna de perfuração para fazer a avaliação de parâmetros geométricos do poço (profundidade, inclinação, azimute) e suas propriedades físicas durante a perfuração. LWD: Logging while drilling - Ferramenta utilizada na coluna de perfuração para fazer a perfilagem do poço durante a perfuração. REFERÊNCIAS AMORIN JR. D. S. Metodologia para a Redução de Custos na Perfuração de Poços de Petróleo e Gás. São Paulo: Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, Mestrado em Engenharia de Minas e de Petróleo, 2008. BELL P. A. C., et al. The Expanding Role of Mud Logging. Oilfield Review Spring, Schlumberger, 2012. CANDOL F. S., CORRÊA L. L. B. Análise Estatística do Custo Métrico de Perfuração de Poços de Petróleo. Rio de Janeiro: Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola Politécnica, Janeiro, 2012. CERQUEIRA J. P. A metodologia de análise e solução de problemas. Equipe Grifo. 2ª. ed. Editora Afiliada. São Paulo/Brasil, 1997. CHIPINDU, N. S. C. Pós-análise em problemas de perfuração de poços marítimos de desenvolvimento. Campinas, SP: Programa Multidisciplinar de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Petróleo, 2010. EREN, T. Real-time-optimization of Drilling Parameters During Drilling Operations. A Thesis Submitted to the Graduate School of Natural and Applied Sciences of Middle East Technical University, 2010. p. 145. 1207

LAGRECA, A.J.; DAMSKI, C.; PEDEN, J.; NAKAGAWA, E. The Role of Knowledge, Tools and Systems for Drilling Analysis. In: IADC/SPE Asia Pacific Drilling Technology Conference and Exhibition, Kuala Lumpur, 2004. DRIA, D. E. Mud Logging. In: LAKE, L. W. (Ed.) Petroleum Engineering Handbook Volume V. Society of Petroleum Engineers, 2007. 1651 p. cap 3F. p. V-357 – V377. LIMA C. J. T. Processo de Tomada de Decisão em Projetos de Exploração e Produção de Petróleo no Brasil: Uma Abordagem utilizando Conjuntos Nebulosos. Rio de Janeiro: COPPE, Universidade Federal do Rio de Janeiro, M. Sc., Planejamento Energético, 2003. LOERMANS T., KANJ M., BRADFORD C. Advanced Mud Logging: from Archie’s Dream to Reality. Society of Petroleum Engineers, Maio 2005. ONOE Y., Japan Natl. Oil Corp., YODER D., LAWRENCE M., DRD Corp. Improved Drilling Performance, Efficiency, and Operations Using an Advanced Real-Time Information System for Drilling. Society of Petroleum Engineers, Outubro 1991. PETROWIKI. Disponível em: . o em: 19 de Janeiro de 2013. REY-FABRET I.; NAUROY, J.F.; VINCKÉ, O.; PEYSSON, Y.; KING, I.; CHAUVIN, H. and CAGNARD, F. Intelligent Drilling Surveillance through Real Time Diagnosis. Oil & Gas Science and Technology – Rev. IFP, Vol. 59 (2004), No. 4, p. 357-369. SANTARELLI F.J., ZAHO S., BURRAFATO G., ZAUSA F., GIACCA D. Wellbore Stability Analysis Made Easy and Practical. New Orleans: In: SPE/IADC Drilling Conference, 1996. SANTOS L. S., SANTANA A. P. S. C. Pescaria em Poços de Petróleo. Sergipe: Cadernos de Graduação – Ciências Exatas e Tecnológicas, Jul/Dez 2011. V. 13, N 4, p. 35-44. TAVARES, R. M. Interpretação e Análise de Dados de Perfuração em Poços de Petróleo. São Paulo: dissertação de mestrado em Ciências e Engenharia de Petróleo na Universidade Estadual de Campinas, 2006. WHITTAKER, A. H. Mud Logging, Petroleum Engineering Handbook, Texas: SPE, Richardson, 1987. Cap. 52. WHITE D. B., WEISHAUPT M., KENT D. J, Sedco Forex. A Computer Monitoring System Improves Rig Safety. Society of Petroleum Engineers, Novembro 1991.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

APLICANDO AS METODOLOGIAS DE ENSINO HANDS-ON E ENGENHARIA REVERSA NO PROJETO DE FABRICAÇÃO DO TORNO MECÂNICO DE LEONARDO DA VINCI COMO FERRAMENTA DE ENSINO MARCELLE E. FERREIRA1, PEDRO V. BRANDÃO¹, FELIPE C. DA S. MIRANDA¹, DANIEL M. DE ALMEIDA¹, LUIZA S. YASSUDA¹, CAMILA P. DE SOUZA¹, YURI RENNE¹, EDUARDO LOPES¹, FABIANA R. LETA¹ 1 Universidade Federal Fluminense, Departamento de Engenharia Mecânica Rua o da Pátria, 156. 24210 - Niterói – Rio de Janeiro

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: O objetivo deste artigo é apresentar o projeto de desenvolvimento e construção de um torno mecânico baseado no desenho de Leonardo da Vinci, a partir do uso de metodologias de ensino Hands-on e Engenharia Reversa. Foi escolhida para início do projeto de estudo de máquinas antigas a máquina-ferramenta torno mecânico devido aos avanços tecnológicos, consequentes de sua criação. Para contextualizar a invenção no tempo, foi realizado um estudo da vida de Leonardo da Vinci. A pesquisa envolveu a realização de conceitos de Engenharia Reversa, uma vez que os documentos disponíveis consistiam apenas de um esboço desenhado por Leonardo da Vinci, o que tornou o projeto desafiador. Após o estudo preliminar do esboço e do funcionamento de tornos mecânicos atuais, desenvolveu-se o projeto e a sua construção considerou ao máximo materiais disponíveis à época do invento. O torno desenvolvido será utilizado não apenas como uma forma de contar a história das invenções, mas como meio de ensino de mecânica, tendo em vista as adaptações feitas no projeto original que permitirão reflexões sobre conceitos como: braço de alavanca, momento de inércia, entre outros. Este artigo sintetiza o desenvolvimento do primeiro equipamento do projeto Máquinas Antigas, desenvolvido pelo Programa de Educação Tutorial em Engenharia Mecânica da UFF, que visa projetar e construir máquinas como meio de ensino lúdico e contextualizado para alunos de ensino médio, fundamental e de graduação. PALAVRAS–CHAVE: Engenharia Reversa, Hands-on, Máquinas Antigas.

ANTIQUE MACHINERY PROJECT: APPLYING THE HANDS-ON REVERSE ENGINEERING METHODOLOGIES IN DEVELOPING A LATHE BASED ON LEONARDO DA VINCI ABSTRACT: The aim of this paper is to present the project development and construction of a lathe based on a Leonardo da Vinci´s drawing, considering the use of hands-on methodology and reverse engineering methods. We have chosen as the first old machine this lathe due to technological advances observed nowadays. In other to contextualize the invention in time, a study of the life of Leonardo da Vinci was evaluated. The research involved the concepts of reverse engineering, since the documents available only consisted of a sketch drawn by Leonardo da Vinci, which made the project an interesting challenge. After the preliminary study of the outline and lathes current operation, we developed the project and its construction, considering the available materials at the time of the invention. The developed lathe will be used not only as a way to tell the story of inventions, but as a teaching device, considering the adjustments made to the original design that will allow reflections on concepts such as: handle arm, inertia moment, among others. This paper summarizes the development of the first device of the Antique Machinery Project, developed by Tutorial Education Program in Mechanical Engineering from the UFF, which aims to design and build machines as a teaching playful and contextualized for undergraduated, high school and elementary students. KEYWORDS: reverse engineering, Hands-on, antique machines.

1209

INTRODUÇÃO O presente artigo consiste na continuidade da proposta apresentada pelo Programa de Educação Tutorial em Engenharia Mecânica da Universidade Federal Fluminense (PETMEC), no artigo “Aprendendo Projeto Mecânico e História da Ciência a partir de Máquinas Antigas”, publicado no XL Congresso Brasileiro de Educação em Engenharia (OLIVEIRA,2012). Neste artigo foi apresentada a contribuição de Leonardo Da Vinci para a idealização dum torno mecânico. Seu funcionamento com acionamento por pedal conectado a um virabrequim rotaciona um disco que acumula inércia, fornecendo movimento de rotação contínuo ao torno. Esse sistema é similar ao sistema motriz de uma máquina de costura antiga, podendo ser operado por apenas uma pessoa. O projeto tem como objetivo estimular o conhecimento da história da Engenharia, que ocorreu através de pessoas inovadoras, afim de provocar o pensamento crítico sobre os recursos disponíveis à época e a evolução até os dias atuais. Além disto, é um meio de estudo prático para os estudantes de Engenharia Mecânica, responsáveis pelo projeto e construção de máquinas antigas e para aqueles que terão a oportunidade de também trabalhar com elas nas fases de ensino e extensão do projeto. Foi escolhida, para o início do projeto de máquinas antigas, a máquina-ferramenta torno mecânico, devido aos avanços tecnológicos, consequentes de sua criação, acima do esperado para a época. Esta é considerada a máquina ferramenta mais antiga e importante ainda em uso e os avanços consequentes de seu advento vem sendo aplicados na manufatura de objetos usados desde na medicina até na indústria aeroespacial. O torno mecânico ajudou à humanidade a adquirir novas ferramentas necessárias ao crescimento tecnológico (USIMETAL, 2013). Considerando este contexto, o Programa de Educação Tutorial em Engenharia Mecânica da UFF realizou uma pesquisa sobre o torno mecânico idealizado por Leonardo da Vinci, e através de uma metodologia hands-on e do conceito de engenharia reversa desenvolveu o projeto e a construção do torno. Depois de finalizada a construção, o torno de Leonardo da Vinci poderá ser utilizado para fins educacionais no estudo da engenharia. Assim, o objetivo do presente artigo é analisar o torno de Leonardo da Vinci e, através da metodologia de engenharia reversa, estudar e descrever o o-a-o para se construir um torno similar ao idealizado. O projeto vem se mostrando relevante para a formação dos alunos envolvidos, pois possibilita a aplicação dos conceitos de engenharia de fabricação (seleção de materiais, corte, usinagem e montagem) e de dinâmica (carregamentos, inércia e movimentos), além de lidar com as questões inerentes ao desenvolvimento de projetos. Além disso, a perspectiva do uso futuro do torno como ferramenta de ensino, facilitando o entendimento dos movimentos, carregamentos e inércia, torna o projeto ainda mais promissor. MÁQUINAS DE LEONARDO DA VINCI Nascido em 15 de abril de 1492, época do Renascimento, nas colinas da Toscana, Leonardo da Vinci, morou alguns anos em Florença, porém maior parte de sua vida foi ada nas cortes de Milão, Roma e França. Sabe-se que da Vinci atuou em várias áreas da cultura e das ciências e seu nome é referência se tratando de inovação (KEMP, 2005). Leonardo da Vinci foi famoso por realizar dissecações humanas, em uma época em que tal fato poderia ser mal visto pela igreja e é o responsável pela criação de diversas máquinas de guerra, o que mostra sua ciência polêmica. Além de maquinários de uso civil e relações geométricas antes desconhecidas, umas de suas mais importantes invenções relacionadas à Engenharia são engrenagens para mergulho submarino, acrescentadas em seu traje de mergulho feito de couro, uma ponte giratória, para casos de saídas rápidas em meio à guerra, 1210

máquinas voadoras como o parafuso voador, ou o planador com asas, e um carro autopropelido que funciona através de molas e rodas engrenadas (NOGUEIRA, 2008). Ainda no âmbito da engenharia, Leonardo apresentou estudos em Resistência dos Materiais e outros inventos mecânicos, como o torno mecânico, objeto de estudo deste trabalho (KEMP, 2005). O TORNO MECÂNICO Como o torneamento é a operação de usinagem utilizada para a produção de superfícies de revolução, a peça gira em torno do eixo principal de rotação da máquina enquanto a ferramenta se desloca em diferentes trajetórias realizando a retirada de material. Dentre as várias modalidades de torneamento destacam-se: o torneamento cilíndrico, o torneamento cônico e o torneamento radial. O torno mecânico é conhecido como a principal máquina-ferramenta de usinagem, pois, através dele, podem ser realizadas diversas práticas de usinagem e a confecção de diferentes superfícies de revolução, trabalhando com peças desde seu estado bruto até o acabamento final. Os primeiros modelos de torno foram manuais. O que esses modelos têm em comum é a falta de um porta-ferramentas existentes nos tornos atuais, além de ser uma máquina exclusivamente mecânica, sem parte elétrica ou eletrônica. Esses modelos são o torno de arco, o torno de vara, o torno de fuso e o torno de Leonardo Da Vinci. As Figuras 1 e 2 são desenhos destes respectivos modelos (TECMECÂNICO).

Figura 1 – Tornos antigos (CIMM, 2013).

1211

Figura 2 – Modelos inicial e desenvolvido do torno de da Vinci (NEPELIUS, 2013). O modelo de torno atual que mais se aproxima ao modelo de da Vinci construído é o torno paralelo, representado na Figura 3. Em uma comparação entre este modelo e o torno de da Vinci, nota-se a presença de um motor, um porta-ferramentas e um cabeçote móvel, elementos que não se encontram nos tornos de épocas adas. O torno mecânico foi ível de vasta evolução ao longo dos anos.

Figura 3 – Esquema de um torno paralelo (CHIAVERINI, 1986). A peça a ser usinada é fixada numa placa de castanhas que fica presa à árvore, que faz parte do cabeçote fixo. A árvore gira e transmite esse movimento a peça. A caixa de câmbio permite a mudança da velocidade de rotação da árvore, que será definida a partir da operação a ser realizada. A placa giratória e os carros transversal e longitudinal permitem a 1212

movimentação da ferramenta de corte, fixada no porta-ferramenta, em diferentes direções. Na outra extremidade está localizado o cabeçote móvel que tem como função principal ar as peças que giram (CHIAVERINI, 1986). METODOLOGIAS DE ENSINO ENVOLVIDAS Para o desenvolvimento deste projeto foi necessário realizar um processo de engenharia reversa. A engenharia reversa pode ser definida como uma atividade que trabalha com um produto existente, com o objetivo de entender como ele funciona, sendo utilizado quando não se tem o à documentação de tal produto. O processo de engenharia reversa é normalmente dividido em duas etapas. A primeira etapa é a obtenção de informações que caracterizam o produto, identificando os seus componentes e a relação entre eles. Em seguida, busca-se representar o objeto sem modificá-lo. Na área da engenharia mecânica é comum documentar o objeto através de desenhos técnicos. Realiza-se a engenharia reversa para a manutenção de produtos sem documentação, ou quando se busca modernizar um produto (DIAS, 1998). Como o processo de engenharia reversa requer a extração de informações suficientes para a fabricação do produto, o dimensionamento do mesmo deve ser realizado cuidadosamente. Além disso, as tolerâncias dimensional e geométrica são importantes para a elaboração do desenho técnico do projeto. Estas não se encontram disponíveis e devem ser estudadas de acordo com as medições obtidas e as necessidades de ajuste e montagem inferidos do projeto. Além da análise metrológica deve-se considerar o material utilizado na construção da peça. Outra forma de se obter parâmetros importantes do produto é a realização de testes que simulam as condições de trabalho. Por fim, o processo de fabricação dos componentes do produto também deve ser levado em consideração na parte do projeto. A engenharia reversa não pode ser considerada apenas a atividade de elaborar um projeto para substituir um produto existente, mas também uma forma de aprimoramento do produto, permitindo a inovação (DIAS, 1998). Após se desenvolver o projeto, parte-se para a etapa construtiva, que neste caso enquadra-se em uma metodologia hands-on, que se trata de uma forma de aprendizagem mais informal e participativa, onde os alunos apresentam uma atitude proativa em relação à experimentação e questionamento sobre as práticas educativas. Este método se baseia essencialmente no aprender fazendo, podendo ser adaptada dependendo das circunstâncias e dos objetivos da atividade (NOVO et al, 2011). No modelo de ensino mais tradicional utilizado na educação de engenharia, existe um foco na transmissão de conceitos teóricos, a partir da prática repetitiva de mecanismos e da lógica dos modelos conceituais apresentados. A metodologia hands-on é utilizada para a contextualização do conhecimento teórico adquirido através desse modelo mais tradicional de ensino (BELHOT et al, 2001). Outra característica do hands-on, é que ela pode ser usada tanto para a introdução quanto para a fixação dos conhecimentos apresentados. O uso desta metodologia na formação de engenheiros permite a realização de projetos que servem como soluções para problemas reais, gerando um ambiente que propicia a inovação (BOESING E ROSA, 2008). Sendo, desta forma, uma importante ferramenta para a preparação adequada dos engenheiros, visto que, para se destacar no mercado de trabalho atualmente, inovar se tornou imprescindível.

1213

PROJETO DO TORNO Introdução O projeto escolhido, o torno de Leonardo da Vinci, por ser um projeto antigo, não dispõe de um modelo físico ível, o que torna o desafio de realizá-lo ainda maior, pois se baseia apenas em esboços de desenhos antigos desenvolvidos pelo autor. Primeiramente procurou-se estudar os desenhos de da Vinci como forma de obter uma caracterização de suas ideias, para reproduzi-las o mais fielmente possível. Porém, houve dificuldade em encontrar desenhos e projetos do modelo de torno mecânico. O que se encontra mais facilmente são projetos atuais baseados nestes desenhos, mas que não apresentam um detalhamento sobre o projeto e construção, que é um dos o objetivos do presente artigo. Um exemplo que cabe ser citado é o torno mecânico de Stuart King (KING, 2007), que pode ser observado na Figura 4.

Figura 4 - Torno Mecânico de Stuart King (KING, 2007). A engenharia reversa aplicada neste trabalho consistiu em analisar portanto o produto, que no caso foram modelos de tornos mecânicos prontos, entender seu funcionamento, para então esboçar um modelo e, aplicando a tecnologia hands-on reproduzi-lo. A importância do aprender fazendo neste trabalho foi a conexão com a engenharia reversa, o que levou os estudantes a aplicarem não somente os conhecimentos teóricos já obtidos mas também a desenvolverem novos conhecimentos e habilidades, já que os problemas encontrados durante a construção e elaboração do projeto foram sanados pelos próprios estudantes, que enfrentaram isso como um desafio. Com isso, pode-se dizer que o aprendizado prático com a aplicação das metodologias escolhidas, foi positivo tanto para os estudantes como para o andamento do trabalho como um todo. Construção Nesta seção são apresentadas as etapas da construção do modelo do torno mecânico (Figura 5), e a Tabela 1 apresenta todo o material utilizado na construção. Primeiramente, foi feito o projeto em desenho gráfico com auxílio da ferramenta SolidWorks®.

1214

Figura 5 – Desenho do torno construído no projeto (OLIVEIRA, 2012). Tabela 1 – Lista de materiais. Material Madeira Maçaranduba Madeira Pinus Barra redonda Barra chata Parafuso sextavado para Madeira e arruelas Rolamento Tarugo de alumínio Corda, pincel para madeira, Jimo cupim, cola branca

Tamanho (mm) 270x1000x40 270x800x20 diâmetro=12,7 19,05x775x3,175 S12

Quantidade 3 tábuas 9 tábuas 1 4 52 cada

NSK 6304DU

4 4 1 de cada

Em seguida, foi construída a base do torno, sendo feitos os cortes na madeira Pinus, a colagem dos pés entre si, utilizando cola branca para o reforço, e os furos para pôr os parafusos sextavados. Com isso, foi finalizada a construção das bases. Na madeira maçaranduba, dividida em três tábuas de aproximadamente 261 mm de largura, marcou-se o centro da figura e, por conseguinte, foi traçado o disco. Com a ajuda de um marceneiro profissional, o disco foi cortado. Após isto, foram marcados e feitos os furos nas barras chatas (três furos em cada, um no centro da barra e os outros dois a distância de um quarto do diâmetro do disco a partir do centro) e foram fixadas nas tábuas para mantê-las juntas como apresentado na Figura 6.

1215

Figura 6 – Desenho do disco. Ao terminar a fabricação do disco, o centro do furo para ar o eixo que atravessa as tábuas verticais foi marcado. Com isso, foram colocados os rolamentos no espaço feito para o eixo, junto com uma peça (fabricada a partir de um tarugo de alumínio), para servir de adaptador, e o virabrequim (fabricado a partir da barra redonda). Foi colocada, do lado oposto do disco, a manivela junto com o rolamento, a peça adaptadora e a barra redonda roscada. A manivela e sua peça adaptadora possuem o diferencial de terem sido roscadas para possível movimentação da manivela a fim de aumentar a possibilidade de comprimentos de peças usinadas. A seguir foi colocada uma tábua da madeira pinus, já com todos seus furos, como a mesa do torno e outra como apoio abaixo, como pode ser visto na Figura 5. Para a finalização da construção do torno mecânica são, ainda, necessárias a peça para fixação da peça a ser usinada, o espaço para a movimentação do pedal, o próprio pedal e a corda responsável por transferir o movimento do pedal para o virabrequim. Além da fixação do disco no torno. Possibilidades de estudo pós-construção O funcionamento do torno mecânico de da Vinci envolve diversos conceitos físicos, que foram avaliados durante sua construção. Um desses conceitos é o momento angular, pois o disco do torno gira devido ao torque externo gerado pela força aplicada ao pedal. O módulo do torque é diretamente proporcional ao momento de inércia, e o momento de inércia (I) de um disco é dado pela Equação (1): I=½.M.R²

(1)

Sendo M e R a massa e o raio do disco respectivamente, é possível concluir que ao variar o raio e a massa do disco será modificado o módulo do torque necessário para movimentá-lo. Este aspecto possui grande importância na construção do projeto, já que o funcionamento do torno depende da força aplicada ao pedal, que é gerada pela pessoa que estiver utilizando a máquina. Logo, esta força não pode ser demasiadamente grande, de forma a tornar exaustiva a operação do torno, e também não pode ser muito pequena, pois tornaria o torno ineficaz. Já que o módulo do torque é diretamente proporcional à força exercida no pedal, faz-se necessário o cálculo do mesmo. Outro aspecto físico presente no torno mecânico consiste na Segunda Lei de Newton. A força é aplicada ao pedal, que gera uma aceleração no disco. Portanto, a massa do disco influencia na força necessária para o funcionamento do torno (HALLIDAY et al., 2002). 1216

Os conceitos físicos citados geram possibilidades de estudos a partir do torno, pois ao variar o disco é possível verificar a teoria dada pelas equações 1 e 2. Algumas possíveis variações são em relação ao raio, que, como já foi visto, terá maior influência no torque, e em relação à massa, que se pode mudar dependendo da espessura do disco, ou do material que este for feito. Assim, outra proposta de experiência para se comprovar esses fatos seria um disco com espaços vazados, nos quais poderiam ser colocadas peças de diferentes materiais e, consequentemente, diferentes massas, para realizar novamente esses cálculos (Figura 7) . O modelo proposto foi pensado ao invés de trocar todo o disco devido à dificuldade que seria soltar os parafusos que prenderiam a tábua de madeira após o disco e o disco propriamente dito, além de que provocaria alargamento nos furos, prejudicando a montagem.

Figura 8 – Disco com furos para pequenos discos de diferentes materiais. CONCLUSÕES Analisando os resultados já alcançados, em nível de pesquisa, construção e desenvolvimento dos objetivos do projeto, observa-se que o mesmo vem servindo para a prática e entendimento de conceitos de engenharia reversa, sob a ótica do “aprender fazendo”. Ao final do projeto, pretende-se aplicá-lo em atividades extensionistas e de ensino para alunos de Engenharia e de ensino médio. Foram realizadas as primeiras etapas propostas no artigo anterior: o desenvolvimento mais detalhado do projeto do torno e sua construção. Nesse contexto, as metodologias de ensino aplicadas no projeto se tornaram facilmente observadas, visto que o grupo, em suas reuniões, constantemente se deparava com novas situações-problema e se via obrigado a resolvê-las da melhor maneira possível. Os próximos os da atividade envolvem a finalização da construção do modelo de torno mecânico de Leonardo da Vinci, a avaliação do seu funcionamento e dos cálculos já analisados conceitualmente. E, ainda, a utilização do mesmo como ferramenta de ensino extensionista, levando-o para fora do grupo PET-MEC, a fim de disseminar o conhecimento que pode ser extraído do seu uso. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem o apoio do MEC-SESu, Pró-Reitoria de Graduação da UFF (PROGRAD) e Escola de Engenharia da UFF. 1217

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1218

I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente - Niterói – RJ – Brasil 21 a 25 de Outubro de 2013

CORROSÃO DE MOBILIÁRIO URBANO NO MUNICÍPIO DE UBÁ, ESTADO DE MINAS GERAIS B. C. A. PINHEIRO1, S. F. DE SOUZA2, G. S. MOREIRA3 1

D. Sc. Engenharia de Materiais, Universidade do Estado de Minas Gerais - Unidade de Ubá, Departamento de Design de Produto, (32) 3532-2459, [email protected] 2 Esp. Design de Móveis, Universidade do Estado de Minas Gerais - Unidade de Ubá, Departamento de Design de Produto, (32) 3532-2459, [email protected] 3 Graduanda do Curso de Design de Produto, Universidade do Estado de Minas Gerais - Unidade de Ubá, Departamento de Design de Produto, (32) 3532-2459, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: A corrosão é um fenômeno químico constantemente presente no dia a dia, principalmente, no mobiliário urbano. A corrosão é um tema que proporciona a correlação entre conceitos químicos e suas implicações tecnológicas, sociais e ambientais. Os problemas de corrosão atingem, praticamente, todas as atividades humanas. Desta forma, o presente trabalho objetiva a avaliação da corrosão atmosférica que afeta o mobiliário urbano nas praças públicas e logradouros situados na cidade de Ubá, Estado de Minas Gerais. O trabalho consta de uma documentação fotográfica mostrando a corrosão atmosférica em placas de trânsito, lixeiras, bancos de praças, etc, e são apresentados os mecanismos de corrosão atmosférica presentes e os resultados obtidos. PALAVRAS–CHAVE: Corrosão, corrosão atmosférica, mobiliário urbano.

CORROSION OF THE URBAN FURNITURE IN UBÁ, STATE OF MINAS GERAIS ABSTRACT: Corrosion is a chemical phenomenon commonly present in our daily life, mainly, urban furniture. The corrosion is a subject that provides a correlation among chemical concepts and technological, social and ambiental aspects. The failures caused by it can be observed in all human activity. Thus, the objective of this work is evaluate the public urban furnitures subject the atmospheric corrosion. The work consists of a photographic material, showing the atmospheric corrosion signs in banks, garbage baskets, etc., and presented atmospheric corrosion mechanisms and the results. KEYWORDS: Corrosion, atmospheric corrosion, urban furniture.

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INTRODUÇÃO O termo cidade é bastante amplo e, portanto, não deve ficar somente a sua localização geográfica. A cidade pode ser definida como um complexo demográfico, social e econômico formado por ma concentração populacional que se dedica as diversas atividades sejam elas industriais, comerciais e terciárias. Ela contempla uma série de acontecimentos diários que se entrelaçam com o ado e sua evolução histórica, estabelecendo um sistema coordenado de ações comunitárias que trazem consigo uma ordenação de terrenos com ruas, calçadas, praças, estacionamentos, zonas de comércio, etc. Conseqüentemente um fluxo constante de manifestações sociais englobando o comércio, os serviços, o processo educativo, o sistema político, a saúde pública, as ações esportivas, entre outros, eterniza as relações da sociedade urbana com este espaço demográfico construído (MAINER, GUIMARÃES e MERÇON, 2003, p. 2). Com o crescimento das cidades, surgiu a necessidade de se ter certa organização social baseada na em importantes componentes ou instrumentos que formam o que é conhecido como mobiliário urbano. O mobiliário urbano pode ser definido como o conjunto de equipamentos, componentes ou instrumentos utilitários localizados em áreas públicas de uma cidade, sendo destinados à prestação de serviços, à comodidade e ao conforto exterior dos habitantes (ECHEBARRENA, et. al., 2005, p. 2). Um dos principais fatores associados com a durabilidade do mobiliário urbano é a sua resistência a corrosão. Estes equipamentos estão a todos os momentos sujeitos a sofrerem deterioração por parte da corrosão, que se faz presente no nosso dia a dia, principalmente, a corrosão atmosférica. A corrosão atmosférica pode ser definida como a deterioração de um material, geralmente metálico, por ação química ou eletroquímica do meio aliada ou não aos esforços mecânicos. A deterioração representa alterações prejudiciais, sofridas pelos materiais, tais como, o desgaste, as variações e as modificações estruturais. A corrosão pode incidir sobre diversos tipos de materiais como ligas ferrosas, plásticos, cerâmicas ou concreto. (ECHEBARRENA, et. al., 2005, p. 2; MERÇON, GUIMARÃES e MAINER, 2011, p. 57). Os principais fatores que influenciam a corrosão atmosférica são: temperatura, umidade relativa, tempo de permanência do filme do eletrólito na superfície metálica, intensidade e direção dos ventos, salinidade, poluição, condições climáticas, natureza dos materiais e radiação ultravioleta (ECHEBARRENA, et. al., 2005, p. 2). De acordo com o ambiente, a corrosão atmosférica pode ser classificada em (MAINER, GUIMARÃES e MERÇON, 2003, p. 2): • atmosfera rural seca – locais, em geral no interior, onde não há gases industriais, sais em suspensão e com baixos valores de umidade relativa do ar; • atmosfera rural úmida – locais, em geral no interior, onde não há gases industriais, sais em suspensão, mas apresentam umidade relativamente alta; • atmosfera úmida – regiões onde a umidade relativa é superior a 60 %; • atmosfera molhada – locais onde a umidade relativa está próxima a 100 % e ocorre a condensação de eletrólito na superfície metálica; • atmosfera junto a orla marinha – regiões situadas até 500 m da orla marinha; • atmosfera marinha – locais sobre o mar e na orla marítima; • atmosfera urbana – ocorre em bairros e cidades onde se tem uma quantidade de gases provenientes da combustão de veículos automotores; • atmosfera industrial – locais onde estão localizadas indústrias; • atmosfera muito poluída – regiões onde há grande quantidade de indústrias poluentes.

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Diante do exposto anteriormente, o presente trabalho tem como objetivo a avaliação da corrosão atmosférica que afeta o mobiliário urbano nas praças públicas e logradouros situados na cidade de Ubá, Estado de Minas Gerais. MATERIAL E MÉTODOS No presente trabalho, a fim de documentar a corrosão atuante nos diversos equipamentos que compõem o mobiliário urbano do município de Ubá/MG, foi feito um registro fotográfico utilizando máquina digital. Este registro procurou mostrar a deterioração sofrida por lixeiras, bancos de praça e placas de trânsito. Os equipamentos investigados fazem parte de áreas próximas ao centro da cidade e pertencentes ao mesmo. Estas áreas apresentam um grande fluxo de pessoas e um intenso tráfego de veículos. RESULTADOS E DISCUSSÃO A Figura 1 (a – d) mostra alguns detalhes importantes observados em placas de trânsito da cidade de Ubá/MG. a)

c)

b)

d)

Figura 1 – Placas de trânsito de Ubá/MG. A partir das Figuras 1a, 1c e 1d pode ser observado que as placas apresentam regiões amassadas. Nesses locais há a ocorrência de tensões de tração que combinadas com o meio atmosférico (ambiente corrosivo) resulta em um tipo de corrosão conhecido como corrosão sob tensão. Pode-se notar que nesses locais existe um nível acentuado de corrosão conforme pode ser visto no detalhe na Figura 1c e na Figura 1d. Os locais de amassamento funcionam 1221

como concentradores de tensão. Nessas regiões podem se formar pequenas trincas que se propagam em uma direção perpendicular à tensão conforme pode ser visto no detalhe mostrado na Figura 1d. Essas tensões podem levar a ocorrência de falha do material que compõe a placa. A tensão que se origina nas regiões amassadas e que levam ao trincamento pode ter sido originada por maus cuidados durante instalação e/ou manutenção, ou pode ter resultado da ocorrência de contração desigual originada por variações rápidas de temperatura, ou ainda, devido a presença de produtos gasosos e sólidos de corrosão que ficam aprisionados na estrutura interna. Na Figura 1c é mostrado de forma mais ampliada um detalhe importante da Figura 1a. Pode ser observado na Figura 1c um tipo muito comum de corrosão, conhecido como corrosão por frestas. Na placa mostrada, esse tipo de corrosão ocorre no local de contato entre a arruela e a chapa. Nessa região de contato existe entre a arruela e a chapa uma fenda, a qual pode ser ocupada por água ou outras substâncias. Isso cria condições apropriadas para que ocorra a oxidação do metal e, conseqüentemente, a perda de elétrons. O mecanismo de corrosão existente pode ser representado pela reação inçada na equação 1. O2 + 2H2O + 4e-

4(OH-)

(1)

A Figura 2 (a – b) apresenta outros detalhes importantes que foram observados em placas de trânsito de Ubá. a)

b)

Figura 2 – Placas de trânsito do município de Ubá. As placas mostradas também sofrem corrosão. O fator principal nestes casos é a umidade absorvida pelos revestimentos (tintas branca e vermelha) utilizados nas placas. Tais revestimentos não possuem resistência adequada para enfrentarem os efeitos das intempéries acabam absorvendo umidade. A umidade absorvida provoca variações nas cores das tintas conforme observado na Figura 2 (a – b). Pode-se notar que a tinta branca fica com um aspecto alaranjado e a tinta vermelha fica com um aspecto branco. A Figura 3a mostra uma lixeira no seu ambiente de inserção. A Figura 3b mostra, de forma ampliada, a corrosão sofrida pela lixeira. Pode-se notar que o equipamento, principalmente, na sua parte inferior possui alguns pontos concentradores de tensão (cantos vivos). Somando isso com a umidade do ambiente e também com a umidade do lixo que nela é colocado, tem-se a formação de uma acentuada corrosão, a qual faz com o revestimento que protege toda a lixeira se desprenda e deixe o material componente exposto ao ambiente corrosivo no qual está inserido. Isso acelera a transferência de elétrons fazendo com que ocorra a oxidação do metal (aço). O mecanismo atuante neste caso também pode ser representado pelas equações 1 e 2. 1222

b)

a)

Figura 3 – Lixeira do município de Ubá. Pode-se notar que o equipamento, principalmente, na sua parte inferior possui alguns pontos concentradores de tensão (cantos vivos). Somando isso com a umidade do ambiente e também com a umidade do lixo que nela é colocado, tem-se a formação de uma acentuada corrosão, a qual faz com o revestimento que protege toda a lixeira se desprenda e deixe o material componente exposto ao ambiente corrosivo no qual está inserido. Isso acelera a transferência de elétrons fazendo com que ocorra a oxidação do metal (aço). O mecanismo atuante neste caso também pode ser representado pelas equações 1 e 2. Um aspecto que é importante destacar é que os equipamentos (placas de trânsito e lixeira) investigados se encontram em locas de intenso tráfego. Nestes locais os principais poluentes presentes podem ser o SO2 e o NOx. Tais poluentes são originados, principalmente, da queima de combustíveis fósseis e podem promover efeitos nocivos à saúde humana, à vegetação, aos materiais metálicos e até aos materiais não metálicos pela ação do ácido sulfúrico formado (ECHEBARRENA, et. al., 2005, p. 3). A formação do ácido sulfúrico pode ser entendida pelo mecanismo apresentado nas equações 3, 4 e 5: S + O2 SO2 + ½ O2SO2 + ½ O2-

SO2 SO3 H2SO4

(3) (4) (5)

Outro aspecto que é importante destacar também é com relação às chuvas não poluída e a chuva ácida, as quais podem levar à formação do ácido carbônico (H2CO3). Esta acidez pode provocar o ataque a diversos materiais que compõem o mobiliário urbano, como o aço carbono, ligas de alumínio, concreto, mármores, tintas, etc (ECHEBARRENA, et. al., 2005, p. 3). Para exemplificar o que foi discutido anteriormente, a Figura 4 (a – b) mostra a corrosão química sofrida pelo concreto que compõe os bancos de praça. Provavelmente, a corrosão atuante nesses equipamentos pode ter sido resultante do ataque, principalmente, de ácido sulfúrico e de ácido carbônico. Além disso, o concreto pode reagir com o CO2 presente na atmosfera, ocasionando um aumento no peso molecular de compostos formados gerando, trincas e rachaduras no concreto (ECHEBARRENA, et. al., 2005, p. 4).

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a)

b)

Figura 4 – Bancos de praça do município de Ubá. CONCLUSÕES De acordo com os resultados obtidos, foi percebido que a corrosão influencia diretamente na qualidade dos equipamentos do mobiliário urbano do município de Ubá, Estado de Minas Gerais. Os modos de corrosão observados não foram muito variados. Constatou-se a corrosão sob tensão e a corrosão em frestas para as placas de trânsito. A corrosão sob tensão pode ter sido resultado de maus cuidados durante, principalmente, a instalação das placas. Além disso, foi percebida a ação da umidade, a qual provocou o desprendimento da tinta utilizada. Provavelmente, a má qualidade da tinta fez com que esta não oferecesse a resistência necessária aos efeitos das intempéries. Isso provocou a oxidação mais fácil do material (aço) componente das placas. No caso da lixeira estudada, também percebeu a oxidação do metal (aço) devido ao desprendimento do revestimento protetor. Isso pode ter sido resultado ação conjunta de tensões concentradas em locais como, cantos vivos, e da umidade do ambiente e do lixo que nela é depositado. Foi visto também, através da investigação de bancos de concreto localizados nas praças da cidade, a corrosão química do concreto, a qual pode ser resultante de ácido sulfúrico, ácido carbônico e do dióxido de carbono. A corrosão provocada pelo ácido sulfúrico se deve ao fato dos bancos se localizarem próximos a regiões onde há intenso tráfego de veículos. Já o ácido carbônico é resultante da chuva não poluída e da chuva ácida. Com relação à corrosão provocada pelo dióxido de carbono, esta pode ser explicada pela reação entre o concreto e o dióxido de carbono presente na atmosfera. Além disso, como as placas e a lixeira também se encontram em regiões de intenso tráfego de veículos, também podem sofrer a ação do ácido sulfúrico. Podendo também sofrerem a ação do ácido carbônico devido as chuvas. Foi percebido também que não é dada a devida atenção na instalação e na manutenção do mobiliário urbano. Isso é um fator preocupante, uma vez que o mobiliário urbano contribui fundamentalmente para a organização da cidade, presta serviços, contribuindo para a comodidade e o conforto externo da população. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem à UEMG e a FAPEMIG pelo e técnico e apoio financeiro. REFERÊNCIAS 1224

ECHEBARRENA, T, et al. Corrosão de monumentos e mobiliários urbanos em praças e logradouros públicos. VI CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA QUÍMICA EM INICIAÇÃO CIENTÍFICA, 2005. Anais do VI Congresso Brasileiro de Engenharia Química em Iniciação Científica, 24 a 27 de junho, Campinas, 2005, 6 p. MAINER, F. B, GUIMARÃES, P. I. C, MERÇON, F. O ensino de corrosão com base na avaliação crítica do mobiliário urbano de praças e logradouros públicos. VI CONGRESSO BRASILEIRO DE EDUCAÇÃO EM ENGENHARIA, 2003. Anais do XXXI Congresso Brasileiro de Educação em Engenharia, 14 a 17 de junho, Rio de Janeiro, 2003, 10 p. MERÇON, F, GUIMARÃES, P. I. C, MAINER, F. B. Sistemas experimentais para o estudo da corrosão em metais. Química Nova na Escola. v.33, n.1, p.57-60, fevereiro, 2011.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente - Niterói – RJ – Brasil 21 a 25 de Outubro de 2013

HÁBITO ALIMENTAR DA SARDINHA BANDEIRA, OPISTHONEMA OGLINUM NA LAGOA DE ARARUAMA, RJ JOÃO ANTONIO DA SILVA NETO¹, ALEJANDRA FILIPPO G. N. SANTOS² 1 2

Bolsista de IC do Dept. Zootenia da Faculdade de Veterinária, UFF, (21) 26214881, [email protected] Profa Dra do Dept Zootecnia da Faculdade de Veterinária, UFF, (21) 2629-9518, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: O objetivo do presente trabalho foi realizar análises laboratoriais sobre dieta da sardinha bandeira, Opisthonema oglinum na Lagoa de Araruama, o maior sistema hipersalino do estado do RJ. Foram feitas coletas trimestrais em 2011, num período de 12hs utilizando redes de espera entre 15-45 mm nós adjacentes. Os peixes coletados foram pesados, medidos e dissecados para analise do conteúdo estomacal em microscópio estereoscópio. Foram analisados 105 exemplares medindo aproximadamente 17,9 cm (EP±1,05) CT e pesando cerca de 59,1g (EP±9,33) PT. Para a análise da dieta, foi utilizado o Índice de Importância Relativa (%IIR). O hábito alimentar da sardinha bandeira é composto por nove categorias alimentares. Material orgânico constituído por resíduos orgânicos foi a principal categoria com maior percentagem, sendo representado por 69,7%IIR, seguido de Lodo representando 13%IIR da dieta, Crustáceos com 6,8%IIR e Algas com 6,10%IIR. Insetos e Parasitas exibiram valores baixos na dieta com 2,57%IIR e 1,4%IIR respectivamente. Peixes, Anelídeos e Moluscos apresentaram menores percentuais de consumo inferiores a 1%IIR. A sardinha bandeira embora seja planctófaga, ela apresenta habito alimentar generalista bentônico e/ou nectônico na Lagoa de Araruama. A presença de plâncton e de bentos nos estômagos estudados evidencia a capacidade de e trófico da Lagoa o que reflete no estabelecimento de peixes consumidores de primeira ordem. PALAVRAS–CHAVE: Clupeidae, dieta, ecossistema hipersalino.

FEEDING HABITS OF ATLANTIC THREAD HERRING, OPISTHONEMA OGLINUM IN THE ARARUAMA LAGOON, RJ ABSTRACT: This study aimed to analyze the diet of the Atlantic thread herring, Opisthonema oglinum in Araruama Lagoon, the largest hypersaline system in Rio de Janeiro state. Fish surveys were performed on a three-monthly basis in 2011, using a set of 15-45 mm mesh gillnets for 12 hours. All captured fish were identified, measured in size, weighted and dissected for analyses of food content in a stereoscopic microscope. A total of 34 O. oglinum measuring 17.9cm (EP±1.05) LT and weighing 59.1g (EP±9.33) WT was analyzed. The Relative Importance Index (RII) was used for diet analysis. The diet was composed of nine food categories. Digested Organic Matter was the most consumed category, ing for 69.7% RII, followed by Mud represented 13% RII of diet, Crustacea 6.8%RII and Algae with 6.10%RII. Insects and Parasites exhibed low levels in the diet with 2.57%RII and 1.4%RII respectively. Fish and Insects showed consumption of less than 1%RII. Although the Atlantic thread herring feeds plankton, she has habits generalist benthic and /or nectonic in Araruama Lagoon. The presence of plankton and benthos in the stomachs studied show capacity for trophic Lagoon reflecting the establishment of consumers fish of first order. KEYWORDS: Clupeidae, diet, hipersaline ecosystem

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INTRODUÇÃO Em diversas regiões do mundo os peixes da família Clupeidae (BARLETA, 1992), inserida na ordem Clupeiformes, se constituem em fonte de alimento abundante e barato como é o caso da Opisthonema oglinum, usualmente conhecida como sardinha-bandeira (Figueiredo; Menezes, 1978). A O. oglinum apresenta vasta distribuição geográfica, preferindo as regiões tropicais e subtropicais e ocorre desde a Nova Inglaterra até a Argentina (FIGUEIREDO & MENEZES, 1978). É encontrada ao longo de toda a costa atlântica americana, sendo a única espécie representante do gênero Opisthonema nesta costa. Incide em regiões pelágicas marinhas e em virtude de sua importância ecológica e econômica, vários estudos sobre sua biologia foram desenvolvidos por diversos autores (CASTRO-AGUIRRE, et al. (1999), Vasconcelos-Filho (1979; 2001), Couto e Vasconcelos-Filho (1986), entre outros). Os estuários e lagunas costeiras, em particular aqueles localizados no litoral do Rio de Janeiro, são altamente produtivos e desempenham importante papel na economia local, além de se constituírem em berçários de numerosas espécies de peixes e outros organismos marinhos (CAMARGO, 2005). A Lagoa de Araruama - RJ se constitui na maior lagoa hipersalina do estado e possui uma biodiversidade de peixes ainda pouco estudada principalmente no âmbito de sua estrutura trófica (BAUTISTA, 1991). Segundo Kennish (1990) uma das evidências da relação existente entre os peixes e o ambiente onde se encontram manifesta-se nos hábitos tróficos. A dieta dos indivíduos depende de variáveis intrínsecas a cada espécie, como anatomia bucal, exigências nutricionais e capacidade de detecção e apreensão, mas pode variar também, numa mesma etapa da vida, segundo a disponibilidade local de alimento. O objetivo do presente trabalho é descrever o habito alimentar da sardinha bandeira, Opisthonema oglinum na Lagoa de Araruama, o maior sistema hipersalino do estado do RJ. MATERIAL E MÉTODOS Área de Estudo: Circundada por cinco municípios, Araruama, Arraial do Cabo, Cabo Frio, São Pedro da Aldeia e Iguaba, a Lagoa de Araruama é composta por sete enseadas ou embaiamentos delimitadas por pontas arenosas formadas pela ação destrutiva e construtiva das correntes marinhas. Possui uma área de 220 km2, perímetro de 190 km, profundidade média de 2,9 m e um volume de 636 milhões de m3. Sua largura máxima é de 14 km e comprimento de 33 km. A entrada de água do mar para lagoa se dá através do canal de Itajuru, cuja largura varia entre 100-300m e comprimento de 5,5 km, sendo limitada por uma restinga litorânea pelo lado oceânico (GARCÍA et al. 2009). A bacia da Lagoa de Araruama é formada por um conjunto de sub-bacias onde quase todos os rios são intermitentes. Limita-se a oeste com a bacia da lagoa de Saquarema e ao norte e nordeste com as bacias dos rios São João e Uma. Os cursos de água que drenam para a lagoa são de oeste para leste: rio Congo, rio das Moças, vala dos Barretos, vala do Hospício, rio Mataruna, rio do Cortiço, rio Salgado, rio Iguaçaba, rio Ubá, riacho Cândido, córrego Piripiri, canal de Parati e o canal da Cia nacional de Álcalis (BIDEGAIN & PEREIRA, 2006). A Lagoa de Araruama é um ecossistema ímpar devido hipersalinidade, que oscila de 56-77 no corpo principal e de 35-43 no canal de Itajuru, única conexão com o mar aberto, que atua como fonte de água oceânica e de sal. A salinidade da Lagoa é causada pelo 1227

pequeno aporte de água doce, elevada evaporação, reduzida precipitação, influência do canal de Itajuru, e um forte e permanente vento nordeste. Como as taxas de evaporação são mais elevadas das que de precipitação, a entrada de água salgada na Lagoa provoca a hipersalinidade (BIDEGAIN & PEREIRA, 2006). A troca de água através do canal de Itajuru tem sido muito pequena devido ao assoreamento, sendo a onda de maré atenuada a praticamente zero pouco depois de atingir a Lagoa propriamente dita. O tempo de renovação da água é em torno de 83,5 dias. O canal se mantém aberto por estar sua desembocadura localizada entre afloramentos rochosos (morros de Nossa Senhora da Guia e Cruz). Existe também o canal artificial Palmer, outro meio importante de entrada de água na Lagoa nos dias atuais (Bidegain & Pereira, 2006).

Figura 1. Mapa esquemático da Lagoa de Araruama, indicativo de sua localização geográfica e dos principais ecossistemas aquáticos circunvizinhos. O relevo regional é dominado por colinas e baixadas, onde a cobertura vegetal original foi amplamente suprimida e substituída por pastagens. Restam pequenas manchas isoladas de florestas nas serras do Palmital e Sapiatiba. Classificada com o nome oficial de “savana estépica” pelo IBGE, uma vegetação nativa de árvores e arbustos com grande quantidade de cactos é marcante na região, recobrindo a maior parte dos morros litorâneos e todas as ilhas. Remanescentes de vegetação de restinga podem ser encontrados nas restingas de Massambaba e Cabo Frio (GARCÍA et al. 2009). Os recursos naturais da região favorecem as suas vocações sócio-econômicas, que são além da pesca, a extração mineral de cálcareo conchífero e do sal, exploração de petróleo em alto mar, o turismo, a construção civil e numerosas indústrias pesqueiras instaladas, principalmente, em Cabo Frio (García et al. 2009). Amostragens e tratamento de dados: Foram realizadas coletas trimestrais da ictiofauna na Lagoa de Araruama, por meio de redes de espera com malhas de tamanhos variados (15-45 mm entre nós adjacentes) num período de 12h, em oito pontos distribuídos ao longo da lagoa, situados entre os municípios de Cabo Frio e Iguaba, nos meses de fevereiro, maio, julho e outubro de 2011 (Fig 2 A). As variáveis físicas e químicas da água, como temperatura, oxigênio, pH e 1228

salinidade, foram medidas por sonda multiparâmetro em cada local de coleta (Fig. 2 B). Posteriormente, os peixes foram fixados em formol a 10%, colocados em sacos plásticos, etiquetados e, posteriormente, conduzidos ao Laboratório de Aqüicultura Aqüicul da UFF (Faculdade de Veterinária) através de bombonas de plástico. Todos os indivíduos foram identificados de acordo com a literatura corrente em ictiologia para espécies de águas salobras e marinhas (Figueiredo & Menezes 1978, 1980, 2000; Menezes & Figueiredo F 1980, 1985).

Figura 2 – (A) Coleta com redes de espera; (B) Medição das variáveis abióticas. Foram analisados 105 exemplares de O. oglinum medindo aproximadamente 17,9 cm (EP±1,05) CT e pesando cerca de 59,1g (EP±9,33) PT. As identificações identificações mais precisas do conteúdo estomacal tiveram ajuda de especialistas da UFF e da UNIRIO. Para a análise da dieta, foi utilizado o Índice de Importância Relativa (Pinkas, 1971): IIR = (%FN + %FP) x %FO, onde: a) Frequência de ocorrência (%FO) = relação relação em percentagem entre o número de estômagos contendo um determinado item e o número total de estômagos com alimento; b) Frequência numérica (%FN) = relação em percentagem entre o número de indivíduos de um determinado item e o número total de indivíduos indivíduos de todos os itens; c) Frequência de peso (%FP) = relação em percentagem do peso de determinado item e o peso total dos itens. A percentagem do IIR foi calculada considerando o valor do IIR para cada item alimentar dividido pelo somatório dos valores de d IIR. RESULTADOS E DISCUSSÃO O hábito alimentar da sardinha bandeira é composto por nove categorias alimentares. Material orgânico constituído por resíduos orgânicos foi a categoria com maior percentagem, sendo representado por 69,7%IIR, seguido de Lodo representando 13%IIR da dieta, Crustáceos com 6,8%IIR e Algas com 6,10%IIR. Insetos e Parasitas exibiram valores baixos na dieta com 2,57%IIR e 1,4%IIR respectivamente. Peixes, Anelídeos e Moluscos apresentaram menores percentuais de consumo inferiores a 1%IIR (Tabela 1). Goiten (1985) afirma que a sardinha bandeira apresenta uma dieta rica em zooplâncton, enquanto que, Vasconcelos Filho (1979) e Furtado-Ogawa(1970) Furtado determinaram uma alimentação baseada em larvas de crustáceos, copépodes, algas, larvas de gastrópodes, astrópodes, Lamellibranchia, alevinos e ovos de peixe, ovos de copépoda e eventualmente alguns itens bentônicos. Wakabara et al. (1993) classificam esta espécie 1229

como comedorora de organismos planctônicos e Gasalla e Oliveira (1997) determinam uma alimentação baseada em zooplâncton e peixe (HÖFLING et al. 2000). Segundo Vasconcelos Filho (2009), O. oglinum se enquadra no grupo das espécies consumidoras primárias. Compõem este grupo, peixes que se alimentam do fitoplâncton e do zooplâncton, os filtradores e consumidores de detritos vegetais, os que se alimentam de microfitobentos e eventualmente de detritos inorgânicos, corroborando com os resultados encontrados no presente estudo. Tabela 1 – Valores de % IIR dos conteúdos estomacais da sardinha bandeira, Opisthonema oglinum da Lagoa de Araruama-RJ. Categoria Alimentar %IIR Material Orgânico 69,7 Lodo 13,0 Crustáceos 6,8 Algas 6,1 Insetos 2,57 Parasitas 1,4 Peixes <1,0 Anelídeos <1,0 Moluscos <1,0 Total 100 Observações do aparelho bucal e branquial da sardinha bandeira identificam características de um aparelho filtrador (ALVES & SAWAYA, 1974). Tal característica anatômica, justifica a classificação da espécie como filtradora em associação com nossos achados. A distribuição dos organismos bentônicos está diretamente relacionada com a água corrente, a qualidade e disponibilidade de alimentos, o tipo de substrato (areia, pedra, madeira, macrófitas aquáticas), temperatura da água, e as concentrações de oxigênio dissolvido e gás sulfídrico (CALLISTO et al. 2000). Diante disso, as presas bentônicas no conteúdo estomacal dos espécimes de nosso estudo tornam-se importantes indicadores do e trófico e da qualidade ambiental, visto que suas quantidades e qualidade são diretamente proporcionais as condições bióticas a abióticas do ambiente em questão. Resultados similares também foram encontrados por Vascelos Filho (1979) e Furtado-Ogawa (1970), consideram a disponibilidade de organismos bentônicos no ambiente e a generalidade alimentar da sardinha bandeira justifica a presença de bentos no conteúdo estomacal. A determinação da dieta alimantar de espécies da ictiofauna marinha é de grande importância pesqueira como a da sardinha-bandeira, sendo essencial para o monitoramento das condições ambientais dos ecossistemas aquáticos marinhos, para o rastreamento dos cardumes e planejamento pesqueiro ao longo do ano, e para a possibilidade de implantação de um sistema racional de produção. CONCLUSÕES A sardinha bandeira, Opisthonema oglinum embora seja planctófaga, apresenta habito alimentar generalista bentônico e/ou nectônico na Lagoa de Araruama. A presença de plâncton e de bentos nos estômagos analisados evidencia a capacidade de e trófico da Lagoa o que reflete no estabelecimento de peixes consumidores de primeira ordem. 1230

REFERÊNCIAS ALVES, M. I. M. ; SAWAYA, P. Alimentação da Opisthonema oglinum ( Le Sweur, 1917) (Pisces, Clupeidae). Arq. Ciên. Mar, 14(2) : 135-141. Fortaleza, Ce. 1974. BARLETTA, M. Guia para identificação de peixes da costa do Brasil. Ed. UFPR. Curitiba. 1992. 131p. il. BAUTISTA, C. 1991. Peces Marinos, Tecnología de cultivo. Ediciones Multi-Prensa, Madrid. 148p. CALLISTO, M. Lotic ecosystems of Serra do Cipó, southeast Brazil: water quality and a tentative classification based on the benthic macroinvertebrate community. Aquatic Ecosystem Health and Management .v3. p 545–552. 2000. CAMARGO, S.G.O., POUEY, J.L.O.F.. 2005. Aqüicultura - um mercado em expansão. Revista Brasileira de Agrociência, 11 (4): 393-396. CASTRO-AGUIRRE, J. L.; ESPINOSA, H. S.; PÉREZ AMD, J.; SCHMITTER-SOTO, J. Ictiofauna estuarino-Lagunar y vicaria de México. Colección Textos Politécnicos. Serie Biotechnologías. p. 1-711, 1999. COUTO, L. M. M. R.; VASCONCELOS-FILHO A. L. Sobre a biologia da sardinhabandeira, Opisthonema oglinum (Lesueur, 1817), no Canal de Santa Cruz, PE. Caderno Omega da UFPE. Série Ciência Aquática. Recife. v. 2, p. 94-54, 1986. FIGUEREDO, J. L.; MENEZES, N. A. Manual de peixes marinhos do Sudoeste do Brasil. II. Teleostei (1). São Paulo. Museu de Zoologia. USP. 1978. 110p. FURTADO-OGAWA, E. Alimentação da sardinha-bandeira, Opisthonema oglinum ( Le Sueur, no estado do Ceará. Ar. Cienc. Mar., 10 (2) (1970), pp. 201–202. GOITEIN, R. Aspectos da alimentação dos Clupeidae Harengula clupeola (Cuvier, 1829) e Opisthonema oglinum (Lesueur, 1818), e dos Engraulidae Anchoviella lepidentostole (Fowler, 1911) e Cetengraulis edentulus (Cuvier, 1928) no estuário de São Vicente, São Vicente, SP. Ed. Univ. São Paulo. São Paulo. 1984. 322p. HÖFLING, J. C. Alimentação de peixes da família Clupeidae do Complexo Estuarino Lagunar de Cananéia, SP. 2000. KENNISH, M.J. 1990. Ecology of estuaries. Boston, CRC Press, 391p. VASCONCELOS FILHO, A. L.; NEUMANN-LEITÃO, S.; ESKINAZI-LEÇA, E. Hábitos alimentares de consumidores primários da ictiofauna do sistema estuarino de Itamaracá . Rev. Bras. Enga. Pesca. 2009. VASCONCELOS-FILHO, A. L. Estudo ecológico da região de Itamaracá, Pernambuco, Brasil. IV. Alimentação da sardinha-bandeira, Opisthonema oglinum (Lesueur, 1817), no Canal de Santa Cruz. Trabalhos Oceanográficos da UFPE. Recife. v. 14, p. 105?116. 1979. VASCONCELOS-FILHO, A. L. Interações tróficas entre peixes do Canal de Santa Cruz (Pernambuco-Brasil). (Tese de Doutorado em Ciências). Centro de Tecnologia e Geociências. Departamento de Oceanografia. UFPE. Recife, Pernambuco. 2001. 184p.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente - Niterói – RJ – Brasil 21 a 25 de Outubro de 2013

ESTIMATIVA DA PRODUÇÃO DE BIOGÁS PELO RESÍDUO URBANO DO ATERRO SANITÁRIO DE SEROPÉDICA/RJ. NATÁLIA DE SÁ BRAGANÇA1, MONICA PRISCILLA HERNANDEZ MONCADA2 1 2

Estudante, UFF, 55-21-89310001, [email protected] DSc., UFF, 55-21-26295524, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: O presente trabalho avalia a produção de biogás associado à disposição de Resíduos Sólidos Urbanos (RSU) em um aterro sanitário do Estado do Rio de Janeiro e o seu aproveitamento na produção de energia. Produto da decomposição dos RSU acumulados num aterro sanitário, o biogás apresenta como principais constituintes da sua composição o dióxido de carbono (CO2) e o metano (CH4), ambos gases de efeito estufa. A quantidade de produção depende diretamente da massa de RSU depositados, sendo este um elemento fundamental para determinar a viabilidade de utilização do biogás. Existem diferentes métodos para estimar o biogás gerado (tais como EPA, IPCC, dentre outros), e também diferentes equipamentos (Motores Ciclo Otto, Microturbinas a gás, etc) para o aproveitamento energético deste gás. O principal objetivo do presente trabalho é calcular o volume de biogás gerado e a energia associada a esta produção, utilizando a metodologia proposta pela Agencia de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (EPA) disponível na literatura técnica e comparando as diferentes formas de aproveitamento disponíveis considerando os dados do aterro CRT – Santa Rosa em Seropédica. Concluiu-se que, aterro poderá gerar em 2013 cerca de 267,82 MWh/dia, podendo chegar a 15.945,10 MWh/dia no ano de seu encerramento, 2033 com a utilização do Ciclo Otto. Logo, possui potencial de geração de biogás que pode ser utilizado para produzir energia elétrica. PALAVRAS–CHAVE: Biogás, Resíduos Sólidos Urbanos, Aproveitamento Energético.

BIOGAS PRODUCTION ESTIMATE BY MUNICIPAL WASTE LANDFILL OF SEROPÉDICA / RJ. ABSTRACT: This paper evaluates the biogas production associated with disposal of Municipal Solid Waste (MSW) in a landfill in the State of Rio de Janeiro and its use in energy production. Decomposition product of the RSU accumulated a landfill biogas presents as main constituents of the composition of carbon dioxide (CO2) and methane (CH4), both greenhouse gases. The amount of production depends directly on the mass of MSW disposed, which is a key element to determine the feasibility of using biogas. There are different methods to estimate the biogas generated (such as EPA, IPCC, among others), and also different equipment (Otto Cycle Engines, Microturbines gas, etc.) for the energy use of this gas. The main objective of this work is to calculate the volume of biogas and energy associated with this production, using the methodology proposed by the Environmental Protection Agency of the United States (EPA) available in the technical literature and comparing the different ways of harnessing available data considering landfill CRT - Santa Rosa in Seropédica. It was concluded that landfill could generate in 2013 about 267,82 MWh / day, reaching 15.945,10 MWh / day in the year of its closure in 2033 using the Otto cycle. So, has the potential to generate biogas that can be used to produce electricity. KEYWORDS: Greenhouse gases, municipal solid waste, electricity generation.

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INTRODUÇÃO A geração de resíduos sólidos e efluentes domésticos está diretamente relacionada ao padrão de vida e hábitos de consumo da população urbana. A coleta, tratamento e disposição adequada destes resíduos refletem a qualidade de vida da população, das águas dos rios e águas subterrâneas. Neste contexto, a disposição final do resíduo urbano é um dos graves problemas ambientais enfrentados pelos grandes centros urbanos e tende a agravar-se com o aumento do consumo de bens descartáveis, que am, cada vez mais, a compor os grandes volumes de lixo gerados pela população. O aterro sanitário é a forma mais econômica e segura ambientalmente de disposição de resíduos sólidos urbanos. Consiste na utilização de métodos de engenharia para confinar os dejetos na menor área possível, reduzi-los a um menor volume e cobri-los, diariamente, com uma camada de solo. No aterramento do resíduo, um dos problemas ambientais considerados é a emissão do biogás, mistura gasosa combustível produzida pela digestão anaeróbia da matéria orgânica, composto por aproximadamente 45% de CO2 (dióxido de carbono), 50% de CH4 (metano), que é um combustível possível de ser coletado e utilizado como fonte de energia, e o restante por 3% de N2 (nitrogênio), 1% de O2 (oxigênio) e 1% de outros gases (LEONE, 2003). O seu poder calorífico é de 14,9 a 20,5 MJ/ m3, aproximadamente 5800 kcal/m3 (MUYLAERT, 2000). A concepção de aterros sanitários que visam, além do armazenamento correto do resíduo, o aproveitamento do biogás gerado ao longo do tempo, possibilita maior eficiência na produção e captação do metano gerado, por meio de uma rede de drenos de biogás, previamente instalada, que atinja todas as camadas de lixo. Em aterros sanitários construídos conforme as normas brasileiras vigentes, já está prevista a colocação desta tubulação para coleta do gás (ABNT, 1992; ABNT, 1995). O gás metano, gerado pelo resíduo, é um grande fator de poluição, e contribui poderosamente para o aquecimento global. Ao captá-lo, canalizá-lo e utilizá-lo para gerar energia, com a tecnologia disponível, a poluição decresce de maneira significativa, poupase a atmosfera e minimiza-se o cheiro típico dos aterros. Sendo assim, utilizar o biogás como fonte de energia é um destino nobre (CUNHA, 2002). Para a conversão energética do biogás, segundo CENBIO (2005), os motores de combustão interna possuem maior eficiência, além de serem mais baratos. Já as turbinas a gás possuem maior eficiência global de conversão, quando operadas em cogeração (calor e eletricidade), porém, por ser um equipamento importado, o seu valor e os custos de operação e manutenção são elevados. Além do custo do equipamento em si, a microturbina exige que o gás combustível apresente propriedades mais controladas que os motores convencionais. Dessa forma temos como uma boa opção o biogás que pode ser queimado para geração de calor ou ado em um conjunto motor/gerador para geração de eletricidade. Este estudo busca avaliar a produção de biogás e o seu aproveitamento na geração de energia usando Motores Ciclo Otto. FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA Segundo Silva e Cavaliero (2004), o interesse pela geração de energia a partir de fontes renováveis, com destaque para as alternativas vem experimentando uma nova fase de crescimento no Brasil. Até bem pouco tempo, o apelo ambiental era o único argumento utilizado para incentivar tais fontes, não sendo, no entanto, suficiente para atingir seu 1233

objetivo. Com a crise da energia elétrica e o plano de racionamento de 2001, chamou-se a atenção para outro fator: a importância de diversificar as fontes de energia. Foram criados mecanismos legais para regulamentar o uso destas fontes, tal como a lei nº 10.438/202 que cria o PROINFA (Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia Elétrica). Este programa tem como objetivos: incentivar a geração de energia elétrica a partir da energia eólica, da biomassa (entre elas o biogás dos resíduos sólidos) e de pequenas centrais hidroelétricas, diversificar a matriz energética do país e da maior confiabilidade e segurança ao abastecimento. Segundo Miguel (2005) as fontes alternativas de energia como eólica, solar e biomassa, além de causarem impactos ambientais menores, ainda evitam a emissão de toneladas de gás carbônico na atmosfera. PRODUÇÃO DE BIOGÁS DO ATERRO O biogás no aterro é levado até um coletor central, na planta de gás, sendo separado do chorume e succionado por compressores. Segundo dados do PROINFA (2005), um aterro com capacidade de geração de 20 MW produz 12.000 Nm³ de biogás / hora. Como esse valor pode variar de 45 e 65%, o volume disponível de GBQ não é o mesmo em todos os drenos, por isso são necessários medidores para avaliar a vazão de pressão de metano em oxigênio, definindo em quais será feita a captação. A pressão de sucção exercida pelos compressores, em função da demanda da planta de energia, determina a calibração das válvulas de vazão dos drenos selecionados, destinando para o coletor central apenas o volume de gás necessário. O biogás é conduzido para o queimador e/ou para o sistema de geração de energia. No queimador o metano é destruído, mas a energia térmica gerada pela queima não é aproveitada para se obter energia. O aproveitamento do biogás pode ser feito de várias formas. Usualmente, nos países desenvolvidos, onde essa prática é muito utilizada, gera-se energia elétrica com motores de combustão interna (ciclo Otto) ou turbinas a vapor.

TECNOLOGIAS DE CONVERSÃO ENERGÉTICA Existem diversas tecnologias para efetuar a conversão energética do biogás. Entendese por conversão energética, o processo que transforma um tipo de energia em outro. No caso do biogás, a energia química contida em suas moléculas é convertida em energia mecânica por um processo de combustão controlada. Essa energia mecânica ativa um gerador que a converte em energia elétrica. O sistema de geração de energia utiliza o biogás da estação e pode empregar três formas básicas de geração de energia: o ciclo Otto (motores de combustão interna), o ciclo Rankine (caldeira com turbina a vapor) e a turbina a gás. Esta última não tem viabilidade no Brasil, por se tratar de um equipamento importado e de baixa eficiência. Existem ainda as tecnologias de ciclo combinado (para grandes potências, acima de 15 MW) e microturbina (para pequenos aterros, com 100 kW de potencial), mas que não têm larga escala de utilização na área de resíduos. Os motores de combustão interna de queima pobre (conhecidos como Lean Burn Engine) utilizam o biogás diretamente, não necessitando de um tratamento sofisticado do combustível, apenas secagem e filtragem são suficientes. Esses motores têm o inconveniente de serem importados, com custos de investimento e manutenção mais elevados para o Brasil, porém são largamente utilizados nos EUA e na Europa. A geração 1234

de energia elétrica é realizada pelo gerador acoplado diretamente ao motor. Para motores grandes ciclo Otto (importados), o custo de investimento do sistema de captação de biogás e geração de energia é de cerca de 1.200 U$/kW instalado. O ciclo Rankine é composto por caldeira para gerar vapor de alta pressão e temperatura, turbina a vapor, condensador e bombas. É o mais antigo sistema de geração de energia e está muito presente com equipamentos e fornecedores no Brasil, devido ao setor sucroalcooleiro, que utiliza esses equipamentos inclusive para autoprodução de energia elétrica. METODOLOGIA PARA CÁLCULO DO POTÊNCIAL DE METANO Existem diversas metodologias para estimar a geração do gás emitido pelo aterro de resíduos sólidos urbanos. Os mais difundidos são: modelo proposto pela Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (EPA); Modelo Scholl Canyon utilizado pelo Banco Mundial (BM) e modelo apresentado pelo Intergovernamental de Mudanças Climáticas (IPCC). A metodologia da Agencia de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (EPA) é chamada também de Modelo de Emissão de Gases em Aterros (Landgem). Segundo IBAM (2007), é bastante empregada mundialmente, tendo sido utilizada em estudos de geração de energia em municípios brasileiros. No relatório da USEPA (2008), encontram-se duas metodologias, para calcular os gases emitidos pela degradação de resíduos sólidos em aterros: uma destinada a sistemas de disposição sem controle, ou seja, em vazadouros ou lixões e a outra destinada ao cálculo das emissões em sistemas de disposição controlada. Com isso, para o presente trabalho será considerado os dados do peso do resíduo residencial a ser destinado anualmente no Aterro Sanitário de Seropédica/RJ para estimar as emissões controladas de gases, conforme apresentado a seguir. METODOLOGIA DE CÁLCULO DA USEPA Para o tipo de disposição sem controle é apresentada a equação cinética de primeira ordem (1) com a qual podem ser calculadas as emissões de metano. Esta metodologia foi publicada pela USEPA e tem como base a estimativa direta das emissões de metano a partir de um modelo (Land-Gem: Landfill Gas Emission Model) observado na Equação (1). Q CH4 = Lo x R x ( e – KC – e – KT ) (1) Em que, QCH4 é o metano gerado no ano t, em m3/ano; Lo é o potencial da geração de CH4 por tonelada de lixo, em m³ CH4 / ton; R é a quantidade de resíduos depositados no aterro, em ton/ano; k é a taxa de geração de metano, em ano-1; c é o tempo desde o encerramento do aterro, em ano, sendo c = 0 para aterros ativos, em ano; t é o tempo desde o início da disposição dos resíduos no aterro, em ano.

De acordo com Borba (2006), a Equação (1) foi concebida inicialmente para estimar a geração de metano e não para estimar emissões, pois parte do metano em sua migração para a atmosfera é captado e degradado nas camadas mais superficiais do terreno. Entretanto, dada a dificuldade em avaliar as emissões, adotando um critério conservador, considera-se que todo o metano gerado é emitido à atmosfera através de fissuras ou vias de evacuação praticadas no terreno. 1235

Na Tabela 1 são apresentados os valores que, na ausência de dados, são propostos pela EPA para os coeficientes k e L0. Tabela 1- Valores recomendados de k (USEPA, 2008).

Pluviometria < 635 mm/ano > 635 mm/ano

Valores de k 0.02 0.04

Lo 100 m³/t 100 m³/t

Fonte : UNITED STATES ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY, USEPA (2008)

Optou-se por utilizar os valores de k e L0, estabelecidos pela US EPA (1998), para pluviometria anual maior que 635 mm. Considerando a existência de um sistema de captação do biogás para sua posterior queima ou aproveitamento para a produção de energia elétrica através de motores de combustão interna ou turbinas, devem ser levados em conta os seguintes aspectos: eficiência do sistema de captação (os sistemas de captação não são 100% efetivos, desta forma, parte do biogás gerado é emitido à atmosfera diretamente. Se este dado for desconhecido será utilizado o valor que sugere a USEPA (1998) de 75% de eficácia de captação) e dispositivos de controle (deve ser levado em conta o dispositivo de controle e/ou aproveitamento do gás do aterro). Na Tabela 2 é apresentada a eficiência dos diferentes sistemas de controle em função do dispositivo utilizado. Tabela 2 – Eficiência do Sistema de Controle (η cont.) Dispositivo de Controle Contaminante VOC Queimador VOC Motores de Combustão Interna VOC Caldeiras VOC Turbinas a Gás Fonte: USEPA,1998

η cont (%) 99,2 97,2 98,0 94,4

Emissões de CH4, Equação (2): CM CH4 = Q CH4.(1- η col/100)+ Q CH4.( η col/100).(1- η cont/100)

(2)

Em que, CMCH4 são as emissões controladas de metano, em m³/ano; QCH4 são as emissões não controladas de metano obtidas com a Equação (1), em m³/ano; η col é a eficiência do sistema de captação, 75%, valor sugerido; η cont é a eficiência do dispositivo de controle, ver Tabela 2.

DETERMINAÇÃO DA POTÊNCIA E ENERGIA DISPONÍVEIS Por se tratar de um projeto demonstrativo, optou-se por utilizar o motogerador Ciclo Otto como exemplo para o cálculo, com potência nominal de 200 kW. Para o cálculo da potência disponível foi utilizada a seguinte Equação (2): Px = (Qx x Pc x η / 860.000)

(2)

Em que, Px é a potência disponível a cada ano, em MW; Qx é a vazão de metano a cada ano, em m3CH4/ano; Pc é o poder calorífico de metano, em J/m3CH4; η é a eficiência do motor igual a 0,28.

O Poder Calorífico Inferior (PCI) de metano é entorno 8500 Kcal/m3, será utilizado para o cálculo da potência o PCI em joules, que é aproximadamente 35,53.106 J/m³. 1236

Para calcular a energia disponível, fez-se uso da Equação (3), descrita abaixo: E = P x Rend x Tempo de operação

(3)

Em que , E é a energia disponível, em MWh/dia; P é a potência disponível, em MW; Rend é o rendimento do motor operando a plena carga que é igual à 87% (ou seja, 0,87); Tempo de operação correspondente a 24 h/dia.

Como pode-se notar, em função da vazão de metano, pode-se realizar os cálculos da potência (MW) e da energia (MWh/dia) disponíveis no Aterro Sanitário de Seropédica. RESULTADOS A Tabela 3 apresenta a potência e a energia disponível no aterro em função da vazão de metano (m³/ano) no aterro Santa Rosa – CTR Seropédica, desde o ano de 2011 até 2090. Os dados da entrada de massa de RSU no aterro foram extraídos do Atlas Brasileiro de Emissões de GEE e Potencial Energético na Destinação de Resíduos Sólidos produzido pela ABRELPE (2013). Tabela 3 - Potência e a energia disponível no aterro em função da vazão de metano (CH4) Geração de Metano e de Biogás - CTR Santa Rosa ( Seropédica ) Ano

Q CH4 Q CH4 Geração de Biogás (m³CH4/ano) (m³CH4/hora) (m³CH4/ano)

2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 2031 2032 2033 2034 2035 2036 2037 2038 2039 2040 2041 2042

4091622,03 23212113,02 37907809,02 50061688,24 61988553,77 73696432,41 85193156,74 96486320,59 107583330,57 118491393,22 129217448,93 139768342,37 150150622,52 160370811,72 170435050,97 180349521,64 190120109,56 199752531,97 209252395,85 218625157,00 227876180,96 237010579,98 243597382,52 234045792,53 224868725,73 216051496,87 207579996,50 199440668,42 191620487,95 184106941,14 176888004,72 169952126,84

467,08 2649,78 4327,38 5714,80 7076,32 8412,83 9725,25 11014,42 12281,20 13526,41 14750,85 15955,29 17140,48 18307,17 19456,06 20587,84 21703,21 22802,80 23887,26 24957,21 26013,26 27056,00 27807,92 26717,56 25669,95 24663,41 23696,35 22767,20 21874,48 21016,77 20192,69 19400,93

8183244,05 46424226,04 75815618,05 100123376,48 123977107,53 147392864,81 170386313,49 192972641,18 215166661,14 236982786,44 258434897,86 279536684,74 300301245,04 320741623,45 340870101,94 360699043,27 380240219,12 399505063,95 418504791,70 437250313,99 455752361,93 474021159,97 487194765,04 468091585,05 449737451,46 432102993,75 415159993,01 398881336,83 383240975,90 368213882,28 353776009,44 339904253,69

Emissão Controlada Q CH4 (m³CH4/ano)

Potência disponível (MW)

1108829,57 6290482,63 10273016,25 13566717,51 16798898,07 19971733,18 23087345,48 26147792,88 29155082,58 32111167,56 35017928,66 37877220,78 40690818,7 43460489,98 46187898,81 48874720,36 51522549,69 54132936,16 56707399,28 59247417,55 61754445,04 64229867,18 66014890,66 63426409,77 60939424,67 58549955,65 56254179,05 54048421,14 51929152,23 49892981,05 47936649,28 46057026,37

12,83 72,77 118,84 156,94 194,33 231,03 267,07 302,48 337,26 371,46 405,08 438,16 470,71 502,75 534,30 565,38 596,01 626,20 655,99 685,37 714,37 743,01 763,65 733,71 704,94 677,30 650,74 625,23 600,71 577,16 554,53 532,78

Energia disponível (MWh/dia) 267,82 1519,39 2481,32 3276,88 4057,57 4823,93 5576,47 6315,68 7042,06 7756,06 8458,16 9148,78 9828,37 10497,36 11156,13 11805,10 12444,65 13075,16 13696,99 14310,50 14916,04 15513,95 15945,10 15319,88 14719,18 14142,03 13587,52 13054,74 12542,86 12051,05 11578,52 1237 11124,52

2043 2044 2045 2046 2047 2048 2049 2050 2051 2052 2053 2054 2055 2056 2057 2058 2059 2060 2061 2062 2063 2064 2065 2066 2067 2068 2069 2070 2071 2072 2073 2074 2075 2076 2077 2078 2079 2080 2081 2082 2083 2084 2085 2086 2087 2088 2089 2090

163288208,63 156885586,38 150734014,55 144823649,30 139145032,78 133689078,00 128447054,27 123410573,23 118571575,44 113922317,46 109455359,50 105163553,46 101040031,55 97078195,24 93271704,76 89614468,90 86100635,31 82724581,11 79480903,89 76364413,07 73370121,60 70493237,98 67729158,58 65073460,29 62521893,41 60070374,91 57714981,81 55451945,01 53277643,14 51188596,87 49181463,28 47253030,52 45400212,69 43620044,89 41909678,46 40266376,46 38687509,26 37170550,32 35713072,20 34312742,60 32967320,72 31674653,59 30432672,65 29239390,49 28092897,59 26991359,32 25933012,98 24916165,00

18640,21 17909,31 17207,08 16532,38 15884,14 15261,31 14662,91 14087,96 13535,57 13004,83 12494,90 12004,97 11534,25 11081,99 10647,45 10229,96 9828,84 9443,45 9073,16 8717,40 8375,58 8047,17 7731,64 7428,48 7137,20 6857,35 6588,47 6330,13 6081,92 5843,45 5614,32 5394,18 5182,67 4979,46 4784,21 4596,62 4416,38 4243,21 4076,83 3916,98 3763,39 3615,83 3474,05 3337,83 3206,95 3081,21 2960,39 2844,31

326576417,26 313771172,77 301468029,10 289647298,60 278290065,56 267378156,01 256894108,55 246821146,47 237143150,88 227844634,93 218910719,00 210327106,93 202080063,10 194156390,48 186543409,52 179228937,80 172201270,63 165449162,22 158961807,78 152728826,14 146740243,20 140986475,97 135458317,17 130146920,58 125043786,83 120140749,81 115429963,63 110903890,01 106555286,28 102377193,75 98362926,56 94506061,04 90800425,38 87240089,77 83819356,92 80532752,93 77375018,52 74341100,64 71426144,39 68625485,21 65934641,44 63349307,17 60865345,31 58478780,98 56185795,18 53982718,64 51866025,96 49832329,99

44251104,54 42515993,91 40848917,94 39247208,96 37708303,88 36229740,14 34809151,71 33444265,35 32132896,94 30872948,03 29662402,42 28499322,99 27381848,55 26308190,91 25276631,99 24285521,07 23333272,17 22418361,48 21539324,95 20694755,94 19883302,95 19103667,49 18354601,98 17634907,74 16943433,12 16279071,6 15640760,07 15027477,1 14438241,29 13872109,75 13328176,55 12805571,27 12303457,64 11821032,16 11357522,86 10912188,02 10484315,01 10073219,14 9678242,565 9298753,246 8934143,916 8583831,122 8247254,289 7923874,823 7613175,247 7314658,375 7027846,518 6752280,714

511,89 491,82 472,54 454,01 436,21 419,10 402,67 386,88 371,71 357,14 343,13 329,68 316,75 304,33 292,40 280,93 269,92 259,33 249,16 239,40 230,01 220,99 212,32 204,00 196,00 188,31 180,93 173,84 167,02 160,47 154,18 148,13 142,33 136,74 131,38 126,23 121,28 116,53 111,96 107,57 103,35 99,30 95,40 91,66 88,07 84,62 81,30 78,11

10688,32 10269,22 9866,56 9479,69 9107,98 8750,86 8407,73 8078,06 7761,31 7456,99 7164,59 6883,67 6613,75 6354,43 6105,26 5865,87 5635,87 5414,88 5202,56 4998,57 4802,57 4614,26 4433,33 4259,50 4092,48 3932,01 3777,84 3629,71 3487,38 3350,64 3219,26 3093,03 2971,75 2855,23 2743,27 2635,71 2532,36 2433,06 2337,66 2246,00 2157,93 2073,32 1992,02 1913,92 1838,87 1766,77 1697,49 1630,93

A FIGURA 1 demonstra o comportamento da vazão do metano durante esses anos. A quantidade de biogás estimada em 2032 é de 237.010.579,98 m3CH4/ano, calculadas segundo a metodologia descrita anteriormente, representando uma potência e energia disponível, respectivamente, de 743,01 MW e 15.513,95 MWh/dia.

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Figura 1 – Comportamento da vazão de metano (CH4).

A curva tem um comportamento crescente durante a o período em que o aterro recebe resíduo, pois a cada nova tonelada de resíduo depositada, soma-se soma um novo potencial de geração de biogás. O ponto máximo da Figura 1 mostra o último ano de disposição do lixo no aterro e a partir daí a curva é regida pela constante de decaimento “k”, referente à degradaçãoo da matéria orgânica no tempo. A FIGURA 2 representa a potência disponível por ano no aterro e a FIGURA 3 representa a energia disponível no aterro.

Figura 2 – potência disponível por ano

Figura 3 - Energia disponível no aterro por ano.

A partir dos cálculos realizados, utilizando-se utilizando se os dados do Aterro Sanitário de Seropédica e os valores de eficiência e rendimento de um Motor do Ciclo Otto, observou-se observou que o aterro tem potencial de geração de biogás suficiente para conversão em energia elétrica. Desta Des forma, podemos realizar uma breve análise para verificar viabilidade de se instalar um 1239

sistema de iluminação a gás noturno no aterro, tomando-se como base o trabalho realizado pelo CENBIO no aterro Essencis - CTR Caieira em São Paulo. Os postes de iluminação a gás, segundo o fabricante, consomem 0,40 m3/h de biogás por ponto luminoso. Se fossem instalados 6 postes, com quatro pontos luminosos cada, geraria um consumo de 9,6 m3/h de metano, levando em consideração que fosse instalado um grupo de gerador de ciclo Otto de 200kW, sendo seu consumo de biogás aproximadamente 181m3CH4/h. A soma de biogás a ser consumido será de 190,6 m3CH4/h, como a porcentagem de metano no biogás é cerca de 40%, tem-se um consumo de metano de aproximadamente 76,24 m³/h, sendo vazão menor do que a prevista para os anos a partir de 2013 ou 2014. Considerando a potência de 200 kWh sendo gerada durante um mês inteiro ininterruptamente, visto que o biogás é gerado 24 h/dia, chegar-se ao total de aproximadamente 144 MW/mês. Isto é, o biogás pode ser utilizado entre outras finalidades, dentro do próprio aterro para suprir as necessidades energéticas do empreendimento. CONCLUSÕES Os aterros sanitários representam uma das alternativas mais seguras para a disposição final do resíduo, é atualmente no Brasil a única autorizada pela Política Nacional de Resíduos Sólidos, considerando a captação do biogás e a possibilidade de geração de energia, onde o metano, principal constituinte do biogás, é transformado em gás carbônico, com potencial de aquecimento global cerca de 21 vezes menor (EPA, 2008). O desenvolvimento e a implementação de alternativas tecnológicas com vistas à geração de energia a custos reduzidos para esse segmento podem gerar impactos socioeconômicos e ambientais positivos, diminuindo a sobrecarga das concessionárias, além da diminuição da emissão de gases de efeito estufa. A utilização do biogás proveniente de aterro sanitário pode promover benefícios para o governo local, estimulando a adoção de práticas que maximizem a geração e a coleta do biogás e reduzam os riscos ambientais. Conforme os resultados da estimativa realizada a cima, o Aterro Sanitário de Seropédica poderá gerar em 2013 cerca de 2.481,32 MWh/dia, podendo chegar a 15.513,95 MWh/dia no ano de seu encerramento, 2033. Portanto, conclui-se que o Aterro Sanitário de Seropédica possui potencial de geração de biogás que pode ser utilizado para produzir energia elétrica. Entretanto, ressalta-se que, a implantação de um sistema de geração de energia em um aterro tem um alto custo elevado, entretanto, seria uma solução eficaz para problemas provocados pela emissão de metano, além de gerar benefícios financeiros para a gerencia do aterro, uma vez que a energia gerada pelo sistema poderia ser consumida pelo próprio aterro e no caso de haver excedente ser vendida ao fornecedor do município. BIBLIOGRAFIA ABNT - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS Apresentação de Projetos de Aterros Sanitários de Resíduos Sólidos Urbanos. NBR 8419, 1992. ABNT - ASSOCIAÇ Ã O BRASILEIRA D E NORMAS TÉCNICAS Apresentação de Projetos de Aterros Controlados de Resíduos Sólidos Urbanos. NBR 8849, 1995. BORBA, S. M. P. Análise de Modelos de Geração de Gases em Aterros Sanitários: Estudo de Caso (Rio de Janeiro). 2006. 134 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil). Universidade Federal do Rio de Janeiro. Rio de Janeiro. 1240

CUNHA, M. E. G. Análise do Setor Ambiental no Aproveitamento Energético de Resíduos: Um estudo de caso do município de Campinas, Ano de Obtenção: 2002,Orientador: Prof. PhD Carlos Alberto Mariotoni. Mestrado em Planejamento de Sistemas Energéticos/Área Interdisciplinar. Universidade Estadual de Campinas, UNICAMP, Brasil. CENBIO. Centro Nacional de Referência em Biomassa. Projeto Instalação e Testes de uma Unidade de Demonstração de Geração de Energia Elétrica a partir de Biogás de Tratamento de Esgoto – ENERG-BIOG. Relatório Técnico Final. 2005. São Paulo. INSTITUTO BRASILEIRO DE ISTRAÇÃO MUNICIPAL,IBAM.. Mecanismo de desenvolvimento limpo aplicado a resíduos sólidos: conceito, planejamento e oportunidades, v. 2, Rio de Janeiro, IBAM, 2007. ICLEI. Governos Locais pela Sustentabilidade. Secretariado para América Latina e Caribe. Manual para aproveitamento do biogás: volume um, aterros sanitários. 2009. 80 p. Escritório de projetos no Brasil, São Paulo. LEONE, J. America Experience on Landfill Biogas Recovery. AMERESCO CETESB, 2003. MUYLAERT, M. S. (coord.) AMBRAM, R.; CAMPOS, C. P.; MONTEZ , E. M.; OLIV EIRA, L.B Consumo de Energia e Aquecimento do Planeta – Análise do mecanismo de Desenvolvimento Limpo - MDL - do Protocolo de Quioto - Estudo de Caso. 247 p. Rio de Janeiro: Ed. COPPE, 2000. OMS - Organização Mundial de Saúde. Critério de Saúde Ambiental. 2000. Disponível em: http://w w w .mre.gov.br/cdbrasil/itamaraty/w eb/port/relext/ mre/nacun/agespec/oms/ o em: 09/09/2013. PROINFA. Consultoria e Implementação do Meio Ambiente. Disponível em : . o em 10 de Set. de 2013. USEPA 2 - UNITENVIRONMENT, STATES ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY, Feasibility assessment for gas-to-energy at selected landfills in Sao Paulo, Brazil, Public review draft, USEPA - Methane Branch, Washington, 1997, não paginado. UNITED STATES ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY, USEPA, Background Information Document for Updating AP42 Section 2.4 for Estimating Emissions form Municipal Solid Waste Landfills, Washington, 2008. Disponível em: http://www.epa.gov/ttn/chief/ap42/ch02/draft/db02s04.pdf. o em: 09 set. 2013. UNITED STATES ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY (USEPA), AP 42 Section 2.4 – Municipal Solid Waste Landfills, Related Information (1996), disponível em: Accesso em: 29 set. 2013. UNITED STATES ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY (USEPA), Municipal Solid Waste Landfills,(1998) (Fórmula) .disponível em: Accesso em: 29 set. 2013. SILVA, E. P; CAVALIERO, C.K.N. Perspectivas para as fontes renováveis de energia no Brasil. Disponível em o em: 10 set. 2013. MIGUEL, K. G. Proinfa incentiva fontes alternativas de energia. Disponível em . o em: 10 set. 2013. MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA - MME. Balanço energético nacional 2003. Disponível em . o em: 10 set. 2013. PECORA,V. Implantação de uma unidade demonstrativa de geração de energia elétrica a partir do biogás de tratamento do esgoto residencial da USP. Dissertação (Mestrado). Pós-Graduação em Energia da Universidade de São Paulo (Instituto de Eletrotécnica e Energia). São Paulo, USP, 2006.108f. 1241

I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

POTENCIAL DE APROVEITAMENTO DE GLICERINA RESIDUAL DO BIODIESEL POR ASPERGILLUS NIGER THAIS REIS VICTORINO1, ROBERTO GUIMARÃES PEREIRA2, SORELE B. FIAUX3 1

Engenheira Química, UFF, (21) 99140301, [email protected] Doutor em Engenharia Mecânica, UFF, (21) 2629-5583, [email protected] 3 Doutora em Tecnologia de Processos Químicos e Bioquímicos, UFF, (21) 2629-9570, [email protected] 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: O aumento da conscientização da sociedade na preservação do meio ambiente e a preocupação com o desenvolvimento sustentável vêm incentivando as pesquisas que buscam reaproveitar resíduos industriais. A glicerina tem sido gerada no mundo em grandes e crescentes quantidades como subproduto da produção de biodiesel e se tornou um grande problema ambiental e econômico. Uma das possíveis formas de sua utilização é como matéria prima em processos biotecnológicos, porém as impurezas presentes na glicerina podem inibir o crescimento microbiano. Esse trabalho teve como objetivo avaliar o desenvolvimento de Aspergillus niger em meio contendo glicerina proveniente do biodiesel como única fonte de carbono, comparando com o seu desenvolvimento em meios contendo sacarose, fonte de carbono usualmente utilizada na indústria, e glicerol P.A. Esse fungo tem importantes aplicações industriais na produção de enzimas e ácidos orgânicos e a utilização da glicerina, matéria prima atualmente de baixo custo, poderia trazer ganhos a esses processos. Nesse trabalho, a glicerina foi obtida pela transesterificação de óleo de fritura com etanol, tendo hidróxido de potássio como catalisador. O crescimento do microrganismo na glicerina foi comparável àquele obtido em sacarose e maior do que aquele obtido em glicerol. O pH do meio de cada uma das três fontes de carbono diminuiu consideravelmente. A glicerina residual mostrou-se uma excelente fonte de carbono para o Aspergillus niger, com grande potencial de aproveitamento. PALAVRAS–CHAVE: Aspergillus niger, biodiesel e glicerina.

POTENTIAL USE OF CRUDE GLYCERIN FROM BIODIESEL BY ASPERGILLUS NIGER ABSTRACT: The awareness of society in preserving the environment and sustainable development has encouraged research on recycling of industrial waste. Glycerin has been generated in large quantities in the world as a byproduct of biodiesel production, and became a major environmental and economic problem. One of the possibilities for its use is as a feedstock for biotechnological processes, but the impurities present in glycerin can inhibit microbial growth. This study aimed to evaluate the development of Aspergillus niger on medium containing glycerin from the biodiesel production as a sole carbon source. Its development was compared with its growth in media containing sucrose, a carbon source commonly used in the industry, and glycerol PA. The fungus has important industrial applications, e.g., in the production of enzymes and organic acids. As the price of glycerin is currently very low, its use could be advantageous to these processes. In this work, the glycerin was obtained by transesterification of residual oil with ethanol using potassium hydroxide as a catalyst. The microbial growth in glycerol was comparable to that obtained with sucrose and higher than that obtained with glycerol. The pH of the medium of all the three carbon sources decreased considerably. The residual glycerin proved to be an excellent carbon source for Aspergillus niger with great potential for exploitation. KEYWORDS: Aspergillus níger, biodiesel e glycerin.

1242

INTRODUÇÃO Com a crescente preocupação com o meio ambiente a partir do século XXI, diversas formas de reaproveitamento de resíduos têm sido estudadas para geração de energia ou de produtos de alto valor agregado. Devido à elevada demanda pela industrialização e conseqüente exploração dos recursos naturais, uma quantidade muito grande de resíduos tem se acumulado no meio ambiente. Estes resíduos têm composições diversas podendo ser compostos orgânicos ou inorgânicos. Resíduos orgânicos podem ser aproveitados, em muitos casos, como ingredientes em formulações de novos produtos e, por processos fermentativos, podem ser valorizados quando utilizados como substratos para a geração de produtos com elevado valor agregado como enzimas, ácidos e antibióticos. Esses resíduos depois de gerados representam perdas de matéria-prima e energia, exigindo investimentos significativos em tratamentos para controlar os efeitos da sua disposição inadequada no ambiente. Diversos subprodutos e matérias-primas da indústria de alimentos e/ou da agroindústria têm sido empregados para o crescimento de microrganismos pela alta disponibilidade e baixo custo. Como exemplos podem ser citados soro de leite, água de maceração de milho, xarope de milho, levedura de destilaria, melaços e glicerina proveniente da produção de biodiesel (MORAES et al., 1991 apud Oliveira et al, 2009). Alguns produtos obtidos a partir da fermentação de glicerina por bactérias e leveduras podem ser observados na Tabela 1. Um grande desafio para a utilização da glicerina bruta para produção de químicos é a obtenção de linhagens microbianas eficientes no metabolismo da glicerina que também sejam tolerantes a compostos inibitórios, tais como sais e solventes orgânicos, presentes nessa glicerina. (ALMEIDA, 2011). O Aspergillus niger é um dos mais importantes microrganismos na biotecnologia. Foi escolhido para este trabalho, pois é um microrganismo já bastante empregado nas indústrias, embora a matéria prima utilizada para seu desenvolvimento seja diferente da glicerina proveniente do biodiesel. Este fungo vem sendo utilizado por várias décadas para produzir enzimas e ácido cítrico a partir de outras matérias primas (DESGRANGES e DURAND,1990; LEGISA et al, 1986; ANDRÉ et al.,2010). Quanto à patogenicidade, o A. niger é geralmente conhecido como um fungo não patogênico distribuído amplamente na natureza (SCHUSTER et al., 2002). O objetivo deste trabalho foi avaliar o potencial da utilização de glicerina residual do biodiesel como fonte de carbono e energia pelo fungo Aspergillus niger. MATERIAL E MÉTODOS MICRORGANISMO: Foi utilizado o fungo filamentoso Aspergillus niger INCQS 40065 (ATCC 6275). CONSERVAÇÃO DO MICRORGANISMO E OBTENÇÃO DOS ESPOROS: O microrganismo foi conservado em solo estéril a temperatura ambiente. Os esporos foram obtidos em meio batata dextrose (BDA), crescendo o microrganismo por 5 dias.

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Tabela 1 – Alguns produtos obtidos através de processos fermentativos Produto Microrganismo K. pneumoniae 1,3- propanodiol C. butyricum E. coli G. oxydans Dihidroxiacetona G. frateurii Ácido Glicérico A. tropicalis Etanol E. coli Butanol C. pasteurianum 2,3-butanodiol K. pneumoniae Ácido lático E. coli E. coli modificada Ácido succínico Y. lipolytica E. coli PHB (polihidroxibutirato) Z. denitrificans Ácido Cítrico Y. lipolytica Fonte: Almeida (2011) MEIO DE CULTIVO: O meio de cultivo utilizado em (g/L) foi: (NH4)2SO4, 5.0; KH2PO4, 1.0; MgSO4.7H2O,0.25 e em (mg/L): Fe+2 (como FeSO4.7H2O), 0.3; Zn+2 (como ZnSO4.7H2O), 0.4; Mn+2 (como MnSO4.H2O),0.15; Cu+2 (como CuSO4.5H2O), 0.4; pH 5,0, acrescido da fonte de carbono e esterilizado a 121ºC por 15 minutos. CONTAGEM DOS ESPOROS: Os esporos foram suspensos com solução 0,1% de Tween 80. A concentração da suspensão foi determinada por contagem direta ao microscópio em câmara de Neubauer. Volume suficiente da suspensão de esporos em Tween 80 foram transferidos para o meio de cultivo, de forma que a concentração final no meio fosse 105 esporos/mL. CRESCIMENTO DO MICRORGANISMO: O experimento foi realizado em erlenmeyers de 250 mL contendo 50 mL de meio de cultivo. Foram utilizadas como fontes de carbono Glicerol P.A, Glicerina do biodiesel e Sacarose adicionadas ao meio de cultivo na concentração de 51.1, 12,2, 47.5 g/L, respectivamente. A glicerina, sem purificação, foi proveniente de reação de transesterificação de óleo de fritura com etanol, utilizando hidróxido de potássio como catalisador. Os erlenmeyers foram incubados a 30ºC e sob agitação de 150 rpm em shaker por 5 dias. As amostragens, constituídas do conteúdo total do frasco, foram feitas em duplicata. MÉTODOS ANALÍTICOS: A concentração celular foi determinada por peso seco de células, filtrando o micélio em papel de filtro seco e tarado, lavando o micélio com água e secando a 80ºC por 24h. O pH foi medido no meio, após a filtração, em pHmetro. RESULTADOS E DISCUSSÃO CRESCIMENTO DO MICRORGANISMO:

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Os gráficos da concentração celular por fonte de carbono em função do tempo de cultivo estão apresentados na FIGURA 1. A sacarose foi utilizada como controle do crescimento, por ser essa uma fonte de carbono bastante utilizada para o crescimento cresci de Aspergillus niger,, inclusive industrialmente. Na primeira amostragem do meio com glicerina do biodiesel (24 horas de cultivo) foi observada a formação de uma fase oleosa. Para que não houvesse alteração na determinação da concentração celular por peso de células, foi realizada uma lavagem com 15 mL de hexano, de forma a solubilizar o óleo. Aspergillus niger apresentou bom crescimento em presença de todas as fontes de carbono sendo que, na glicerina do biodiesel foi obtido o maior crescimento médio (22,8 g/L).

Figura 1 - Concentração celular em função do tempo, em cultivo em presença de glicerol P.A. ■, sacarose ♦ e glicerina de biodiesel ▲. As impurezas presentes na glicerina e decorrentes da produção do biodiesel podem afetar o crescimento microbiano. crobiano. O aumento da concentração do álcool utilizado na produção de biodiesel e a presença de sabão na glicerina inibiram o crescimento da alga Schizochytrium limacinum (PYLE et al.,., 2008). O mesmo ocorreu com o fungo Pythium irregulare que teve o crescimento cimento inibido pela presença do metanol e sabão oriundos da produção de biodiesel (ATHALYE et al.,., 2009). Esses efeitos não foram observados neste trabalho, pois não foi feito nenhum pré-tratamento tratamento na glicerina do biodiesel e, no entanto, o crescimento de Aspergillus niger em glicerina foi um pouco maior do que na sacarose, fonte comumente utilizada na indústria. Resíduos da reação de produção do biodiesel podem estar presentes na glicerina e contribuir para o crescimento do Aspergillus niger, por exemplo,, resíduos de triglicerídeos (óleo de fritura utilizado) ou ácidos graxos livres. Papanikolaou et al. (2011) em seu trabalho utilizou óleo de cozinha residual para gerar biomassa com algumas linhagens de Aspergillus sendo portanto um indicativo de que este resíduo na glicerina do biodiesel pode também ter contribuído para o crescimento microbiano.

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MORFOLOGIA DO MICÉLIO: Nos meios de cultivo contendo sacarose a morfologia do A. niger se apresentou como pellets bem formados (FIGURA 2), enquanto que no meio contendo glicerol P.A. e glicerina do biodiesel o crescimento se deu em forma mais fragmentada (FIGURAS 3 e 4).

Figura 2 - Morfologia do pellet de Aspergillus niger em meio de cultivo com sacarose.

Figura 3 - Morfologia de Aspergillus niger em meio de cultivo com glicerol P.A.

Figura 4 - Morfologia de Aspergillus niger em meio de cultivo com glicerina do biodiesel. Os microrganismos filamentosos podem adquirir diferentes morfologias durante o seu crescimento. O desempenho da produção de ácidos ácidos orgânicos é diretamente afetado por essa 1246

morfologia (ANDRÉ et al.,., 2010). Alguns dos parâmetros que modificam a morfologia são composição do meio de cultivo e condições de processo (WALISCO et al., al 2012). Algumas conseqüências da morfologia são: baixas taxas de crescimento, elevada viscosidade no meio de cultivo e problemas de transferência de massa. Portanto, a verificação da morfologia do fungo é de extrema importância. VARIAÇÃO DO pH: Tanto no meio com glicerina quanto no meio com sacarose o pH do meio de cultivo decresceu até aproximadamente 70 horas de cultivo, mantendo-se mantendo se estável após esse tempo em 2,0 e 1,5, respectivamente. Embora o pH nesses meios tenha se estabilizado em 70 horas, o fungou continuou a crescer até o final do experimento. No meio meio com glicerol, o pH decresceu até 1,5 no tempo total de cultivo, acompanhando o crescimento (FIGURA 5).

Figura 5 – pH do meio em função do tempo de cultivo em presença de glicerol P.A. ■, sacarose ♦ e glicerina de biodiesel ▲. CONCLUSÕES O estudo mostrou que a glicerina subproduto do biodiesel é uma matéria prima em potencial para processos biotecnológicos utilizando o fungo Aspergillus niger. Essa matéria prima proporcionou crescimento do fungo um pouco maior do que na sacarose. Aparentemente, as impurezas presentes na glicerina do biodiesel, não causaram inibição do crescimento do microrganismo. AGRADECIMENTOS À FAPERJ e ao CNPQ que foram os financiadores dos pesquisadores deste trabalho. REFERÊNCIAS ALMEIDA, J.R.M. Microrganismos para produção produção de químicos a partir da glicerina bruta gerada na produção de biodiesel. Circular Técnica Embrapa 07, 2011. ANDRÉ, A.; DIAMANTOPOULOUB, P.; PHILIPPOUSSISB, A.; SARRISA, D.; KOMAITISA, M.; PAPANIKOLAOUA, S. Biotechnological conversions of bio-diesel bio derived ived waste glycerol into added-value added value compounds by higher fungi: production of biomass, single cell oil and oxalic acid. Industrial Crops and Products, 2010. v. 31, p. 407– 407 416. 1247

DESGRANGES, C.; DURAND, A. Effect of pCO2 on growth, conidiation, and enzyme production in solid-state culture on Aspergillus niger and Trichoderma viride TS. Enzyme and Microbial Technology, 1990. v. 12, Issue 7, p. 546–551. KURBANOGLU,E.B.;KURBANOGLU,N.I. Production of citric acid from ram horn hydrolysate by Aspergillus niger. Process Biochemistry, 2003. v.38, p. 1421-/1424. LEGISA, M.; MATTEY, M. Glycerol as an initiator of citric acid accumulation in Aspergillus niger. Enzyme Microb.Technol., 1986. v.8, p.258-259 OLIVEIRA, R. F.; SOUSDALEFF, M; LIMA, M. V. S.; LIMA, H. O. S. Produção Fermentativa de ácido lático a partir do Melaço de Cana de Açúcar por Lactobacillus casei. Brazilian J. Food Technol., 2009. VII BMCFB. PAPANIKOLAOU, S.; DIMOU, A.; FAKAS, S.; DIAMANTOPOULOU, P.; PHILIPPOUSSIS, A.; GALIOTOU-PANAYOTOU, M.; AGGELIS, G. Biotechnological conversion of waste cooking olive oil into lipid-rich biomass using Aspergillus and Penicillium strains. Journal of Applied Microbiology, 2011. v.110, p.1138-1150. PYLE, D.J.; GARCIA, R.J.; WEN,Z. Producing Docosahexaenoic Acid (DHA) – Rich Algae from Biodiesel-Derived Crude Glycerol: Effects of Impurities on DHA Production and Algal Biomass Composition. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2008. v.56, p. 3933-3939. SCHUSTER, E.; DUNN- COLEMAN, N.; FRISVAD, J.C.; DIJCK, P.W.M. On the safety of Aspergillus niger – a review. Appl. Microbial Biotechnol, 2002. v.59, p. 426-435. WALISKO, R.; KRULL, R.; SCHRADER, J.; WITTMANN, C. Microparticle based morphology engineering of filamentous microorganisms for industrial bio-production. Biotechnol Lett.,2012. v. 34, p.1975–1982.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente - Niterói – RJ – Brasil 21 a 25 de Outubro de 2013

AVALIAÇÃO DAS MATÉRIAS PRIMAS EMPREGADAS PARA A PRODUÇÃO DO BIODIESEL EM CADA REGIÃO BRASILEIRA PRISCILA APARECIDA RIBEIRO DE SOUZA1, EDNILTON TAVARES DE ANDRADE2 1 2

Mestranda em Eng. de Biossistemas, Universidade Federal Fluminense, (24)99764914, [email protected] Professor Associado, PGEB, UFF, (21) 26295395, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Com esgotamento dos combustíveis fósseis deu-se início a corrida pela busca de alternativas renováveis, surgindo como principal alternativa o biodiesel. Este artigo tem como objetivo enumerar quais são as matérias-primas cultivadas em cada região do Brasil delineando suas especificações necessárias para melhor produtividade e istração da mesma, bem como, descrever as vantagens e desvantagens do cultivo de cada uma e seu potencial de aplicação em cada região, para isto foram utilizados dados secundários provenientes de pesquisas da Associação Brasileira de Óleos Vegetais (ABIOVE); da Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Bicombustíveis (ANP); Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), Companhia Nacional de Abastecimento (CONAB), além de uma ampla revisão bibliográfica sobre o tema. A principal oleaginosa para a produção de biodiesel é a soja, ocupando um espaço de 71%, seguido do sebobovino com 20% e óleo de algodão com 3% os restantes 6% são representados por outras matérias primas. A maior região produtora de biodiesel do Brasil é a região Centro-oeste (43%), subsequente a este se encontra a região Sul (33%), em seguida a região Nordeste (12%), logo depois a região Sudeste (10%) e posteriormente a região Norte (2%). PALAVRAS–CHAVE: Biodiesel, Oleaginosas, Regiões Brasileiras

EVALUATION OF RAW MATERIALS USED FOR THE PRODUCTION OF BIODIESEL IN EACH REGION BRAZIL ABSTRACT: With the depletion of fossil fuels this race started to search for renewable alternatives, the biodiesel appear as the main alternative. This article has the objective enumerate what are the raw materials grown in each region of Brazil are outlining their specifications required for better productivity and management of the same, as well as, describe the advantages and disadvantages of each crop and its potential application in each region, were used for this secondary data from surveys of the Brazilian Association of Vegetable Oil (ABIOVE), the National Agency of Petroleum, Natural Gas and Biofuels (ANP ), Brazilian Institute of Geography and Statistics (IBGE), the National Supply Company (CONAB), plus a broad literature on the subject. The main oleaginous for the production of biodiesel is soy, occupying an area of 71%, followed by beef tallow and 20% cottonseed oil with the remaining 6% 3% comprise other materials. The largest producer of biodiesel in Brazil is the Midwest region (43%), subsequent to this is the southern region (33%), followed by the Northeast (12%), soon after the Southeast (10%) and later the North (2%). KEYWORDS: Biodiesel, Oilseeds, Brazilian Regions

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INTRODUÇÃO Atualmente o mundo a por um processo de conscientização ambiental, onde é necessário preservar o planeta para que as futuras gerações possam usufruir de um bem comum de todos: o meio ambiente. Que de acordo com a Constituição Federal no artigo 225 é direito de todos terem um meio ambiente ecologicamente equilibrado, de usá-lo como necessário, sendo essencial para uma qualidade de vida sadia. O poder público e a coletividade têm o dever de defendê-lo e preservá-lo para as gerações presentes e futuras. Além de um desequilíbrio ambiental pelo qual o mundo a, os combustíveis fósseis que um dia pensava-se que era infinito hoje se conclui que vão esgotar-se, e com isto deu-se inicio a corrida pela busca de fontes de energia renováveis para a geração de energia onde o homem se encontra dependente desta para seu bem estar. Dentre as alternativas de fontes de energia renováveis os biocombustíveis vêm ganhando espaço no mundo e no Brasil amparado por legislações que incentivam a sua produção. De acordo com a lei no 11.097 de 13 de janeiro de 2005 biocombustível é definido como um combustível capaz de substituir parcial ou totalmente os combustíveis fósseis produzido a partir de biomassa para ser utilizado em motores a combustão interna com ignição por compressão condizente com sua regulamentação ou para outro tipo de geração de energia. Esta mesma lei inseriu o bicombustível intitulado de biodiesel na matriz energética brasileira, ando a vigorar um percentual mínimo obrigatório intermediário de 2% em volume a partir do ano de 2008 e fixando um volume de 5% na inserção deste no óleo diesel em qualquer parte do território nacional com o prazo estipulado até o ano de 2013, mas em 2009 foi estabelecido pela Resolução CNPE Nº 6, de 16 de setembro de 2009 que a mistura de 5% de biodiesel no óleo diesel a partir de 1º de janeiro de 2010, onde segundo esta resolução “o maior uso de biodiesel favorece a agregação de valor às matérias-primas oleaginosas de origem nacional, o desenvolvimento da indústria nacional de bens e serviços e a ampliação da geração de emprego e renda em sua cadeia produtiva, com caráter nitidamente social, com enfoque na agricultura familiar”. Do mesmo modo a lei nº 11.097 institui a Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP) como órgão regulador da indústria do petróleo, gás natural, seus derivados e biocombustíveis, vinculada ao Ministério de Minas e Energia, que tem como propósito promover a regulação, contratação e fiscalização das atividades econômicas integrantes da indústria do petróleo, do gás natural e dos biocombustíveis. Os biocombustíveis utilizados atualmente são o bioálcool produzido a partir da cana de açúcar por meio de fermentação e o biodiesel produzido com matérias-primas variadas como, óleos vegetais, cujos principais são óleo de soja, de palma, de algodão, de girassol, de sésamo, de amendoim, de nabo forrageiro; gorduras animais como sebo bovino, gordura de frango, gordura de porco e óleos residuais de fritura (ANP, 2011). O biodiesel trata-se de ésteres de ácidos graxos biodegradáveis cujo seu principal meio de produção é realizado através de transesterificação que consiste em um processo onde os triglicerídeos (óleos e gorduras) reagem com álcoois metílicos ou etílicos na presença de um ácido ou uma base forte ou ainda uma enzima tendo a glicerina como subproduto. Também podem ser obtidos por craqueamento e esterificação. Pode ser utilizado puro, o chamado B100, ou em mistura com o diesel, que devido as suas qualidades não é necessário haver alteração nos motores a diesel. O Brasil por possuir uma área cultivável consideravelmente extensa é um país com grandes expectativas para o desenvolvimento de bioenergia, além de está localizado em uma região tropical, com condições climáticas distintas, dispondo de variadas alternativas para plantio de diversas matérias-primas para a produção de biodiesel.

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A especificação das matérias-primas de biodiesel que melhor se adapta para o clima regional do Brasil faz-se necessária para um adequado aproveitamento dos recursos utilizados para este cultivo. O objetivo deste trabalho é enumerar quais são as matérias-primas cultivadas em cada região do Brasil delineando suas especificações necessárias para melhor produtividade e istração da mesma, bem como, descrever as vantagens e desvantagens do cultivo de cada uma e seu potencial de aplicação em cada região. PRINCIPAIS MATÉRIAS PRIMAS UTILIZADAS PARA A PRODUÇÃO DE BIODIESEL NO BRASIL O grande potencial agroenergético do Brasil vem impulsionando o país à exploração de matérias-primas para a produção de biodiesel, decorrente da demanda de matérias-primas para cumprir a lei nº 11.097. A principal oleaginosa para a produção de biodiesel é a soja, ocupando um espaço de 71%, seguido do sebo-bovino com 20% e óleo de algodão com 3%, os restantes 6% são representados por outras matérias primas, dados estes apresentados para o ano de 2013 pela ANP e ABIOVE, representados pela Figura 1 em comparação com os anos de 2008 a 2013. Também podemos observar na Figura 1 que de 2010 a 2013 houve uma queda relativamente significativa na produção de soja o que deu espaço para o aumento da produção de biodiesel por outras matérias-primas. Figura 1: Principais matérias-primas para produção de biodiesel utilizadas no Brasil.

Fonte: ANP/ABIOVE - Coordenadoria de Economia e Estatística CARACTERÍSTICAS DA SOJA Devido a atual globalização as exigências básicas para a competitividade da cadeia produtiva de certa cultura devem levar em conta o baixo custo, redução de prejuízos e maior rendimento desta cultura. Para o agronegócio as adversidades climáticas (secas, excesso de chuva, temperatura muito alta ou muito baixa, baixa luminosidade, entre outras) são apontadas como o fator com maior ação limitante da produtividade e de mais difícil controle, o que reduz significativamente rendimentos da cultura e limita a área, período do plantio e solos que serão utilizados para as culturas. Para maior manutenção da cultura deve-se conhecer a planta que será utilizada e a soja como importante fonte de divisas no Brasil, contribui com uma significativa parcela de exportação, 1251

além de ser fonte de renda para muitas famílias brasileiras, e assim, deve ser bem compreendida quanto as suas características em seus estádios fenológicos. O ciclo total da planta pode ser dividido em dois estádios fenológicos: vegetativo e reprodutivo. A fase vegetativa é o período da emergência da plântula, abertura dos cotilédones, crescimento de folhas trifoliadas completamente desenvolvidas, e a fase reprodutiva compreende o período do início da floração (o número de flores produzidas é maior do que o que a planta pode converter efetivamente em vagens), do desenvolvimento da vagem, do desenvolvimento do grão e da maturação da planta. A estatura da planta é altamente dependente das condições ambientais e do genótipo da variedade. No Brasil, variedades comerciais normalmente apresentam altura média de 60 a 120 cm. As condições climáticas que mais afetam o desenvolvimento e a produtividade da soja é a temperatura, com oscilação de 20-30°C, sendo a temperatura ótima para sua emergência de 25°C e para o seu desenvolvimento 30°C; o fotoperíodo: a soja é considerada planta de dia curto, a faixa de adaptabilidade varia à medida que se desloca para o norte ou para o sul. Em função da latitude verifica-se que quanto mais próximo da linha do equador menor é a amplitude do foto período ao longo do ano, a solução para este problema é a introdução do período juvenil longo que possuem uma melhor adaptabilidade; a água é a maior causa de limitação do potencial de variabilidade de rendimento ao longo do ano, a água constitui 90% do peso da planta sendo necessária em seus processos fisiológicos e bioquímicos, operando como solvente de gases, minerais entre outros solutos que se movem entre as células da planta, também age como regulador térmico. Tanto o déficit quanto o excesso de agua são prejudiciais a planta, para uma boa germinação a semente deve absorver pelo menos 50% do seu peso não podendo exceder 85% de água no solo (FARIAS et al., 2007). Devido às condições climáticas viu-se necessário fazer um zoneamento agroclimático envolvendo várias instituições como MAPA, EMBRAPA, UNICAMP, EPAGRI, IAPAR, FEPAGRO, ANAEL e INMET, procurando delimitar áreas com maior aptidão climática para maior rendimento e menores riscos da cultura, onde o melhor resultado obtido foi na região do Mato Grosso. (FARIAS et al., 2007). Os maiores países produtores mundiais de soja são os Estados Unidos, o Brasil, destacando-se como segundo maior do mundo devido ao desenvolvimento de novos cultivares adaptados às diferentes regiões agroclimáticas do país, seguido da Argentina e da China. As principais regiões produtoras do Brasil são: Sul, Sudeste e Centro-oeste. Destacando-se os Estados do Paraná, Rio Grande do Sul, Mato Grosso e de Goiás. O crescimento da produção de soja no Brasil, de quase 30 vezes no decorrer de três décadas, determinou uma cadeia de mudanças sem precedentes na história do País. A soja também foi a grande responsável pela aceleração da mecanização das lavouras brasileiras, pela modernização do sistema de transportes, pela expansão da fronteira agrícola, pela profissionalização e incremento do comércio internacional, pela modificação e enriquecimento da dieta alimentar dos brasileiros, pela aceleração da urbanização do País, pela interiorização da população brasileira (excessivamente concentrada no sul, sudeste e litoral) e da agroindústria e pela tecnificação de outras culturas (destacando-se o milho). A principal utilização da soja no Brasil é o processamento do grão em óleo e proteína (torta ou farelo - para suplemento proteico na ração animal). CARACTERÍSTICAS DO SEBO BOVINO O sebo bovino é um resíduo do processo de abate de animal, sendo utilizado nas indústrias de alimentos, de rações animais, de sabão e cosméticos, ando a ser incluída nas indústrias de 1252

biodiesel a partir da criação do Programa Nacional de Produção e Uso de Biodiesel (PNPB), como sua segunda principal matéria-prima. A produção do sebo bovino é realizada por graxarias associadas a frigoríficos que processa os resíduos como vísceras e carcaças triturando-as e aquecendo-as por meio de digestores e cozimento. A qualidade do sebo bovino ocorre quando há a separação da gordura da proteína sólida e a água retida no material cru no momento do abate (LEVY, 2011). São aproveitados de cada boi abatido em media de 15 kg a 17 kg de sebo bovino para as indústrias de sabão, higiene, ração animal e biodiesel sendo que a alíquota do biodiesel é de 12%. O sebo bovino em comparação com o óleo vegetal possui maior quantidade de gordura insaturada e com isso em temperatura ambiente ele apresenta-se no estado sólido o que pode influenciar no desenvolvimento do motor, também se deve tomar cuidado em regiões com temperaturas mais baixas porque há o risco de precipitação ou cristalização acarretando o entupimento dos filtros dos veículos, outra propriedade importante que deve ser levada em consideração é a alta acidez devido aos ácidos graxos livres favorecendo a formação de sabão durante a transesterificação afetando assim a qualidade do combustível. Estas características são corrigidas pela mistura de óleo de soja com sebo bovino líquido. A justificativa para a produção de biodiesel de sebo bovino é o baixo custo de obtenção desta matéria-prima e sua grande disponibilidade, já que o Brasil possui um dos maiores rebanhos do mundo, além de contribuir com a questão ambiental. CARATERÍSTICAS DO ALGODÃO O algodão é considerado a mais importante das fibras têxteis, naturais ou artificiais, por oferecer vários produtos úteis para a humanidade. O algodoeiro é muito susceptível à concorrência de ervas daninhas com isso deve ser mantido livre das ervas daninhas desde a semeadura até próximo à colheita. A terra quando escarifícada superficialmente proporciona maior arejamento às raízes da cultura. Embora o algodoeiro possua maior quantidade de nitrogênio e potássio que de fósforo em sua estrutura, estudos comprovam que é necessário uma maior provisão desse elemento no solo do que os outros. A adubação verde possui grande eficiência para a cultura de algodão, pois após alguns anos de cultivo há uma queda significativa de sua produção, até certo ponto a adubação mineral evita esta perda de fertilidade, mas quando o teor de matéria orgânica cai até certo nível os fertilizantes químicos perderão seu efeito sendo necessária a utilização da adubação verde. Para a manutenção da fertilidade do solo também é necessário a rotação de algodoeiro com outras culturas, e com isso há as vantagens de manter as características do solo, melhor aeração do solo, evitar a concentração de substâncias toxicas no solo e manter o equilíbrio da microfauna e microflora com o enriquecimento da matéria orgânica do solo. A semente de algodão contém em média 14 a 25% de óleo. O índice de acidez e de ácidos graxos livres do biodiesel se encontra abaixo das normas permitidas pela ANP, já o biodiesel metílico estão dentro da resolução 42 da ANP. MATERIAL E MÉTODOS O Brasil possui numerosas alternativas para produção de óleos vegetais, uma vez que é um país tropical com grandes dimensões continentais, o desafio enfrentado pelo Brasil neste quadro é o aproveitamento da capacidade de produção de cada região.

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As multiplicidades sociais, econômicas e ambientais levam as regiões a empregar diferentes técnicas de produção de oleaginosas e biodiesel, assim como o consumo destes. Assim as oleaginosas são produzidas levando em conta estes aspectos. Devido a soja, o algodão e o sebo bovino serem os produtos mais utilizados para fabricação de biodiesel foi possível organizar tabelas onde é observado a produtividade destas oleaginosas segundo a produção de grão, a quantidade de óleo que é utilizado para o biodiesel e a produção de biodiesel e a capacidade nominal de produção, que conferiu um melhor desenvolvimento da discussão sobre o tema tratado, a fim de descrever o potencial de cada uma nas regiões brasileiras. Para isto foram utilizados dados secundários provenientes de pesquisas da Associação Brasileira de Óleos Vegetais (ABIOVE); da Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Bicombustíveis (ANP); Companhia Nacional de Abastecimento (CONAB), além de uma ampla revisão bibliográfica sobre o tema. RESULTADOS E DISCUSSÃO A soja é produzida em todas as regiões brasileiras, mas as condições climáticas encontradas em algumas regiões reduzem a sua produtividade, pois é uma cultura exigente em todas as fases de seu desenvolvimento, assim é necessário o desenvolvimento de estratégias para minimizar o efeito negativo na região em que a soja esta sendo cultivada. A região Centro-oeste se destaca como a região nacional que produz mais grãos e óleo de soja em virtude de possuir grandes áreas agricultáveis e maior regularidade climática. A quantidade de óleo produzido em 2013 em relação aos outros anos tende a aumentar devido à demanda do Brasil tanto para as indústrias alimentícias quanto para a produção do biodiesel. A cultura algodoeira é uma alternativa viável para a rotatividade com a soja, o que possibilita a manutenção do solo e a preservação de suas características em consequência da adubação verde. O óleo de algodão, quando transesterificado com etanol não atingi o índice de acidez e ácido graxo livre exigido pela norma da ANP, tendo que ser utilizado o metanol para a transesterificação da produção. A região centro-oeste é a que mais produz caroço de algodão para produção de biodiesel e o nordeste brasileiro é a região de maior produção de óleo de algodão utilizado para a fabricação de biodiesel. Grande parte do sebo bovino é destinada para indústrias de sabão, indústrias químicas e nos últimos anos, 12% destes é utilizado para a produção de biodiesel e seus resíduos para ração animal. Em 2011 o potencial de produção brasileira foi de 4.379.728 toneladas de sebo bovino, com o aproveitamento de 21,3% da matéria bruta do abate total de bovinos. A maior quantidade de sebo bovino utilizado para produção de biodiesel produzido no país é advinda da região sudeste. O biodiesel brasileiro é produzido em sua maior parte pela região centro-oeste. Durante a coleta de dados foi observado que nem todos os estados brasileiros produzem os grãos de soja e algodão. A produção de soja no Norte do país é realizada nos estados de Roraima, Rondônia, Pará, Tocantins, totalizando 2.172,2 (mil t) da safra de 11/12 e 2.641,9 (mil t) e na safra de 12/13 obteve um total de 2.641,9 (mil t); no Nordeste os estados do Maranhão, Piauí e Bahia produziram 6.096,3 (mil t) na safra de 11/12 e 5.294,8 (mil t) na safra de 12/13; o Centro-oeste tem a produção nos estados de Mato Grosso, Mato Grosso do Sul Goiás e Distrito Federal, com a safra de 11/12 de 34.904,8 (mil t) e na safra de 12/2013 obtêm-se o total de 38.091,4 (mil t); os estados de Minas Gerais e São Paulo representam a região Sudeste com 4.656,3 na safra de 11/12 e 5.425,9 na safra de 12/13; na região Sul o grão de soja é produzido nos estados do Paraná, Santa Catarina, Rio Grande do Sul na safra de 11/12 a produção foi de 18.553,4 (mil t) e na safra de 12/13 de 30.002,7 (mil t). A Tabela 1 1254

apresenta a quantidade de grãos e óleo de soja utilizado para a produção de biodiesel em cada região como citado acima, onde a quantidade de grãos é medida em mil t e a quantidade de óleo é a percentagem media de óleo produzido de acordo com as matérias-primas, devendo ressaltar que no ano de 2013 foram referentes aos meses de janeiro a junho sem previsão para o resto do ano. Tabela 1 - Distribuição regional da produção de grãos e óleo de soja utilizado para biodiesel Oleaginosas Região Produção de grãos (mil t) ⁽¹⁾ Óleo (%) ⁽²⁾ Safra 11/12 Safra 12/13 Produção Produção 2012 2013 Norte 2.172,2 2.641,9 43,8 38,09 Nordeste 6.096,3 5.294,8 62,7 58,07 Centro-Oeste 34.904,8 38.091,4 84,9 86,60 Soja Sudeste 4.656,3 5.425,9 48,4 43,30 Sul 18.553,4 30.002,7 76,9 74,70 Fonte: ⁽¹⁾ CONAB / ⁽²⁾ ANP 2012 A produção do caroço de algodão na região Norte acontece no estado de Tocantins com 13,3 (mil t) na safra de 11/12 e 11,7 (mil t) na safra de 12/13; o Nordeste produz caroço de algodão nos estados do Maranhão, Piauí, Ceará, Rio Grande do Norte, Paraíba (com exceção na safra de 11/12), Pernambuco, Alagoas (com exceção na safra de 12/13) e Bahia totalizando uma produção de 847,2 (mil t) na safra de 11/12 e 620,4 (mil t) na safra de 12/13; a produção do caroço de algodão na região Centro-oeste tem a participação dos estados de Mato grosso, Mato Grosso do Sul e Goiás com produção de 2.052,7 (mil t) na safra de 11/12 e 1.313,0 (mil t) na safra de 12/13; e na região Sudeste os estados de Minas Gerais e São Paulo produziram 104,0 (mil t) na safra de 11/12 e 54,1 (mil t) na safra de 12/13 e na região Sul o Paraná produziu 1,4 (mil t) na safra de 11/12 e 0,1 na safra de 12/13. A Tabela 2 apresenta a produção de caroço de algodão em mil t e o percentual médio da produção de óleo utilizado para biodiesel em 2012 e 2013, deve ser observado que a produção de óleo de algodão de 2013 o cálculo do percentual médio só obteve valores mensais de janeiro a junho de 2013, não tendo resultados de previsão de produção para o resto do ano. Tabela 2 - Distribuição regional da produção de caroço e óleo de algodão utilizado para biodiesel. Oleaginosas Região Produção de grãos (mil t) ⁽¹⁾ Óleo (%) ⁽²⁾ Safra Safra Produção Produção 11/12 12/13 2012 2013 Norte 13,3 11,7 4,2 3,03 Nordeste 847,2 620,4 17,1 10,7 Algodão Centro-Oeste 2.052,7 1.313,0 3,3 1,4 Sudeste 104,0 54,1 5,9 1,7 Sul 1,4 0,1 0,9 0,008 Fonte: ⁽¹⁾CONAB / ⁽²⁾ANP 2012 A Tabela 3 apresenta a percentagem media de produção de sebo bovino utilizado para a fabricação de biodiesel de acordo com o boletim mensal da ANP, sendo que em 2013 foram obtidos os dados até o mês de junho sem a previsão de produção para o resto do ano.

1255

Tabela 3 - Distribuição regional da produção de sebo bovino utilizado para biodiesel Região

Sebo Bovino

Norte Nordeste Centro-Oeste Sudeste Sul

Óleo (%) Produção 2012 44,6 13,4 9,2 37,4 19,7

Produção 2013 19,5 26,3 9,2 44,5 22,2

Fonte: ANP 2012 A Tabela 4 apresenta a capacidade de produção de biodiesel e a produção em cada região do Brasil nos anos de 2010, 2011 e 2012 e a percentagem de produção em 11/12. Observa-se que na Tabela 4 que em relação à capacidade nominal de produção de biodiesel houve um aumento de sua capacidade, e em relação à produção de biodiesel houve um aumento de 2010 (2397,2 mil m³.ano-1) para 2011 (3472,7 mil m³.ano-1) , mas houve uma queda de 2011 para 2012 (2717,5 mil m³.ano-1). A região Centro-Oeste continua sendo a maior produtora de biodiesel em todos os anos. Tabela 4 - Distribuição regional da capacidade nominal de produção de Biodiesel, total de produção de biodiesel em 2010 a 2012 e percentagem de produção 2011/2012. Biodiesel (mil m³.ano-1) Região Capacidade Nominal Percentage -1 (mil m³.ano ) m Biodiesel 2010 2011 2012 2010 2011 2012 2011/2012 2,94% Norte 210,6 223,2 223,2 93,9 103,4 78,7 7,59% Nordeste 740,9 740,9 740,9 186,2 176,4 293,6 48,46% Centro-Oeste 313,4 2.787,2 3.411 1.018,3 1.836,6 1.162,9 10,26% Sudeste 1014,1 1559,7 895,8 423,1 379,4 255,7 30,75% Sul 1558,9 1859,9 2.113,5 675,7 976,9 926,6 Total 3837,9 7170,9 7384,4 2397,2 3472,7 2717,5 100,00% Fonte: ANP 2011 e 2012 A Tabela 5 apresenta a quantidade de grãos em toneladas, de soja e algodão, e de sebo bovino em m3, quantidade de óleo de soja e algodão em m3 e quantidade de biodiesel em m3 produzidas em cada região do Brasil. A Tabela 6 apresenta a percentagem de biodiesel em relação à percentagem de produção de soja, caroço de algodão e sebo bovino. Deve-se levar em consideração na Tabela 6 que a percentagem de óleo é relacionada às matérias primas soja, algodão, sebo bovino e outros materiais graxos e não em relação às regiões que as produziram observando-se, desta forma, que sua soma não totaliza 100%.

1256

Tabela 5 – Quantidade de matérias primas, óleo e biodiesel produzidos nas regiões do Brasil. Regiões

Norte Nordeste Centro-oeste Sudeste Sul Total 1

Soja Grão (mil Biodiesel Ton) em m3 em 11/12 11/12 604967 2172,2 657715 6096,3 590013 34904,8 371681 4656,3 494306 18553,4 66383 2718682

Algodão Grão (mil Biodiesel m3 Ton) em em 11/12 11/12 13,3 267816,96 847,2 508444,39 2.052,7 1339356,74 104,0 600345,04 1,4 2718,95 3018,6 2718682

Sebo bovino (2011) Matéria Biodiesel m3 1 graxa (mil Ton) 161013 1922783,54 154830 154752,80 247644 26727,6 234553 496331,53 148942 72164,52 946982 2672760

Fonte: BUENO et al, 2012

Tabela 6 – Percentagem de grãos, sebo bovino, óleo e biodiesel produzidas nas regiões do Brasil. Regiões

Norte Nordeste Centro-oeste Sudeste Sul

Soja Grão 11/12 3,27 9,18 52,58 7,01 27,95

Óleo 12 43,8 62,7 84,9 48,4 76,9

Biodiesel 11/12 22,25 24,19 21,70 13,67 18,18

Algodão Grão 11/12 0,44 28,07 68,00 3,45 0,05

Óleo 12 4,2 17,1 3,3 5,9 0,9

Biodiesel 11/12 9,85 18,70 49,26 22,08 0,10

Sebo Bovino 12 Matéria Biodiesel graxa 1,44 71,94 10,78 5,79 7,40 1,00 30,09 18,57 15,85 2,70

A Tabela 7 apresenta as vantagens e desvantagens das principais matérias-primas utilizadas para o biodiesel. Tabela 7 - Vantagens e desvantagens das oleaginosas para a produção de biodiesel Oleaginosas Vantagens Desvantagens Soja Fonte de renda para muitas famílias Depende das condições climáticas brasileiras. para ter uma boa produtividade. Grande área de plantio e de oferta. O déficit e o excesso de água são Baixo custo de produção. prejudiciais para a planta. Tem o teor de óleo de18% com rendimento de 18 a 21% deste óleo. Algodão Fonte de renda para agricultura Uso do etanol para fabricação de familiar. biodiesel deixa o índice de ácido Teor 15% de óleo e rendimento de graxo livre e de acidez abaixo do 30 a 40%. permitido pela ANP. Resistente à seca. Sebo bovino Baixo custo. Grande quantidade de gordura Grande disponibilidade, tendo insaturada. garantia de oferta. Em temperatura ambiente Contribui para a questão ambiental, encontra-se em estado solido. já que é um resíduo. Precipita ou cristaliza em Baixo índice de Iodo que confere temperatura baixa, com risco de estabilidade oxidativa ao biodiesel. entupir os filtros do veículo. Alta acidez com maior produção de sabão quando transesterificado. Fonte: Biodieselbr 1257

CONCLUSÕES A produção de biodiesel tende a aumentar a cada ano, pois a legislação em vigor contribui para o aumento da demanda de biodiesel, portanto o mercado de produção de soja tende a ficar mais competitivo no setor energético x setor de alimentos. A região brasileira que mais se destaca na quantidade de produção de grãos, sebo bovino, óleo e biodiesel é a região centro-oeste. Em relação a produção de biodiesel destaca-se o produzido pelo óleo de soja. A cultura da soja foi mais abrangente na região centro-oeste, pois esta apresenta condições edafoclimáticas favoráveis. A cultura de algodão destinada à produção energética é uma alternativa benéfica ao agricultor familiar, através de planos do governo de incentivo para o aquecimento do mercado de biocombustíveis. O uso do sebo bovino é uma alternativa que fortalece o setor agropecuário, pois parte do produto pode ser destinado para a produção energética sendo uma alternativa para esse mercado que se encontra em expansão. REFERÊNCIAS ABIOVE – Associação Brasileira das Indústrias de Óleos Vegetais. Produção de Biodiesel. Disponível em: o em: 15/07/2013 ABIOVE – Associação Brasileira das Indústrias de Óleos Vegetais. Produção de Biodiesel por matéria prima. Disponível em: o em: 15/07/2013 ANP – Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis. Anuário Estatístico Brasileiro do Petróleo Gás Natural e Biocombustíveis 2011. Disponível em: <www.anp.gov.br/?dw=57887> o em: 12/07/2013 ANP – Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis. Anuário Estatístico Brasileiro do Petróleo Gás Natural e Biocombustíveis 2012. Disponível em: o em: 04/09/2013 ANP – Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis. Anuário Estatístico Brasileiro do Petróleo Gás Natural e Biocombustíveis 2013. Disponível em: o em: 05/09/2013 ANP – Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis. Boletim mensal. Disponível em: o em: 05/09/2013 BRASIL. Constituição da República Federativa do Brasil de 1988. Capitulo VI – Do Meio Ambiente, Artigo 225. BRASIL. Lei nº 11.097, de 13 de Janeiro de 2005. BRASIL. Resolução CNPE Nº 6, de 16 de setembro de 2009 BIODIESELBR. Biodiesel. Disponível em: o em: 20/08/2013. BUENO, C. R. F.; FREITAS, S. M.; NACHILUK, K. Produção e Aplicações do Sebo Bovino. Textos Para Discussão, nº32, 2012.

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CASTRO, A.M.G; LIMA, S.M.V.; SILVA, J.F.V. Complexo Agroindustrial de Biodiesel no Brasil: Competitividade das Cadeias Produtivas de Matérias-Primas. EMBRAPA AGROENERGIA. Brasília: 2010. COLLARES, D. G. Matérias-primas para o biodiesel são destacadas na Expointer. Embrapa Agroenergia. Disponível em: o em: 19/07/2013. CONAB - Companhia Nacional de Abastecimento. Acompanhamento de safra brasileira: grãos. Décimo levantamento, Brasília, Conab, 2013. FARIAS, J. R. B.; NEPOMUCENO, A. L.; NEUMAIER, N. Ecofisiologia da Soja. EMBRAPA, Circular Técnica 48. Londrina: 2007. Disponível em: o em: 21/08/2013. LEVY, G. A Inserção do Sebo Bovino na Indústria Brasileira de Biodiesel: Análise Sob Ótica da Economia dos Custos de Transação e da Teoria dos Custos de Mensuração. Dissertação (Mestrado em Economia Aplicada) - Escola superior de Agricultura “Luiz de Queiroz”, Universidade de São Paulo. Piracicaba: 2011. 117 p. MILLI, B. B.; GRIPA, D. C.; SIMONELLI, G; MARTINS, M. O. D. Análise Das MatériasPrimas Empregadas na Produção Brasileira de Biodiesel em 2009 e 2010. Enciclopédia Biosfera, Centro Científico Conhecer, Goiânia, vol.7, n 13, p. 1701, 2011. NUNES- FILHO, F. A.; VIDAL, A. S. C.; ALVIM, T. C; SILVEIRA, M. A; VIEIRA, G. E. G.; DANTAS, M. S. B.; DANTAS-FILHO, F. F. Transesterificação do Óleo de Algodão para Produção de Biodiesel. EMBRAPA. Disponível em: o em 21/08/2013. SALVADOR, A. A.; RIBAS, C.; MASO, L.; PALHARES, S. Biodiesel: Aspectos Gerais e Produção Enzimática. Trabalho de Graduação (Engenharia Bioquímica) - Centro Tecnológico Departamento de Engenharia de Alimentos e Engenharia Química, Universidade Federal de Santa Catarina. Florianópolis. 2009.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente - Niterói – RJ – Brasil 21 a 25 de Outubro de 2013

GERENCIAMENTO DE RECURSOS HÍDRICOS PARA INCÊNDIOS NA REGIÃO DAS PRAIAS DA BAIA, NA CIDADE DE NITERÓI ARTHUR JORGE DE VERAS DA SILVA1, LUIZ EDUARDO FIRMINO DOS SANTOS2, MARIO CESAR CASTRO DA CUNHA3 1

Graduando em Engenharia Civil pela Universidade Federal Fluminense . 1º Tenente Bombeiro Militar.Corpo de Bombeiros Militar do Estado Rio de Janeiro.Tel.:(21) 81210830 E-mail: [email protected] 2 Tenente-Coronel Bombeiro Militar.Corpo de Bombeiros Militar do Estado Rio de Janeiro. Grupamento Técnico de Suprimento de Água para Incêndio. Tel.: (21)77864147. E-mail: [email protected] 3 Subtenente Bombeiro Militar. Corpo de Bombeiros Militar do Estado Rio de Janeiro. Grupamento Técnico de Suprimento de Água para Incêndio. Tel.: (21) 78544309. E-mail: [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: O Plano de Gerenciamento Operacional de Recursos Hídricos (PGORH) é uma ferramenta utilizada pelo Corpo de Bombeiros Militar do Estado do Rio de Janeiro (CBMERJ) para conhecer antecipadamente a localidade dos pontos de recursos hídricos nos eventos de incêndio. Com base neste banco de dados georreferenciados, o comandante de socorro dos quartéis operacionais pode traçar a melhor estratégia para o gerenciamento dos recursos hídricos. Outra função do PGORH é análise do dimensionamento da quantidade dos hidrantes de coluna instalados no sistema público de abastecimento de água O presente estudo tem como objetivo analisar a cobertura dos hidrantes de coluna na região das praias da baia do município de Niterói, observando a evolução do cadastramento dos hidrantes nesse banco de dados. O cálculo da quantidade de hidrantes de coluna necessários tem como parâmetros a área total da região das praias da baia e o que é preceituado como área de cobertura de um hidrante de coluna na NBR 12218 - Projeto de rede de distribuição de água para abastecimento público – Procedimento. Foram encontrados 65 hidrantes de coluna na área estudada. Após análise dos dados, verificou-se que a existência quantidade de hidrantes excede o necessário, porém existe um posicionamento não eficiente, ocorrendo áreas de sombra. A análise da área de cobertura dos hidrantes de coluna é fundamental para o dimensionamento da instalação de novos hidrantes, visando atender novas demandas referentes ao crescimento urbano e aos pontos críticos ainda não cobertos. PALAVRAS–CHAVE: hidrante de coluna, gerenciamento e PGORH.

WATER RESOURCES MANAGEMENT FOR FIRE IN THE BEACHES OF BAY REGION AT NITERÓI CITY ABSTRACT: The Operational Management Plan of Water Resources (PGORH in portuguese) is a tool used by the Fire Brigade of the State of Rio de Janeiro (CBMERJ in portuguese) to know previously the location of water points in the fire events. Based on this georeferenced database, the Brigade Manager of the operational headquarters can draw the best strategy for the management of water resources. Other goal of this database is to analyze the dimensioning of column hydrants installed in the public water supply. The present study aims to analyze the hydrants location in the region of the bay beaches of Niterói, observing the growth of this database. The calculation of the number of hydrants required has as parameters the total area of the region from the beaches of the bay and the coverage area standard of a hydrant according to the NBR 12218 - Project distribution network for drinking water - Procedure. 65 column hydrants were found in the study area. After analyzing the data, it was found that there are a necessary number of hydrants, but they are not efficiently positioned, occurring shadow areas. The analysis of the coverage area of column hydrants is critical for the dimensioning of the installation of new hydrants and to meet new demands related to urban growth and the critical points not yet covered. KEYWORDS: column hydrant, management and PGORH

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INTRODUÇÃO O Corpo de Bombeiros Provisório da Corte, atual Corpo de Bombeiro Militar do Estado do Rio de Janeiro (CBMERJ), foi criado em 1856 pelo Imperador D. Pedro II, com o principal objetivo de combater os diversos incêndios que ocorriam na cidade do Rio de Janeiro. À época, os recursos hídricos para o uso público e para o combate a incêndios eram provenientes apenas das águas do Rio Carioca, que era canalizado através de calha de telhas para diversos chafarizes espalhados pela região do Centro da cidade (GTSAI, 2013). Mesmo com a ampliação do sistema de distribuição de água, que ocorreu com o progresso da cidade e a necessidade de proporcionar água encanada até os domicílios, era imprescindível uma forma mais eficaz para o abastecimento nos locais de incêndios. O início da utilização de hidrantes ocorreu no ano de 1871, sendo instalados apenas três aparelhos da rede distribuidora (Casa da Moeda, Casa de Detenção e Arsenal de Guerra). Em 1876 foi criado o Serviço de Registro do Corpo de Bombeiros, cuja finalidade era catalogar os pontos de captação de água que seriam utilizados nas viaturas especializadas em combate de incêndio. A evidente melhora no abastecimento de recursos hídricos efetuado pelos bombeiros e o desenvolvimento da cidade, culminou na instalação de 218 hidrantes em apenas cinco anos (GTSAI, 2013). O antigo Serviço de Registro foi ampliado ao longo dos anos, culminando no surgimento do atual Grupamento Técnico de Suprimento de Água para Incêndio (GTSAI). Dentre as atividades desenvolvidas pelo GTSAI, destacam-se: Apoio operacional de abastecimento de água aos grupamentos de todo estado do Rio de Janeiro com a viatura especializada ASTA-002 (Auto Serviço Tático de Abastecimento), que possui equipamentos necessários para captação de água em qualquer manancial: • Disseminar a cultura de suprimento de água para incêndio para as demais unidades operacionais do estado do Rio de Janeiro e; • Criação de um banco de dados sobre os hidrantes de coluna e outros pontos de captação. Até o ano de 2008, as informações sobre o volume ou a vazão do ponto de captação de água da região de atuação do quartel eram armazenadas em fichas manuscritas no Centro de Operações dos Grupamentos. Quando o quartel era acionado para uma ocorrência de incêndio, o comandante de operações extraia desse banco de dados manual as informações atinentes à ocorrência. Ao longo dos anos, houve deterioração das fichas, acarretando na perda de informações importantes. Considerando a necessidade de um banco de dados unificado e ível a todos os quartéis e da maior segurança para as informações armazenadas, o GTSAI firmou uma parceria com o Laboratório de Geoprocessamento da Universidade Federal do Rio de Janeiro (LAGEOP/UFRJ) para criação de um banco de dados unificado e georrefenciado. A nova ferramenta resultante dessa parceria foi chamada de Plano de Gerenciamento Operacional de Recursos Hídricos (PGORH) e permitiu a universalização das informações e o o dos dados em tempo real. O presente estudo objetivou: analisar a evolução do cadastramento dos hidrantes de coluna no banco de dados do PGORH do ano de 2012 até maio de 2013, na região Praias da Baía do município de Niterói e identificar as localidades com deficiência de abastecimento do serviço público de água, a partir da visualização da área de abrangência operacional dos hidrantes de coluna.

1261

MATERAIS E MÉTODOS BANCO DE DADOS O PGORH é uma plataforma web que utiliza o Google Maps API – (AplicationPrograming Interface), como base de dados, o que torna o sistema multiplataforma, e com abrangência em todo o estado do Rio de Janeiro. Um sistema multiplataforma opera através de um navegador, independente do sistema operacional utilizado (SILVA e MARINO, 2011). Os dados que compõem o PGORH são originados do cadastramento das fichas manuscritas e da busca que cada quartel realizou dentro de sua jurisdição por hidrantes de coluna e outros pontos de captação de água. Esta nova procura teve como objetivo relacionar possíveis locais de incêndio (indústrias, escolas, depósitos, edificações multifamiliares e hospitais) com a proximidade dos recursos hídricos disponíveis. A Figura constitui um exemplo de operação utilizando PGORH. Foi simulado um incêndio na Rua Presidente Becker no bairro de Icaraí e todos os pontos de abastecimento de água no raio de 300 metros foram identificados. Caso não houvesse recursos hídricos neste raio de atuação, o raio seria aumentado até que fosse encontrado algum ponto de abastecimento de água. Simultaneamente, é possível observar todas as informações dos hidrantes de coluna (endereço, vazão, coordenadas geográficas, situação do hidrante, quartel responsável e etc). Na Figura são evidenciados os dados referentes ao hidrante de coluna com código “1” indicado na Figura 1, por exemplo.

Figura 1 - Exemplo de operação do PGORH: “Consulta de todos os hidrantes de coluna existentes no raio de 300 metros do endereço Rua Presidente Becker – Icaraí”.

1262

Figura 2 – Informações correspondentes ao hidrante de coluna 1

Análise dos dados Objetivando o controle e estudo dos dados cadastrados, o sistema emite relatórios em diversos formatos, tais como: PDF, Excel, KML – Google, HTML, mapas, Raster/TIFF e SHP (SILVA e MARINO, 2011). Para analisar a evolução do cadastramento dos hidrantes de coluna do ano de 2008 até abril de 2013, na região da Praia da Baía do município de Niterói, foi exportado do PGORH um relatório em Microsoft Excel. Na planilha gerada foram adicionados filtros a fim de verificar os dados por ano e por região. A visualização da área de abrangência operacional dos hidrantes de coluna utilizou como parâmetro o raio de 300 metros, conforme descrito no item 5.3.3 da NBR 12218 Projeto de rede de distribuição de água para abastecimento público – Procedimento. Para o cálculo da quantidade mínima de hidrantes de coluna que deveriam estar instalados na rede distribuidora de água efetuou-se a divisão da área total de uma região (Áq*kºC>ã5 ) pela área de cobertura do hidrante de coluna (Áq*k * XmS*q tqk`£ ), conforme a Equação 1. ÁºC¸

Q-4Kã¾ ¯`£ = ÁºC¸ ¹C £5FCº76º¸

ab

(1)

O denominador da equação 1 Áq*k*XmS*q tqk`£ ), foi calculado, considerando o parâmetro de raio de 300 metros, conforme a Equação 2. Áq*k * XmS*q tqk`£ = ñq² = ñ ∙ 300² ≅ 0,283 7;

(2)

O numerador da equação 1, áreas totais da região da Praias da Baia do município de Niterói basea-se na divisão em Regiões istrativas utilizadas pela Secretária de Urbanismo e Mobilidade da Prefeitura de Niterói, correspondendo aos seguintes bairros: Boa Viagem, Cachoeiras, Centro, Charitas, Fátima, Gragoatá, Icaraí, Ingá, Jurujuba, Morro do 1263

Estado, Pé Pequeno, Ponta d'Areia, Santa Rosa, São Domingos, São Francisco, Viradouro e Vital Brasil. Conforme consta na equação 3. Áq*kdº¸>¸ ¹¸ e¸í¸ ≅ 54,65 7;

(3)

RESULTADOS E DISCUSSÃO A Tabela 1 mostra o quantitativo acumulado de hidrantes de coluna cadastrados na plataforma na região Praias da Baía do município de Niterói. A transposição das informações contidas nas fichas manuscritas começou a ocorrer em dezembro de 2012, sendo finalizada em maio de 2013. Tabela 1 – Distribuição do quantitativo acumulado de hidrantes de coluna cadastrados no PGORH por região e por ano.

Quantidade de Hidrantes Praias da Baía

2012 1

2013 65

Utilizando a equação 1 como base para o cálculo do número de hidrantes de coluna necessários na região da Praias da Baía tem-se (equação 4): ¯`£ =

€,þ :,;­

≅ 195

(4)

Observa-se que o número de hidrantes de coluna identificados no presente estudo é insuficiente (65), indicando a necessidade de instalação de no mínimo 130 novos aparelhos. Conforme a figura 3 ficou evidenciado um número elevado de hidrantes de coluna existentes na região noroeste, porém o posicionamento destes aparelhos de forma concentrada causou a existência áreas sobrepostas e de localidades descobertas. Na região central da figura 3 foi encontrado um número reduzido de hidrantes de coluna, sendo insuficientes para atender a demanda operacional de abastecimento. Nas demais regiões não foram encontrados hidrantes de coluna.

1264

Figura 3 – Área de coberturas dos hidrantes de coluna na região Praias da Baía do município de Niterói.

A análise da área de cobertura dos hidrantes de coluna é fundamental para o dimensionamento da instalação de novos hidrantes, visando atender novas demandas referentes ao crescimento urbano e aos pontos críticos ainda não cobertos. A responsabilidade jurídica de fazer este estudo é do CBMERJ juntamente com a Permissionária ou Concessionária de abastecimento de água e esgoto que atende ao município, de acordo com §1°, artigo 11 do Decreto 22872/96 – Regulamento dos Serviços Públicos de Abastecimento de Água e Esgoto Sanitário do Estado do Rio de Janeiro e o parágrafo único do artigo 23 do Decreto 897/76 – Código de Segurança Contra Incêndio e Pânico. CONSIDERAÇÕES FINAIS O presente estudo evidenciou a importância da utilização do PGORH, que trouxe maior agilidade ao abastecimento de água para incêndios, destacando, portanto, a importância do cadastramento dos pontos de recursos hídricos das áreas operacionais. O PGORH funciona como ferramenta para que a equipe gestora do CBMERJ tenha embasamento técnico para tomada de decisões na prevenção de novos incêndios. Para calcular a exata quantidade de hidrantes de coluna de uma rede de abastecimento de água deverão ser abordados outros critérios além da área de cobertura de um hidrante de coluna, destacando-se como principais parâmetros: distância útil de 600 metros entre 1265

hidrantes de coluna, critérios técnicos da rede de abastecimento e a instalação em pontos críticos (a critério do CBMERJ). Com estes novos parâmetros, a quantidade de hidrantes de coluna aumentaria consideravelmente. Não foi tema deste estudo a situação do hidrante de coluna (operante ou inoperante), sendo observada apenas a existência do aparelho. AGRADECIMENTOS Ao CBMERJ pelo apoio logístico e pelo financiamento; ao Laboratório de Geoprocessamento da Universidade Federal do Rio de Janeiro (LAGEOP/UFRJ) pela parceria; ao Cabo Leonardo do Corpo de Bombeiros Militar do Estado do Pará pelas contribuições técnicas. REFERÊNCIAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5667. Hidrantes urbanos de incêndio de ferro fundido dúctil - Parte 1: Hidrantes de coluna. Rio de Janeiro: ABNT, 2006. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 12218. Projeto de rede de distribuição de água para abastecimento público – Procedimento. Rio de Janeiro: ABNT, 1994. GRUPAMENTO TÉCNICO DE SUPRIMENTO DE ÁGUA PARA INCÊNDIO (GTSAI). Disponível em: http://www.gtsai.cbmerj.rj.gov.br/. o em 25 de agosto de 2013. PLANO DE GERENCIAMENTO OPERACIONAL DE RECURSOS HÍDRICOS. Disponível em: http://www.viconsaga.com.br/index.php?pid=3. o em 25 de agosto de 2013. SECRETARIA DE URBANISMO E MOBILIDADE, PREFEITURA DE NITERÓI. Disponível em: http://urbanismo.niteroi.rj.gov.br/. o em 25 de agosto de 2013. RIO DE JANEIRO. Decreto n.°22872, de 28 de setembro de 1996 – Aprova o Regulamento dos Serviços Públicos de Abastecimento de Água e Esgotamento Sanitário do Estado do Rio de Janeiro, a Cargo das Concessionárias ou Permissionárias. Rio de Janeiro. 1996. RIO DE JANEIRO. Decreto n.°897, de 21 de setembro de 1976. Regulamenta o Decreto-lei n.°247, de 21-7-75, que dispõe sobre segurança contra incêndio e pânico. Rio de Janeiro. 1976. SILVA, J.X.; MARINO, T.B. A Geografia no apoio à decisão em situações de emergências. Revista Geográfica da América Latina - XIII Encuentro de Geógrafos da América Latina. Universid de Costa Rica, Costa Rica, 2011, pp. 1-14

1266

I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

AVALIAÇÃO DA CINÉTICA DE SECAGEM DO ALHO (Allium sativum L.) PARA A VELOCIDADE DE 0,33 M.S-1 JACQUELINE MACIEL BRASIL¹, EDNILTON TAVARES DE ANDRADE2, LUCIANA PINTO TEIXEIRA3, VITOR GONÇALVES FIGUEIRA4 1

Engenheira Agrícola e Ambiental,UFF, (21) 26295395, [email protected] Prof. Associado, TER, PGEB, UFF, (21) 26295395, [email protected] 3 Enga Agríc. e Ambiental, M.Sc. Eng. Mecânica, UFF, (21) 26295395, [email protected] 4 Engenheiro Agrícola e Ambiental,UFF, (21) 26295395, [email protected] 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Este trabalho teve por objetivo estudar a cinética de secagem do alho de variedade brasileira, para a velocidade do ar de secagem de 0,33 m.s-1, submetidas a diferentes temperaturas do ar de secagem, além de ajustar os dados experimentais a diferentes modelos matemáticos representativos da razão de umidade, analisando-se também qual o melhor modelo ajustado. Para condução do experimento de secagem foram utilizadas as temperaturas de 35, 45, 55, e 70ºC. Para o ajuste dos modelos matemáticos aos dados experimentais, realizou-se análise de regressão não linear, pelo método Quasi-Newton, sendo os valores dos parâmetros dos modelos estimados em função da temperatura do ar de secagem. Como resultado foi verificado que o Modelo de Page foi o modelo que melhor representou o fenômeno, apresentando coeficiente de determinação superior a 99,6%. PALAVRAS–CHAVE: alho, cinética de secagem, razão de umidade.

EVALUATION OF DRYING KINETICS OF THE GARLIC (ALLIUM SATIVUM L.) FOR THE SPEED OF 0.33 M.S-1 ABSTRACT: This work aimed to study the drying kinetics of garlic of brazilian variety, for speed drying air of 0.33m.s-1, subjected to different temperatures of the drying air, besides to adjust the experimental data to different mathematical models representative of the moisture ratio, also analyzing what the best fitted model. To conduct the experiment, were used for drying air temperatures of 35, 45, 55, and 70ºC. To adjust the mathematical models to the experimental data analysis was performed using nonlinear regression, Quasi-Newton method, the values of the parameters determined for each temperature of the drying air. As result, it was found that the Page Model was the model that best represented the phenomenon, with a coefficient of determination greater than 99.6%. KEYWORDS: garlic, drying kinetics, moisture ratio.

1267

INTRODUÇÃO O agronegócio brasileiro é um setor abundante da economia, e com isso se torna o centro das atenções do mundo, uma vez que o Brasil se coloca como um dos principais produtores/exportadores de alimentos. Conforme Brito (2000), com a globalização da economia, a permanência das empresas no mercado irá depender de seu cumprimento de exigências do comércio internacional quanto à qualidade dos produtos, regularidade do fornecimento e pontualidade da entrega, conquistando uma imagem confiável para os consumidores nacionais e internacionais. Portanto, os produtores precisam contar com algumas técnicas da tecnologia para a conservação e industrialização dos produtos, garantindo um melhor aproveitamento dos mesmos. Para que isso ocorra, um método eficaz que visa o máximo de aproveitamento dos produtos em cada colheita é a secagem. A secagem é um processo combinado de transferência de calor e massa, que reduz a disponibilidade de água, dificultando o crescimento microbiano e reações químicas e bioquímicas. Com o aumento da temperatura do material a ser desidratado, ocorre a evaporação da água, enquanto a circulação do ar remove a água evaporada. De acordo com Garcia et al. (2004), a operação de secagem é fundamental no sistema de produção, porque além de reduzir o teor de água, que é importante para a conservação de sua qualidade fisiológica no armazenamento, possibilita a antecipação da colheita, evitando perdas de natureza diversa. Ela consiste na remoção de grande parte de líquido de um produto por evaporação mediante a ação do calor, podendo realizar-se por meio natural expondo o produto ao sol e artificial por meio de secadores mecânicos. O teor de água final para o armazenamento é o valor máximo com o qual o produto pode ser armazenado por períodos pré-determinados, sem que ocorram deteriorações (Andrade et al., 2010). A secagem é o processo comercial mais utilizado para preservar o alimento, devido ao seu baixo custo e simples operação, sendo dentre as práticas de pós colheita, uma das mais importantes, pois tem como finalidade: diminuir o teor de água do produto, permitir a armazenagem por períodos mais longos sem o perigo de deterioração do produto, antecipar a colheita, manter o poder germinativo por longos períodos, impedir o crescimento de microrganismos e insetos, minimizar a perda de produto no campo, e reduzir o volume e o peso a ser transportado (Andrade et al., 2010). A condição para que um produto seja submetido ao processo de secagem é que a pressão de vapor sobre a superfície do produto (Pg) seja maior que a pressão do vapor d’água no ar (Par) de secagem (Andrade, 2003; Jayas et al., 1996). Muitas vezes o material é seco para depois sofrer um processo de reidratação a níveis desejáveis: para os produtos agrícolas e alimentícios a secagem é utilizada para preservação, permitindo também o transporte sem necessidade de refrigeração (Almeida et al., 2006). De acordo com Afonso Júnior e Corrêa (1999), o estudo de sistemas de secagem, seu dimensionamento, otimização e a determinação da viabilidade de sua aplicação comercial, podem ser feitos por simulação matemática. Para a obtenção dos dados que caracterizam o processo de secagem, muitos pesquisadores tem realizado a secagem de alimentos em camada fina. O período de secagem é comumente dividido em um período de velocidade constante e um período de velocidade decrescente. Estes são importantes para se conhecer o teor de água crítico, quando se considera o mecanismo de secagem (Perry, 1963). O primeiro período de taxa decrescente é o período de desidratação da superfície insaturada. Para estimar o tempo médio de secagem durante o primeiro período de taxa decrescente a Segunda Lei de Fick tem sido usada em diversos trabalhos (Chen e Johnson,1969; Vaccarezza et al., 1974). Predizer teoricamente a taxa de secagem decrescente é mais complexo que a taxa 1268

constante, pois devem ser considerados não somente os mecanismos externos de transferência de calor e massa, mas também os internos do produto (Brooker et al., 1978). A taxa de secagem pode ser acelerada com o aumento da temperatura do ar de secagem e, ou, com o aumento do fluxo de ar que a pelo produto por unidade de tempo. A quantidade de ar utilizada para a secagem depende de vários fatores. Entre eles: o teor de água inicial do produto e a espessura da camada (Almeida et al., 2006). O alho é uma hortaliça que a bem baixas temperaturas, sendo considerada uma cultura de clima frio, ando, inclusive, geadas. A importância econômica do alho aumentou nos últimos anos, não só pelo seu uso como especiaria, mas também por algumas qualidades terapêuticas atribuídas aos seus compostos bioativos (Tepe et al., 2005). No Brasil, o alho, está listado como a quarta cultura em importância econômica (Ihara,2012). Ele é visto por muitas pessoas como alimento e também como um forte medicamento caseiro. Porém o país não é auto-suficiente na cultura, e precisa realizar importações todo ano, para abastecer o mercado interno. Os chineses dominam a produção mundial e o comércio internacional do alho. O Brasil chegou a conseguir a segunda colocação de maior importador de alho do mundo em 2005, ficando atrás somente da Indonésia; e a cada ano verifica-se que a importação brasileira dessa cultura está crescendo consideravelmente. Na sua comercialização verifica-se uma diferença de valor entre o tamanho e o grupo varietal. O alho roxo vale mais que o alho branco, devido à sua eficiência na condimentação (Hortibrasil, 2012). Em função do exposto este trabalho teve por objetivo estudar a cinética de secagem do alho de variedade brasileira, para a velocidade do ar de secagem de 0,33 m.s-1, submetidas a diferentes temperaturas do ar de secagem, e ajustar os dados experimentais a diferentes modelos matemáticos representativos da razão de umidade, analisando-se também qual o melhor modelo ajustado. MATERIAIS E MÉTODOS O presente trabalho foi desenvolvido no Laboratório de Termociências e no Departamento de Engenharia Agrícola e Meio Ambiente da Universidade Federal Fluminense, Niterói – RJ. O material utilizado foi o alho roxo brasileiro, os quais foram cortados em fatias de aproximadamente 1 mm de espessura. Para a determinação do teor de água inicial das amostras, foi utilizado o método padrão da estufa. As amostras, em triplicatas, foram levadas à estufa em cadinhos de alumínio secos, durante 24 horas, à 105 ± 3 ºC. Todas as medidas de massa foram feitas em balança analítica (Brasil, 1992). Para realizar a secagem, foram utilizadas três temperaturas do ar, 35ºC, 45ºC, 55ºC e 70ºC. Para cada tratamento de secagem utilizou-se três amostras de aproximadamente 50g em recipiente de fundo telado pesando em torno de 31g. Os testes de secagem foram realizados utilizando-se um secador de laboratório com controle da temperatura e da vazão do ar. O fluxo de ar foi fornecido por um ventilador axial que conduzia o ar até o plenum, onde fluía em três recipientes de fundo telado e removível, contendo as amostras de alho. O ar foi aquecido através de lâmpadas incandescentes. Os valores de temperatura foram obtidos por meio de um termômetro de mercúrio, cujo bulbo foi instalado internamente no secador entre as bandejas com os produtos. Durante a secagem foram realizadas pesagens das amostras, a cada meia hora, até que estas atingissem o teor de água final pré-estabelecido. Para que as amostras atingissem o equilíbrio térmico, estas foram postas, após a 1269

secagem, em condições ambientes. Após esse período, as amostras foram colocadas manualmente em sacos plásticos herméticos, para evitar qualquer tipo de dano no material. A temperatura do ar foi registrada por um termohigrógrafo para cada temperatura de secagem, e a umidade relativa do ar secante por meio de um programa computacional chamado GRAPSI. Durante a operação de secagem foram utilizadas pesagens periódicas, até se atingir o teor de água final pré-estabelecido, enquanto as curvas de secagem foram realizadas pela análise de regressão não linear, pelo método Quasi-Newton, por meio do programa computacional STATISTICA 7.0. As curvas foram ajustadas aos dados experimentais utilizando-se doze diferentes equações empíricas e semi-empíricas, relacionadas a seguir: Newton Page Page Modificado Thompson Henderson e Pabis Logarítmico Dois Termos Exponencial de Dois Termos Wang e Sing Henderson e Pabis Modificado Midilli et al. Aproximação da Difusão

RU = exp(-k . t) RU= exp(-k . tn) RU = exp[-(k . t)n] t = a .ln(RU) + b . [ln(RU)]2 RU= a .exp(-k . t) RU= a .exp(-k . t) + c RU= a .exp(-k0 . t) + b . exp(-k1 . t) RU= a .exp(-k . t) + (1-a) . exp(-k . a . t) RU= 1 + at + bt2 RU= a .exp(-k . t) + b . exp(-k0 . t) + c .exp(-k1 . t) RU= a .exp(-k . tn) + b . t RU= a .exp(-k . t) + (1-a) . exp(-k . b . t)

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12)

Em que, RU – razão de umidade do produto, adimensional; t – tempo de secagem, s; k,k0,k1 – coeficiente de secagem, s-1; a,b,c,n – constantes dos modelos; n – número de termos da equação. Para o cálculo da razão de umidade (RU), utilizou-se a expressão: RU= U - Ue / Ui - Ue_

(13)

Em que, U – teor de água do produto, decimal b.s.; Ui – teor de água inicial do produto, decimal b.s.; Ue – teor de água de equilíbrio do produto, decimal b.s. Onde a umidade de equilíbrio (Ue) é calculada por: Ue = 3x10-5. exp(2596,817/T) . ((UR/100) / (1-(UR/100))0,9307)

(14)

Em que, Ue - teor de água de equilíbrio, % b.s.; UR – umidade relativa do ar de secagem, decimal; T – temperatura do ar de secagem, ºC. Os dados experimentais foram comparados com os valores estimados por cada modelo, pelo erro médio relativo (P) e erro médio estimado (SE), a partir das equações: P = (100/n) . Ʃ (|Y – Ŷ|/ Y)

(15)

SE = √Ʃ( Y – Ŷ)2/GLR

(16)

Em que, Y – valor observado experimentalmente; Ŷ - valor calculado pelo modelo; GLR – graus de liberdade do modelo. 1270

A taxa de redução de água durante a secagem foi determinada por (CORRÊA et al., 2001): TRA = (Ma0–Mai )/(Ms (ti – t0 ))

(17)

Em que, TRA – taxa de redução de água; Ma0 – massa de água total atual; Mai – massa de água total atual; Ms – matéria seca; t0 – tempo total de secagem anterior, (h); ti– tempo total de secagem atual, (h). Os experimentos foram realizados em delineamento inteiramente casualizado, e os dados foram analisados estatisticamente, pela análise de variância e pelo teste de médias de TUKEY, a 5% de probabilidade. RESULTADOS E DISCUSSÃO A Figura 1 apresenta as curvas de secagem em camada fina em diferentes temperaturas. Como pode-se observar, o tempo de secagem decresce com o aumento da temperatura do ar de secagem. 1,6 35ºC

45ºC

55ºC

70ºC

1,4

Teor de Água (b.s.)

1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

Tempo (h)

Figura 1 - Variações da razão de umidade em função do tempo para diferentes temperaturas do ar de secagem. Inicialmente foi feito o estudo das curvas de secagem do alho, a fim de observar o comportamento da curva de secagem para cada temperatura estudada. Após esta etapa fez-se o modelamento matemático dos resultados a fim de obter os coeficientes para as equações de secagem (Tabelas 1 a 4). Em relação à modelagem matemática pode-se dizer que os resultados obtidos foram satisfatórios, pois os coeficientes de determinação dos modelos foram maiores que 90,2% para todas as equações modeladas. Com relação a análise do erro da modelagem, os modelos de Page Modificado, Henderson e Pabis, Exponencial de Dois Termos e Wang e Sing, para a temperatura do ar de secagem de 35ºC, apresentaram erro médio relativo acima de 10%, o que segundo o critério de seleção de modelos proposto por Mohapatra & Rao (2005), não se ajustou satisfatoriamente aos dados experimentais (erro médio relativo superior a 10%), indicando ser inadequado para a descrição do fenômeno estudado. Tabela 1 - Valores dos parâmetros obtidos para verificação do ajuste dos modelos 1271

matemáticos aos valores experimentais da secagem do alho, obtidos na temperatura de 35°C. 35°C Newton Page Page Modificado Thompson Henderson e Pabis Logarítmico Dois Termos Exponencial de Dois Termos Wang e Sing Henderson e Pabis Modificado Midilli Aproximação da Difusão

A

B

C

N 0,70860 0,30720

-5,42965 4,44687 0,870587 0,07525 0,831715 0,455806 0,53482

0,14334

K 0,09437 0,19001 0,30720

0,14917

0,208915

K0

K1

R² (%) 93,5 99,7 93,5 99,9 97,1 99,8 0,04185 0,45581 99,9

0,35063

-0,088734 0,00219 0,262408 0,45581

0,26741

0,26458

-0,497731 0,99999

0,04185

0,09437

SE P 0,393 27,44 0,085 3,95 0,393 27,45 0,046 2,55 0,262 13,21 0,062 3,57 0,395 9,37

98,1

0,209 14,25

93,9

0,379 24,42

99,5

0,034

1,59

0,047

2,64

93,5

0,021 14,24

Tabela 2 - Valores dos parâmetros obtidos para verificação do ajuste dos modelos matemáticos aos valores experimentais da secagem do alho, obtidos na temperatura de 45°C. 45°C Newton Page Page Modificado Thompson Henderson e Pabis Logarítmico Dois Termos Exponencial de Dois Termos Wang e Sing Henderson e Pabis Modificado Midilli Aproximação da Difusão

A

B

C

N 0,75299 0,75299

-2,48830 0,92431 0,79343 0,70715

K 0,24022 0,33710 0,23597

K0

K1

0,15758

0,954

1,68457 0,21652 0,36295

0,18385 0,29326

0,18377

1,03571

-0,23356

0,01814

0,30810

0,30810 0,30810

1,00290

0,00464

0,29331

0,16561

SE 0,171 0,029 0,029 0,021 0,127 0,053 0,017

P 4,96 0,495 0,495 0,545 3,257 1,478 0,375

99,5

0,064 1,855

97,2

0,150 3,941

98,0

0,127 3,257

0,34113

99,9

0,024 0,492

0,95096

99,9

0,017 0,374

0,21652 0,79038

R² (%) 96,2 99,9 99,9 99,9 98,0 99,6 99,9

0,21652

0,217

Tabela 3 - Valores dos parâmetros obtidos para verificação do ajuste dos modelos matemáticos aos valores experimentais da secagem do alho, obtidos na temperatura de 55ºC. 55°C Newton Page Page Modificado Thompson Henderson e Pabis Logarítmico Dois Termos Exponencial de Dois Termos Wang e Sing Henderson e Pabis Modificado Midilli Aproximação da Difusão

A

B

C

N 0,82862 0,61774

-1,96191 0,95397 0,97350 0,47699

K0

K1

0,36074

0,361

0,58899 0,36074 0,48918

0,11201 0,47699

0,22581 -0,34304

K 0,38160 0,45305 0,61774

1,30533 0,03614

0,31799

0,31799 0,31799

0,85283

-0,14189

0,69186

3,89445

0,36074 0,00005

0,36074

0,361

R² (%) 98,6 99,9 98,6 99,9 99,0 99,8 99,0

SE 0,103 0,025 0,103 0,026 0,083 0,034 0,083

P 3,192 0,784 3,207 0,714 2,482 0,711 2,482

99,9

0,029 0,912

98,4

0,110 2,832

99,0

0,083 2,482

0,06544

90,2

0,272 8,472

0,26881

99,9

0,028 0,849

Dentre os modelos matemáticos estudados, que apresentaram resultados satisfatórios, com coeficiente de determinação acima de 99,6%, foi escolhido o modelo de Page, pois este apresentou menores valores de erros médios estimados e relativos e maior coeficiente de determinação para a secagem do alho, além, de ser mais simples e apresentar facilidade de uso, sendo, desta forma, este o modelo utilizado para representar este fenômeno (Tabelas 1 a 4). 1272

Tabela 4 - Valores dos parâmetros obtidos para verificação do ajuste dos modelos matemáticos aos valores experimentais da secagem do alho, obtidos na temperatura de 70°C. 70°C Newton Page Page Modificado Thompson Henderson e Pabis Logarítmico Dois Termos Exponencial de Dois Termos Wang e Sing Henderson e Pabis Modificado Midilli Aproximação da Difusão

A

B

C

N 0,94172 0,62353

-2,32908 0,99204 0,94775 0,49602

K 0,38879 0,41262 0,62353

0,20187

0,49602

0,38532 0,45561

0,06341 0,49602

0,46533

K0

K1

R² (%) 99,4 99,6 99,5 99,7 99,5 99,8 0,38532 0,38532 99,5

0,59641

-0,33171

0,03214

0,33068

0,33068

1,00248

0,01161

0,99890

-1,56182

0,33068

P 3,0527 2,4116 3,0527 2,0829 3,0012 1,5350 3,0012

99,7

0,0438 1,2467

99,3

0,0825 2,7446

99,5

0,0704 3,0012

0,41782

99,8

0,0428 1,0736

0,40609

99,8

0,0438 1,2467

0,38532 1,05413

SE 0,0711 0,0622 0,0711 0,0554 0,0704 0,0472 0,0704

0,38532 0,38532

1

0,8

0,9

0,7

0,8 0,6 0,7 0,6

0,5

0,5

0,4

0,4

0,3

0,3

Taxa de Redução de Água (kg.kg-1.h-1)

Razão de Umidade (Adimensional)

Depois da modelagem da cinética de secagem foi analisada a taxa de redução de água, com intuito de descrever a perda de água por unidade de matéria seca por unidade de tempo. As Figuras 2, 3, 4 e 5 mostram as curvas referentes à taxa de redução de água e à razão de umidade experimental e simulada (Modelo de Page).

0,2 0,2 0,1

0,1 0

0 0

2

4

6

RU (Experimental)

8

10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Tempo (h) RU (Simulado)_Modelo Page

Taxa de Redução de Água

Figura 2 - Curva de Razão de Umidade, experimental e simulada, e Taxa de Redução de Água para a temperatura de 35°C.

1273

Razão de Umidade (Adimensional)

0,9

0,7

0,8 0,6 0,7 0,5

0,6 0,5

0,4

0,4

0,3

Taxa de Redução de Água (kg.kg-1.h-1)

0,8

1

0,3 0,2 0,2 0,1

0,1 0

0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

Tempo (h) RU (Experimental)

RU (Simulado)_Modelo Page

Taxa de Redução de Água

Figura 3 - Curva de Razão de Umidade, experimental e simulada, e Taxa de Redução de Água para a temperatura de 45°C.

0,8

Razão de Umidade (Adimensional)

0,9

0,7

0,8 0,6 0,7 0,5

0,6

0,4

0,5 0,4

0,3

Taxa de Redução de Água (kg.kg-1.h-1)

1

0,3 0,2 0,2 0,1

0,1 0

0 0

1

2

3

4

5

6

Tempo (h) RU (Experimental)

RU (Simulado)_Modelo Page

Taxa de Redução de Água

Figura 4 - Curva de Razão de Umidade, experimental e simulada, e Taxa de Redução de Água para a temperatura de 55°C.

1274

Razão de Umidade (Adimensional)

0,9

0,7

0,8 0,6 0,7 0,5

0,6 0,5

0,4

0,4

0,3

Taxa de Redução de Água (kg.kg-1.h-1)

0,8

1

0,3 0,2 0,2 0,1

0,1 0

0 0

1

2

3

4

5

6

Tempo (h) RU (Experimental)

RU (Simulado)_Modelo Page

Taxa de Redução de Água

Figura 5 - Curva de Razão de Umidade, experimental e simulada, e Taxa de Redução de Água para a temperatura de 70°C.

CONCLUSÃO Com base nos resultados apresentados, pode-se concluir que os resultados obtidos foram satisfatórios para todas as equações modeladas. Porém o Modelo de Page obteve coeficiente de determinação acima de 99,6%, e apresentou menores valores de erros médios estimados e relativos. Os modelos de Page Modificado, Henderson e Pabis, Exponencial de Dois Termos e Wang e Sing, para a temperatura do ar de secagem de 35ºC, apresentaram erro médio relativo acima de 10%, indicando ser inadequado para esse tipo de secagem. REFERÊNCIAS BRITO, F.C.S. A fruticultura tropical frente ao mercado globalizado (algumas questões sobre o abacaxi paraibano). C. Grande: UFCG, 2000, 117p. Dissertação Mestrado. GARCIA, D.C.; BARROS, A.C.S.A.; PESKE, S.T.; MENEZES, N.L. A secagem de sementes. Ciência Rural, Santa Maria, v.34, n.2, p.603-608, 2004. ANDRADE, E. T. Cinética de secagem e qualidade de sementes de feijão. ENGEVISTA, v. 8, n. 2, p. 83-95, 2006. ANDRADE, E. T. Qualidade até o final: Secagem certa. Cultivar Máquinas. v.III, n.25, 15p, 2003. ANDRADE, E. T. ; BORÉM, F. M. ; HARDOIM, P. R. . Cinética de secagem do café cereja, bóia e cereja desmucilado, em quatro diferentes tipos de terreiros. Revista Brasileira de Armazenamento, Viçosa, v. 7, p. 37-43, 2003. JAYAS, D.S.; WHITE, N.D.G;MUIR, W.E. Stored-Grain Ecosystems. New York: Marcel Dekker, INC.,757p, 1995. ALMEIDA, F.A.C.; GOUVEIA, J.P.G. de, J.E.;VILLAMIL, J.M.P.; SILVA, M.M. Secagem natural e artificial de vagens de algaroba. Revista Brasileira de Armazenamento. Viçosa,v.27, n.1, p.48–57, 2002. 1275

CORRÊA, P.C.; MACHADO, P.F.; ANDRADE, E.T. Cinética de secagem e qualidade de grãos de milho-pipoca. Ciência e Agrotecnologia. Lavras, v.25, n.1, 2001, p.134-142. PERRY, J.H. Chemical Engineer’s Handbook, 6 ed. N.Y. McGraw-Hill, 1963.1 v. VACCAREZZA, L.M.; LOMBARDI, J.L.; CHIRIFE, J. Kinetics of moisture movement during air drying of sugar beet root.Journal of Food Technology, v.9, p.317-327, 1974. CHEN, S.C.; JOHNSON, W.H. Kinetics of moisture movement in higroscopic materials. Transactions of the American Society of Agricultural Engineers, v.12, n.1, p.101, 1969. BROOKER, D.B., BAKKER-ARKEMA, F.W.,HALL, C.H. Drying cereal grains. Westport: The Publishing Company, 1978. 265p. BRASIL. Regra para análise de sementes. Ministério da Agricultura e Reforma Agrária. Brasília, DF: MARA, 365p, 1992.

INSTITUTO BRASILEIRO DE QUALIDADE EM www.hortibrasil.org.br/jnw/index.phph; 2012. CULTURA DO ALHO, em www.ihara.com.br/culturas/alho/29/; 2012

HORTICULTURA;

1276

I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente - Niterói – RJ – Brasil 21 a 25 de Outubro de 2013

IMPLEMENTAÇÃO DE WEBPAGES DINÂMICAS UTILIZANDO LUA BRUNO M. COSTA1, ALEXANDRE S. DE LA VEGA2 1 2

Graduando em Engenharia de Telecomunicações – UFF – (21) 2629-5606 – [email protected] D.Sc – Universidade Federal Fluminense (UFF) – (21) 2629-5606 – [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: O grupo PET do Curso de Engenharia de Telecomunicações da Universidade Fluminense (PET-Tele) criou e realiza manutenção no seu website, que possui, naturalmente, redundância de informações em algumas de suas páginas. Na versão atual, as páginas são codificadas nas linguagens HTML e PHP. Isso apresenta um inconveniente, pois, caso tais informações sofram mudanças, tornase necessário alterar o texto de todas as páginas relacionadas. Esse tipo de procedimento de manutenção em websites pode ser julgado como ineficiente e muito sujeito a erros. Nesse sentido, o grupo decidiu investir em uma solução mais eficiente para a manutenção e a geração de webpages contendo informações redundantes. Os objetivos fixados foram: a) o estudo sobre a criação de uma base de dados usando a linguagem Lua, b) o estudo da linguagem de ligação CGILua, c) a criação de uma base de dados, contendo as informações redundantes do website do grupo, usando Lua e d) a implantação de páginas dinâmicas no website do grupo, usando a base de dados Lua. A metodologia de trabalho adotada foi a mesma utilizada em outras atividades do grupo. Inicialmente, o assunto foi discutido e definido, baseado na argumentação de alguns integrantes. Em seguida, foi estabelecida uma bibliografia inicial e foi realizada uma pesquisa sobre o assunto. Fundamentado na leitura do material bibliográfico disponível, o projeto foi desenvolvido, seguindo os objetivos definidos. Após realizados alguns testes, a solução foi implantada nos computadores do grupo com sucesso. PALAVRAS–CHAVE: Aplicações Web, Webpage Dinâmica, Linguagem de Programação Lua.

IMPLEMENTATION OF DYNAMIC WEBPAGES USING LUA ABSTRACT: The group PET from the Telecommunication Engineering at the Universidade Fluminense (PET-Tele) has developed and performs maintenance on its website, which has redundant information in some of its webpages. In the current version, the pages are coded using the languages HTML and PHP. This presents a drawback, because if such information changes, it becomes necessary to amend the all pages. This kind of maintenance procedure on websites can be judged as very inefficient and error prone. Accordingly, the group decided to invest in a more efficient way for the generation and maintenance of webpages containing redundant information. The goals were set: a) the study on the creation of a database using the Lua language, b) The study of the binding CGILua language, c) the creation of a database, containing the redundant information from the website of the group, using Lua and d) the implementation of dynamic webpages on the website of the group, using the database Lua. The methodology adopted was the same used in other group activities. Initially, the subject was discussed and defined, based on the arguments of some . Then, an initial bibliography was established and a study was conducted on the subject. Based on reading the available bibliographic material, the project was developed following the defined goals. After performing some tests, the solution was deployed successfully into the group computers. KEYWORDS: Web Application Programs, Dynamic Webpages, Lua Programming Language.

1277

INTRODUÇÃO Várias foram as motivações para o desenvolvimento desse trabalho. O Programa de Educação Tutorial (PET) [MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO, 2013], financiado pelo Ministério da Educação (MEC), exige que os bolsistas dos grupos PET, ao serem submetidos a uma formação complementar, desenvolvam atividades que possuam, cada uma delas, itens relativos às áreas de Pesquisa, Ensino e Extensão, bem como consigam algum tipo de penetração no curso ao qual o seu grupo pertence. Um dos requisitos do Programa PET é a produção, a manutenção e a disponibilização gratuita, de material didático autoral. Para incentivar essa prática, que não é regularmente desenvolvida ao longo do curso de graduação em questão, ela é inserida entre as atividades regulares do grupo PET do Curso de Engenharia de Telecomunicações da Universidade Fluminense (PET-Tele) [PET-TELE, 2013]. Assim sendo, sempre que possível, as atividades do grupo PET-Tele envolvem as etapas de pesquisa, estudo, desenvolvimento, testes, implantação, elaboração de material didático, elaboração de material de divulgação e disponibilização de material produzido. Além disso, o próprio grupo criou e realiza manutenção no seu website [PET-TELE, 2013], que possui, naturalmente, redundância de informações em algumas de suas páginas. Na versão atual, as páginas são geradas de forma estática, sendo codificadas nas linguagens HTML [NIEDERST, 2002], CSS [LEWIS & MOSCOVITZ, 2010], [SILVA, 2013] e [W3SCHOOLS, 2013], e PHP [ACHOR et al., 2013]. Isso apresenta um inconveniente, pois, caso tais informações sofram mudanças, torna-se necessário alterar o texto de todas as páginas relacionadas. Esse tipo de procedimento de manutenção pode ser julgado como ineficiente e muito sujeito a erros. Por fim, o grupo já tem conhecimento adquirido com a linguagem de programação Lua [MATTOS et al., 2009], [BEPPU et al., 2010], [SANTOS & DE LA VEGA, 2011], [COSTA & DE LA VEGA, 2012] e [SANTOS & DE LA VEGA, 2012], originalmente criada para lidar com a aquisição e o processamento de itens de informação [IERUSALIMSCHY, 2006], [IERUSALIMSCHY, 2013] e [PUC-RIO, 2013]. Por essa razão, o grupo decidiu investir em uma solução mais eficiente para a manutenção e a geração das páginas com informações redundantes do seu website. Para tal, foi pensado em adotar webpages dinâmicas. Vários objetivos foram fixados. Inicialmente, deveriam ser realizados uma pesquisa e um estudo sobre a criação e a forma de o de uma base de dados usando a linguagem Lua. Além disso, seriam realizados uma pesquisa e um estudo sobre a forma de ligação entre o código das webpages (HTML, CSS e PHP) e o código da base de dados (Lua), utilizando a linguagem de ligação CGILua [KEPLER PROJECT, 2013]. Em função da pesquisa e do estudo realizados, seria elaborado um material didático autoral, para futura disponibilização gratuita no website do grupo. A partir das webpages com dados redundantes, presentes no website original, deveria ser criada uma base de dados usando Lua. Finalmente, novas webpages deveriam ser criadas, sendo montadas dinamicamente, a partir da base de dados construída. A metodologia de trabalho adotada foi a mesma utilizada em outras atividades do grupo. Inicialmente, o assunto foi discutido e definido, baseado na argumentação de alguns integrantes. Deve ser ressaltado que, apesar de se esperar alguma contribuição técnica com o trabalho, os resultados principais que se buscou alcançar foram a formação dos alunos bolsistas, o legado de informação para o grupo e a tentativa de contribuição tanto para os alunos de graduação quanto para o curso em questão. Em seguida, foi estabelecida uma bibliografia inicial e foi realizada uma pesquisa sobre o assunto. Fundamentado na leitura do material bibliográfico disponível, o projeto foi desenvolvido, seguindo os objetivos definidos. Após realizados alguns testes, a solução foi implantada. Os testes foram realizados nos computadores pessoais dos alunos e nos computadores da sala do grupo. O website do grupo é residente na Rede Telecom, pertencente ao Departamento de Engenharia de 1278

Telecomunicações, da UFF. Para que o código das novas webpages fosse executado corretamente, era necessária a inclusão de um módulo interpretador CGILua no servidor de webpages da rede. Após tal instalação, as novas páginas foram carregadas na Rede Telecom. Finalmente, foi elaborado o material didático, que se encontra disponível para gratuito no website do grupo [PET-TELE, 2013]. Este documento está organizado da seguinte forma. A Seção DEFINIÇÃO DO PROBLEMA aborda os conceitos básicos envolvidos no trabalho, descrevendo tanto o problema quanto as suas características condicionantes. As soluções propostas e a solução final adotada são discutidas na Seção ESCOLHA DA SOLUÇÃO. A Seção TRABALHO DESENVOLVIDO apresenta um resumo da implementação, procurando ressaltar detalhes característicos da solução adotada. O conteúdo é finalizado na Seção CONCLUSÃO E TRABALHOS FUTUROS. DEFINIÇÃO DO PROBLEMA O website do grupo PET-Tele foi completamente desenvolvido e é mantido por seus integrantes. Ele possui alguns links principais, que direcionam o usuário para as suas diversas seções. O link denominado Integrantes possibilita o o a três páginas que contêm dados redundantes sobre os integrantes do grupo: Informações, Aniversários e Cronologia. Cada uma dessas páginas é gerada de forma estática, sendo codificada por uma combinação das linguagens HTML, CSS e PHP. Os grupos PET apresentam uma certa rotatividade. Dessa forma, torna-se necessário que as páginas que contêm dados sobre seus integrantes sofram uma manutenção periódica. Uma vez que elas são geradas de forma estática, todas elas devem ser modificadas manualmente, a cada mudança nos dados dos integrantes. A manutenção manual de diversas páginas contendo dados redudantes representa um processo ineficiente, uma vez que não apenas consome mais tempo como também é bastante sujeito a erros. Em função disso, o grupo visualizou uma dupla oportunidade. Primeiro, tornar o processo de manutenção do seu website mais eficiente. Além disso, pesquisar, organizar e divulgar novos conhecimentos, o que é exatamente o foco de trabalho de um grupo PET. ESCOLHA DA SOLUÇÃO Para resolver o problema em questão, o grupo precisou ainda levar em consideração o fato de que a manutenção do website é realizada por seus próprios integrantes e que os mesmos, ao serem itidos no grupo, não possuem um vasto conhecimento sobre o assunto em questão. Assim, a solução adotada deveria utilizar mecanismos de fácil aprendizado e, embora ela devesse apresentar um conhecimento novo, seria recomendável que ela adotasse algum conhecimento já dominado pelo grupo, gerando um crescimento diferencial. A solução final configurou-se de uma forma bem natural, envolvendo as necessidades do problema e as características do grupo. Por um lado, as páginas originais foram codificadas utilizando-se as linguagens HMTL, CSS e PHP. Além disso, o grupo já realizou atividades envolvendo bancos de dados, que foram estruturados em padrões com os quais a linguagem PHP consegue interagir e foram ados via Internet. Assim sendo, surgiu a seguinte ideia: i) montar uma base de dados padrão, contendo informações sobre integrantes do grupo, ii) ar a base de dados padrão por meio de instruções PHP apropriadas e iii) montar o conteúdo das páginas dinamicamente, no momento do o. Dessa forma, a manutenção aria a ser feita de forma única e estruturada. A manutenção dos dados seria realizada na

1279

base de dados, enquanto a formatação das páginas seria controlada por seu código e estaria correta por construção. Embora a solução inicial atendesse a uma parte dos requisitos, o uso de um banco de dados padrão faria com que a sua construção, o seu o e a sua portabilidade, bem como o aprendizado por parte dos alunos novatos, representassem tarefas com uma complexidade não desejada. A proposta seguinte foi manter a ideia original, mas estruturar a base de dados em um simples arquivo do tipo texto. Assim, ela ainda seria facilmente portável, de fácil manutenção e de fácil o. Porém, com uma complexidade reduzida de criação, de o e de manutenção. Nesta segunda proposta, ao invés de se utilizar instruções PHP padrões para o o a bancos de dados padrões, seria necessário definir uma organização para o arquivo de texto e seria necessário escrever códigos de o específicos para os arquivos propostos, utilizando instruções básicas de programação PHP. Isso agregaria uma certa complexidade à manutenção, pois, caso fosse necessário alterar a estrutura do arquivo de dados, o código teria que ser fortemente alterado. A segunda proposta abriu espaço para a solução finalmente adotada. O grupo já realizou atividades com a linguagem de programação Lua, que tem, na origem da sua criação, a meta de manipulação eficiente de grandes bases de dados. Assim, a organização e a manipulação de dados em arquivos do tipo texto são realizadas com extrema facilidade por meio de código Lua. Cabe ressaltar que o código Lua também é armazenado em arquivo do tipo texto. Além disso, a conexão entre as linguagens de formatação de dados para Internet (HTML e CSS) e a linguagem de programação procedural Lua pode ser obtida com o uso da linguagem de ligação (binding language) CGILua. Portanto, a proposta final foi: i) montar uma base de dados em um arquivo texto, com uma estrutura adequada à manipulação por código procedural Lua, ii) escrever códigos de o à base de dados usando instruções básicas de Lua e iii) montar o conteúdo das páginas dinamicamente, no momento do o, usando uma combinação das linguagens HTML, CSS e CGIlua, com chamadas para as funções de o aos dados, escritas em Lua. A solução adotada, além de resolver tecnicamente o problema, possibilitou a pesquisa, o estudo e a produção de material didático sobre CGILua, sua instalação e seu uso. O material produzido encontra-se à disposição para gratuito no website do grupo. Como efeito colateral positivo, adotar uma solução envolvendo código procedural Lua abre caminho para que o grupo possa implementar uma série de aplicações no seu website. Alguns projetos já estão em desenvolvimento. TRABALHO DESENVOLVIDO Aqui, devido à ausência de espaço, a solução implementada será abordada de forma geral e serão apresentados apenas alguns detalhes de implementação considerados relevantes. O o inicial do projeto foi o levantamento dos dados referentes a todos os denominados integrantes do grupo (tutores, bolsistas, voluntários, colaboradores, ex-tutores, ex-bolsistas, ex-voluntários, ex-colaboradores). Os dados foram coletados nas webpages originais e em arquivos do grupo. Com base no levantamento dos dados, foi montada uma base de dados, armazenada em um arquivo do tipo texto, onde cada registro contém os dados de apenas um integrante do grupo. Um registro genérico simplificado, similar aos implementados, é mostrado na Figura 1.

1280

Registro

{ Nome = “nome_integrante”, Email = “endereço_email”, Ingresso_pet = {periodo,ano}, Egresso_pet = {periodo,ano}, Ingresso_ies = {mês,ano}, Ingresso_ies = {mês,ano}, Motivo_saida = “motivo”, } Figura 1 – Exemplo de registro da base de dados.

Tanto a organização dos dados quanto a sintaxe mostrada na Figura 1 foram especificadas levando em consideração que as funções de o seriam codificadas em Lua. Em Lua, a notação “{}” representa o construtor de uma tabela associativa. Assim, o código “t = {valor1, valor2}” constrói um vetor t contendo os elementos valor1 e valor2, com o t[1] e t[2], respectivamente. Por sua vez, o código “t = {chave1 = valor1, chave2 = valor2}” constrói um vetor t contendo os elementos valor1 e valor2, com o t[‘chave1’] e t[‘chave2’], respectivamente. A chamada de uma função em Lua é feita da forma normalmente utilizada em diversas linguagens de programação: “nome_funcao (param1, param2, param3)”. Porém, quando é ado apenas um parâmetro, pode-se simplificar a notação: “nome_funcao (param)” é equivalente a “nome_funcao param”. Assim, o código “nome {ch1 = val1, ch2 = val2}” representa a chamada de um função, que recebe como parâmetro único uma tabela contendo dois valores, que podem ser obtidos através de duas chaves de o. Portanto, o texto da Figura 1 pode ser interpretado de duas formas: i) como um registro de dados, armazenado em um arquivo do tipo texto ou ii) como um trecho de código Lua, armazenado em um arquivo do tipo texto, que representa uma chamada para uma função com nome “Registro”, a qual recebe como parâmetro uma tabela contendo diversos valores e suas chaves de o. Em Lua, as funções podem ser atribuídas a variáveis comuns. Como exemplo, o código “soma = function (p1, p2) return p1 + p2 end” define “soma” como uma função que adiciona dois valores. Por sua vez, se o código “soma = function (p1, p2, p3) return p1 + p2 + p3 end”, aparecer em seguida, a variável “soma” será redefinida como uma função que adiciona três valores. As chamadas serão, respectivamente, “soma (n1, n2)” e “soma (n1, n2, n3)”. Um programa codificado em Lua pode ser fragmentado em diversos arquivos do tipo texto e, posteriormente, unificado através de funções simples. Por exemplo, considerando que o arquivo “arq_cod” possui código Lua, o trecho “instrução_1 dofile(‘arq_cod’) instrução_2”, inclui todo o código presente no arquivo entre a instrução_1 e a instrução_2. Tudo o que foi citado acima torna o texto da Figura 1 um poderoso mecanismo computacional. Considerando que tal texto esteja armazenado em um arquivo “arq_dados”, se o código “Registro = function (t) conj_cod_1 end dofile(‘arq_dados’)” for seguido do código “Registro = function (t) conj_cod_2 end dofile(‘arq_dados’)”, onde conj_cod_1 e conj_cod_2 representam dois conjuntos de códigos diferentes, isso significa que o mesmo registro de dados foi ado para duas funções distintas, sofrendo dois processamentos distintos. Assim, diversos processamentos podem ser programados, bastando apenas redefinir a variável que identifica os registros da base de dados montada com tal sintaxe. Uma vez que os dados foram obtidos, que os mesmos foram organizados em uma base de dados com tipo e sintaxe adequados, e que as funções necessárias à geração dos conteúdos das webpages foram codificadas adequadamente, falta apenas realizar a sua inserção no código de formatação das webpages. A inserção de código Lua, em arquivo HTML, que será 1281

interpretado pelo módulo CGILua antes de ser ado ao servidor HTML, é feita com a seguinte sintaxe “. Assim, com o código “instruções_html
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KEPLER PROJECT. CGILua: Building Web Scripts with Lua. Disponível em: o em: 10 set. 2013. LEWIS, J.; MOSCOVITZ, M. CSS Avançado. Novatec, 2010. 416p. MATTOS, H.; SOUZA, T.; DE LA VEGA, A.S.; SAADE, D.M. Ferramenta Didática Interativa Utilizando a Linguagem NCL: Algoritmo de Quine-McCluskey. 8th International Information and Telecommunication Technologies Symposium, Florianópolis, v.1, n.1, p. 1-4, 2009. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO. Apresentação – PET. Disponível em: o em: 10 set. 2013. NIEDERST, J. HTML: Pocked Reference. 2. ed. O’Reilly & Associates, 2002. 33p.PETTELE. PET – Engenharia de Telecomunicações da UFF. Disponível em: o em: 10 set. 2013. PUC-RIO. Tecgraf – Tecnologia em Computação Gráfica. Disponível em: o em: 10 set. 2013. SANTOS, B.S.; DE LA VEGA, A.S. Ferramenta de Auxílio Didático: Conversão de Expressões de Funções Lógicas em Lua. Anais: XXXIX - Congresso Brasileiro de Educação em Engenharia – COBENGE. Blumenau, 2011. SANTOS, B.S.; DE LA VEGA, A.S. Desenvolvimento de Ferramenta de Auxílio Didático: Implementação de Interfaces com o Usuário via Internet usando CGILua. Anais: XL Congresso Brasileiro de Educação em Engenharia – COBENGE. Belém, 2012. SILVA, M. CSS e Padrões Web. Disponível em: < http://www.maujor.com/index.php> o em: 10 set. 2013. W3SCHOOLS. CSS Tutorial. Disponível em: o em: 10 set. 2013.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente. Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro.

RUÍDO OCUPACIONAL: ESTUDO DE CASO EM UMA INDÚSTRIA DE EMBALAGENS DE PAPELÃO. JULIANA GARCIA1; JÉSSICA ZIMMERMANN2 1

Graduanda em Engenharia Agrícola e Ambiental, UFF. (21)9400-0598, (21)9400 [email protected] Engenheira Agrícola la e Ambiental e Especialista em Engenharia de Segurança do Trabalho, Professora Auxiliar, TER - TPC, UFF/Niterói- RJ. 1

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: O estudo sobre os possíveis efeitos da poluição sonora na vida do trabalhador é de

extrema importância, visto que, estes muitas vezes causam danos irreversíveis com sérias consequências à saúde física e mental. O objetivo desta pesquisa discorre sobre a avaliação av dos níveis de pressão sonora (ruído) através de um estudo de caso em uma indústria de embalagens de papelão, avaliando a exposição dos trabalhadores e mostrando a necessidade de se quantificar e controlar esses níveis para que exista um ambiente organizacional or sadio, garantindo à saúde do trabalhador. O estudo baseou-se baseou se na realização de medições dos níveis sonoros com o auxílio de um dosímetro, cuja avaliação da exposição ocupacional ao ruído foi realizada através de cálculos baseados na Norma de Higiene Higiene Ocupacional do Ministério do Trabalho e Emprego. Através desses cálculos, pode-se pode se perceber que é necessário adotar medidas preventivas e corretivas na indústria, pois apesar da dose diária calculada está dentro do limite, caracterizando um ambiente salubre com 84,3 dB(A), o nível de exposição está bem próximo do limite de exposição ocupacional diário igual a 85 dB(A). PALAVRAS – CHAVE: ruído, saúde laboral, segurança do trabalhador

OCCUPATIONAL NOISE: A CASE STUDY IN A CARDBOARD PACKAGING INDUSTRY. ABSTRACT: The study of the possible effects of the noise pollution in the lives of the

workers is extremely important; since these effects often cause irreversible damage with server consequences to the mental and physical health of the person. In this paper, p we will be presenting some results of the noise levels obtained from a case study in a cardboard packaging industry, evaluating the workers’ exposure to noise and demonstrating the need of measurement and controlling of these noise levels in order to guarantee a healthy organizational environment, therefore, ensuring the workers’ health. This study is based on the noise level measurements made by using a dosimeter and the evaluation of occupational noise exposure was performed through calculations based based on the Occupational Hygiene Regulation of the Ministry of Labour and Employment. Through these calculations, one can realize that it is necessary to take preventive and corrective measures in the industry, because despite the calculated daily dose is within within the limit with 84,3 dB (A), featuring a wholesome environment, the exposure level is close to the occupational exposure limit is equal to daily 85 dB (A). KEY WORDS: noise, occupational health, worker safety

1284

INTRODUÇÃO O trabalho gera transformações no corpo dos trabalhadores, tanto de ordem física como mental, além de efeitos positivos e negativos (MELLO,1999). O desenvolvimento industrial vem acompanhado da implantação de novas tecnologias, geralmente máquinas e componentes muito ruidosas. O ruído é um sinal acústico aperiódico, originado da superposição de vários movimentos de vibração com diferentes frequências que não apresentam relação entre si (FELDMAN;GRIMES,1985). O ruído pode ocasionar além dos problemas auditivos mais frequentes como perda auditiva, dificuldade de compreensão de fala, zumbido e intolerância a sons, problemas como fadiga, perturbação do sono, irritabilidade, estresse, alergias, distúrbios digestivos, úlceras, falta de concentração, entre outros sintomas que prejudicam a saúde e o bom desempenho nas atividades profissionais. Neste contexto, o ruído é um dos maiores poluidores ambientais que atinge grande parte dos trabalhadores visto que no ambiente de trabalho o ruído torna-se bastante perigoso pela sua intensidade, tempo de exposição e outros fatores como vibrações e contato com produtos químicos. Tanto o ruído ocupacional como o urbano e o das atividades de lazer, indicam a necessidade da criação de programas de educação, para que se possa prevenir os efeitos desta exposição não só em trabalhadores mas na população em geral. O objetivo do estudo é avaliar a exposição dos trabalhadores ao ruído, através da dosimetria, mostrando a importância dos cuidados com a saúde do trabalhador e propondo soluções para minimização desses níveis. MATERIAL E MÉTODOS Inicialmente, realizou-se um estudo bibliográfico e logo depois realizou-se um estudo de caso em uma indústria de Embalagens de Papelão, localizada em São João de Meriti – RJ. Informações foram coletadas a partir de pesquisas em sítios específicos e, também, através de visitas técnicas. Foram realizadas duas visitas, na primeira conheceu-se todo o processo produtivo e informações como número de funcionários, estimativa de produção, máquinas, dentre outras. A segunda visita teve o objetivo de complementar a primeira, com informações mais específicas ainda não obtidas e quantificar os níveis de ruído, que foram medidos através de um dosímetro da Instrutherm modelo DOS500 e utilizou-se a Norma de Higiene Ocupacional NOH01 da Coordenação de Higiene do Trabalho da FUNDACENTRO para calcular a dose diária, nível e exposição, nível de exposição normalizado e nível de equivalência. A indústria classifica-se como pequeno porte, com 40 funcionários no total, incluindo atendimento, produção e transporte. Possui classe de risco 2, não necessitando de profissionais de segurança. Atua na produção de embalagens que utilizam como base a estrutura do papelão ondulado como: caixas, divisórias, displays e separadores e produz cerca de 150 toneladas de embalagens por mês para diversos seguimentos industriais como: farmacêutico, alimentício, cosmético, higiene & limpeza e têxtil. Dentre os expostos ao ruído, selecionou-se o trabalhador que manuseava o equipamento mais ruidoso da indústria, uma impressora da marca Tomasoni, modelo TOMIPXDC-240, para ser avaliado. Foram três horas de avaliação, comparadas curtas de aproximadamente 15 minutos. Iniciou-se a avaliação às 08:25:46 e encerrou-se às 11:24:46. O dosímetro registrava o nível de ruído ao qual o trabalhador estava exposto a cada minuto.

1285

Através dessa avaliação pode-se calcular a dose diária, o nível de exposição, o nível de exposição normalizado e o nível equivalente. A dose diária é um parâmetro utilizado para caracterização ocupacional ao ruído, expresso em porcentagem de energia sonora, tendo por referência o valor máximo de energia sonora itida, definida com base em parâmetros preestabelecidos. Esses parâmetros são: critério de referência (Cr), incremento de duplicação da dose (q) e nível Linear de Integração (NLI). A dose diária é referente à jornada diária de trabalho e a Norma de Higiene Ocupacional NHO-01 relata que exposições a níveis inferiores a 80 db não serão consideradas no calculo da dose e que o nível de ação para a exposição ocupacional ao ruído é de dose diária igual a 50%. O Nível de Exposição (NE) é o nível médio representativo da exposição ocupacional diária. É um parâmetro que representa a exposição diária do trabalhador e está diretamente relacionado com a dose diária e pode ser calculado através da equação 1. ¯ú = 10 × sm% «

€­: Vg

×

h

8::

® + 85 ¨'ª

(1)

Em que, NE é o nível de exposição em dB, D é a dose diária de ruído em porcentagem e TE é tempo de duração, em minutos, da jornada diária de trabalho

Para que se possa comparar o limite de exposição, deve-se normalizar o nível de exposição, que é a conversão deste para a jornada de 8 horas diárias. O Nível de exposição normalizado (NEN) pode ser calculado através da equação 2. ¯ú¯ = ¯ú + 10 log

Vg

€­:

¨'ª

(2)

Em que, NE é o nível médio representativo da exposição ocupacional diária em dB e TE é o tempo de duração, em minutos, da jornada diária de trabalho.

Para este critério, a Norma de Higiene Ocupacional NHO-01 relata que o limite de exposição diária corresponde a NEN igual a 85 db (A) e que o valor teto é de 115 dB (A). O nível equivalente (Leq) é o nível médio baseado na equivalência de energia e pode ser calculado através da equação 3.

Ci =

8þ,þ8 ³_æ h¼­ 8::

¨'ª

(3)

Em que, Leq é o nível de pressão sonora equivalente e D é a dose diária em porcentagem.

RESULTADOS E DISCUSSÃO A figura 1 mostra o registro de dados no dosímetro obtidos através do software DOS500. O nível de critério estabelecido foi de 85 dB, o nível limiar foi de 80 dB e a taxa de troca de 3 dB, considerando que o estudo foi baseado na Norma de Higiene Ocupacional NHO-01. A dose calculada pelo dosímetro para 8 horas (TWA) foi de 84.3 dB.

1286

Figura 1. Registro de dados A figura 2, gerada no software DOS500 mostra o nível de ruído em função do tempo. Com isso, observa-se se que o maior valor observado foi em 58 minutos de avaliação, ou seja, às 9:23 h, com um valor de 95,1 dBA.

Figura 2. Nível de ruído x tempo

1287

Com a dose já calculada pelo software e igual a 84,3 dB, pode-se calcular o nível de exposição, o nível de exposição normalizado e o nível equivalente utilizando as equações 1, 2 e 3. Todos esses valores estão apresentados na tabela 1. Tabela 1. Valores Calculados Nível de Exposição (NE)

84,26 dB

Nível de Exposição Normalizado (NEN)

84,26 dB

Nível Equivalente (Leq)

83,77 dB

A tabela 2 da Norma de Higiene Ocupacional NHO-01 indica o tempo máximo diário de exposição permissível em função do ruído. Como o valor encontrado foi de 84, 26 dB, temos que o tempo máximo diário permissível é de 480 minutos (8 horas), ou seja, o valor obtido é aceitável. Tabela 2. Tempo máximo diário de exposição permissível em função do nível de ruído Nível de Ruído dB(A)

Tempo máximo diário permissível(Tn)(min.)

80

1.523,90

81

1.209,52

82

960,00

83

761,95

84

604,76

85

480,00

86

380,97

87

302,38

88

240,00

89

190,48

90

151,19

91

120,00

92

95,24

93

75,59

94

60,00

Fonte. NHO-01 FUNDACENTRO Comparou-se os valores de dose diária e nível de exposição normalizado como indica a Norma de Higiene Ocupacional NHO-01. A tabela 3 apresenta as considerações técnicas e a atuação recomendada em função desses valores, com isso, observa-se que a atuação recomendada é a adoção de medidas preventivas e corretivas visando a redução da dose diária. 1288

Tabela 3. Critério de julgamento e tomada de decisão Dose diária(%)

NEM db(A)

Consideração Técnica

0 a 50

Até 82

50 a 80

82 a 84

80 a 100

84 a 85

Região de incerteza

Acima de 100

>85

Acima do limite de exposição

Aceitável Acima do nível de ação

Atuação recomendada No mínimo manutenção da condição existente Adoção de medidas preventivas Adoção de medidas preventivas e corretivas visando a redução da dose diária Adoção imediata de medidas corretivas

Fonte. NHO-01 FUNDACENTRO CONCLUSÕES Através de estudo bibliográfico pode-se observar quais são os limites aceitáveis para que o ambiente laboral seja sadio, sem causar danos à saúde do trabalhador. Quantificou-se o nível de ruído e calculou-se a dose diária, o nível de exposição e o nível de exposição normalizado. Com isso, pode-se comparar esses valores e percebeu-se que é necessário adotar medidas preventivas e corretivas, pois apesar da dose diária está dentro do limite, caracterizando um ambiente salubre com 84,3 dB(A), o nível de exposição está bem próximo do limite de exposição ocupacional diária igual a 85 dB (A). REFERÊNCIAS BISTAFA, S.R. Acústica aplicada ao controle de ruído, 1 ed. São Paulo, Brasil, Edgard Blucher, 2006. FIORINI, A.C.; SILVA, S.; BEVILAQUA, M.C. Ruído, comunicação e outras alterações. SOS: Saúde Ocupacional e Segurança.26.49-60,1991. FELDMAN, A. S.; GRIMES, C. T. Hearing conservation in industry. Baltimore: The Williams &Wilkins, 1985. GERGES, S.N.Y. & GIAMPAOLI, E. Protetores auriculares - mecanismo e cálculo de atenuação - problemas de utilização . Rev. Bras. de Saúde Ocupacional 15(58):41-48, 1987. MELLO, Ângela de. Alerta ao ruído ocupacional. Porto Alegre, 1999. 74 f. Monografia (Especialização em Audiologia Clínica) – CEFAC, Porto Alegre. MINISTÉRIO DO TRABALHO E EMPREGO (MTE). Ministério do Trabalho. Portaria GM/SSTb n.24, de 29.12.94: Aprova o texto de Norma Regulamentaro n.7 – Programa de Controle Médico de Saúde Ocupacional, Diário Oficial da União – DOU, São Paulo, 30 dez. 1994. MINISTÉRIO DO TRABALHO E EMPREGO (MTE). Ministério do Trabalho. Portaria n.25, de 29/12/1994. Norma Regulamentadora NR-9 Programa de Prevenção de riscos ambientais. Diário Oficial da União – DOU de 30/12/1994 MINISTÉRIO DO TRABALHO E EMPREGO (MTE). Ministério do Trabalho. Normas regulamentadoras da secretaria de segurança e saúde no trabalho – NR15 – Atividades e Operações Insalubres – 1978. MINISTÉRIO DO TRABALHO E EMPREGO (MTE). Ministério do Trabalho e Emprego. Norma de Higiene Ocupacional – NHO-01–FUNDACENTRO – 1997/1998. PEREIRA, Carlos Alberto. Surdez Profissional: caracterização e encaminhamento. Rev. Brasileira de Saúde Pública, São Paulo, 65 (17): 43-5, jan./fev./mar., 1989. 1289

I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro

COMPARATIVOS ENTRE FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA UTILIZADAS EM FORNALHAS PARA SECAGEM DE CAFÉ BERNARDO DE FREITAS PIMENTEL¹, EDNILTON TAVARES DE ANDRADE2, LUCIANA PINTO TEIXEIRA3 1

Graduando em Engenharia Agrícola e Ambiental ,UFF, (21) 97799017, [email protected] Prof. Associado, TER, PGEB, UFF, (21) 26295395, [email protected] 3 Enga Agríc. e Ambiental, M.Sc. Eng. Mecânica, UFF, (21) 26295395, [email protected] 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: O presente trabalho teve como objetivo caracterizar a matéria-prima utilizada pelas fornalhas da Fazenda Coqueiral do grupo Ipanema Coffee, bem como o montante produzido. Com os dados referentes à produção realizada em 2011 foi possível o estudo sobre custos de produção referente à floresta energética, e posteriormente, a inclusão de alternativas para incremento econômico na produção. Decidiu-se para o desenvolvimento deste, a análise sobre as características energéticas e econômicas dos resíduos da produção cafeeira com a finalidade de reintrodução dos mesmos no processo produtivo. Observou-se que o resíduo produzido atende a demanda energética de secagem, restando ainda um montante sobressalente de 75,90% do volume total. Concluindo-se que com o este percentual, a incorporação ao solo, preferencialmente nas áreas onde se cultivam mudas, torna-se viável como grande fonte de potássio (K). PALAVRAS–CHAVE: Café, Floresta Energética, Resíduos de Produção.

COMPARATIVE BETWEEN ALTERNATIVE ENERGY SOURCES USED IN FURNACES FOR DRYING COFFEE ABSTRACT: This study aimed to characterize raw material used by the furnaces of farm Coqueiral Group

Ipanema Coffee, and the amount produced. With the data on production in 2011, it was possible to study the costs of energy production on the forest, and later, the inclusion of alternatives to increase economic production. It was decided to develop this, the analysis of the energy and economic characteristics of the waste from coffee production with the aim of reintroducing them into the production process. It was observed that the residue produced meets the drying energy demand, there remaining a reserve of 75.90% of the total volume. Concluding that with this percentage, incorporation into the soil, preferably in areas where seedlings are grown, it becomes feasible as a major source of potassium (K). KEYWORDS: Coffee, Forest Energy, Waste Production.

1290

INTRODUÇÃO Desde os tempos antigos, a biomassa vem sendo usada como fonte de energia (lenha) das sociedades sem, no entanto, apoiar-se em produção sustentável. Por este motivo, durante muito tempo o termo biomassa foi associado à idéia de desmatamento. Somente no século XX teve início o uso de biomassa moderna, com o programa do álcool no Brasil e a prática do reflorestamento para produção de madeira. É sabido que a biomassa tradicional é utilizada como fonte de energia primária para cerca de 2,4 bilhões de pessoas em países em desenvolvimento (IEA, 2002). Observa-se assim que a biomassa é uma importante fonte de energia para estes países e que o modo como esse combustível é utilizado pode ser aperfeiçoado, por meio de tecnologias mais eficientes promovendo melhorias sócioambientais, tais como a redução dos níveis de poluição, aumento da qualidade de vida, geração de emprego e renda. NOGUEIRA (2005) caracteriza a sustentabilidade da biomassa a partir da relação entre oferta e demanda. Afinal, a identificação de um sistema não-sustentável é simples e direta, porém a determinação exata da sustentabilidade de um sistema energético é mais complexa. Por exemplo, quando a demanda de lenha supera a oferta, e o consumo / extração a a ser maior do que a capacidade de regeneração da floresta, este sistema não é sustentável. Já a sustentabilidade do uso de recursos naturais é de mais complexa determinação, pois existem outros fatores envolvidos, necessitando uma análise criteriosa de aspectos sociais, econômicos e ambientais. Existem diversas experiências com o uso de biomassa moderna; um exemplo são os biocombustíveis. No Brasil o Programa do Álcool, por meio da obrigatoriedade da utilização do etanol de cana-de-açúcar em todos os veículos leves do País, foi responsável pelo crescimento do setor sucroalcooleiro que promoveu o desenvolvimento tecnológico de processos industriais e da agroindústria e atualmente é responsável por 700 mil empregos diretos e mais 3,5 milhões de empregos indiretos (COELHO, 2005). Consideram-se “biomassas modernas” os biocombustíveis (etanol e biodiesel), madeira de reflorestamento, bagaço de cana-de-açúcar e outras fontes desde que utilizadas de maneira sustentável, utilizadas em processos tecnológicos avançados e eficientes. Segundo KAREKESI; COELHO; LATA, (2004), as chamadas “biomassas tradicionais” são aquelas não sustentáveis, utilizadas de maneira rústica, em geral para suprimento residencial (cocção e aquecimento de ambientes) em comunidades isoladas. Podese destacar a madeira de desflorestamento, resíduos florestais e dejetos de animais. A matriz energética brasileira é bastante diversificada quanto aos combustíveis utilizados. Existe uma grande dependência de combustíveis fósseis, responsáveis principalmente pelo suprimento do setor de transportes. A biomassa responde por 29,4% da energia primária produzida no país, esse número é composto pelo etanol combustível e pela geração de energia a partir de bagaço de cana-deaçúcar, dendro combustíveis e biogás.

1291

Outras Renováveis 4,1% Produtos da Canade-açúcar 15,7%

Petróleo e Derivados 38,6%

Lenha e Carvão Vegetal 9,7%

Energia Hidráulica e Eletricidade Urânio (U3O8) e 14,7% Derivados 1,4%

Gás Natural 10,1% Carvão Mineral e Derivados 5,6%

Nota: * Inclui lenha, carvão vegetal e outras renováveis.

Fonte: MME (2012)

Figura 1 - Oferta de Energia Primária no Brasil- 2011.

O Brasil, por ostentar uma elevada taxa de incidência de energia solar, condições edafoclimáticas significativamente favoráveis e uma disponibilidade relativamente elevada de grandes áreas apropriadas para a agricultura e, ou, silvicultura, apresenta todas as condições necessárias ao processo natural de bioconversão para produção de biomassa, quer seja para fins energéticos ou para produção de alimentos. Levando-se em conta a grande extensão do território nacional e a aptidão brasileira para a silvicultura, aliada à possibilidade de utilização de resíduos florestais e agrícolas, o Brasil tem as condições ideais para a utilização da biomassa como fonte energética. Neste contexto, a utilização de resíduos de origem florestal e agrícola forma uma categoria interessante devido a sua potencialidade energética. A serragem de madeira e as cascas dos grãos de café no Brasil, constituem resíduos de baixo custo renováveis e as vezes mal aproveitados, ambientalmente corretos e potencialmente capazes de gerar calor, vapor e energia elétrica, podendo dessa forma contribuírem como combustível alternativo na geração de energia. Entre os diversos fatores que influenciam na preservação da qualidade dos produtos agrícolas, o teor de água do produto é um dos principais elementos a serem considerados. A secagem consiste na retirada parcial da água dos produtos até que atinjam um teor de água adequado, permitindo o armazenamento sem que sofram perdas significativas tanto quantitativas quanto qualitativas. Segundo SUAREZ & LUENGO (2003), estudos sobre a combustão de briquetes de casca de grãos de café encontrou teores de material volátil, cinzas e carbono fixos iguais a 78,5%, 2,4% e 19,1%, respectivamente, poder calorífico inferior de 18,39MJ (4.393 kcal.kg1 ), teor de água de 10% e densidade a granel de 196 kg.m-3. KIHEL (1985) apresenta que 45 a 55% do grão maduro do café é resíduo, ou seja, uma tonelada de grão de café produz em média, 50% de grãos limpos e 50% de casca e polpa. GIOMO (2006) afirma que, para café em coco, com 10 a 12% de teor de água, 50% é grão (endosperma) e 50% é casca mais pergaminho constituído por endocarpo e exocarpo. Pode-se afirmar então que o processamento de 2 (duas) toneladas de café em coco origina uma tonelada de café em grão comercial, o que gera uma tonelada de resíduos.

1292

MATERIAS E MÉTODOS SUAREZ & LUENGO (2003), estudando a combustão de briquetes de casca de grãos de café, encontrou teores de material volátil, cinzas e carbono fixo iguais a 78,5%, 2,4% e 19,1%, respectivamente; poder calorífico inferior de 18,39MJ (4,393 kcal.kg-1), teor de água de 10% e densidade granel de 196 kg.m-3. Segundo KIHEL (1985) de 45 a 55% do grão maduro do café é resíduo, ou seja, uma tonelada de grão de café produz, em média, 50% de grão limpo e 50% de casca e polpa. GIOMO (2006) afirma que, para café coco, com 10 a 12% de teor de água, 50% é grão (endosperma) e 50% é casca mais pergaminho constituído por exocarpo e endocarpo. O mesmo afirma que os resíduos de café são usados tanto para adubação de cobertura dos cafezais como para queima em fornalhas e até para serem usados como briquetes energéticos. De acordo com dados referentes à safra 2011, a Fazenda Coqueiral produziu o volume de produto e resíduo mostrado na Tabela 1 abaixo. Tabela 1 - Volume de produto secado - 2011. Safra 2011 Volume Total (kg) Observação Secagem Mecânica 6.240.000 Volume médio de 500 litros de café in natura por saca de 60 kg de café beneficiado. Casca/Palha 3.655.150 Fonte: Fazenda Coqueiral.

Para a realização do beneficiamento da produção, a Fazenda Ipanema recorre à utilização de um montante no total de 34 secadores caracterizados em verticais e horizontais. As especificações são apresentadas na Tabela 2, na sequência. Tabela 2 - Relação de secadores e caracterização. Volume (litros de Quantidade Fabricante Modelo café.secador-1) de secadores D’Andréa Vertical 22.000 20 Pinhalense Horizontal 15.000 14

Observação Secadores antigos Pré-secadores/secadores novos

Fonte: Dados da Fazenda Coqueiral.

Para o beneficiamento do café produzido, o empreendimento em questão, recorre de floresta energética de Eucalipto própria para o abastecimento de matéria-prima utilizada pelos secadores. A Tabela 3 apresenta o montante de matéria-prima utilizado neste processo. Tabela 3 - Montante de matéria-prima utilizado para a safra – 2011. Madeira Volume Total (m3) Observação Lenha de Eucalipto 6.259 Safra 2011 – madeira de produção própria Fonte: Dados da Fazenda Coqueiral

Levando-se em conta o total produzido no período em questão e no montante utilizado de matéria-prima fornecida ao maquinário, pode-se estimar o total energético utilizado na secagem dos grãos para a produção. Segundo TEIXEIRA DO VALE (2007), a Tabela 4 explicita o total produzido em energia pela maravalha de eucalipto e casca de café bem como suas densidades à granel da Tabela 5.

1293

Tabela 4 - Quantidade de calor por unidade volumétrica para matérias-primas. Quantidade de calor Matéria-prima Resíduo seco a 0% de teor de água Resíduo úmido -3 Maravalha de Eucalipto 470.463 kcal.m 427.678 kcal.m-3 1.969 MJ.m-3 1.790 MJ.m-3 -3 Casca/Palha de café 567.965 kcal.m 507.528 kcal.m-3 2.377 MJ.m-3 2.124 MJ.m-3 Fonte: TEIXEIRA DO VALE (2007).

Tabela 5 - Densidade do granel e teor de água dos resíduos de madeira e café. Matéria-prima Densidade do granel (kg.m-3) Amostra úmida Amostra seca (0%) Maravalha de Eucalipto 115,06 95,39 Casca/palha de café 166,95 144,41 Fonte: TEIXEIRA DO VALE (2007).

A partir destes dados, conseguimos facilmente calcular o total energética demandado no processo de secagem, através do cálculo a seguir. p*kk **q%é ok = m ks * k éqok − Rqok × ksmq %*qkm p*kk **q%é ok = 6.259³ × 427.678ks. < = 2.676.836.602 ks

Seguindo a mesma linha de raciocínio podemos calcular o montante do resíduo casca/palha de café através da demanda encontrada. Para este cálculo, utilizaremos ainda a Tabela 4. Resíduo demandado =

Demanda energéticakcal energia geradakcal. m<

Resíduo demandado =

2.676.836.602 kcal = 5.274,26 m³ 507.528 kcal. m<

ANÁLISE ECONÔMICA PARA ÁREAS DE REFLORESTAMENTO Para esta análise foi utilizada a Tabela 6 a seguir, onde os seguintes aspectos foram levados em consideração: a lenha de eucalipto (Eucalyptussp.) com 15% de teor de água foi considerada como fonte de energia para secagem, com preço médio de US$ 10,00 a US$ 15,00 por m³ de combustível. Para determinação da quantidade da lenha de eucalipto necessária para a unidade considerou-se que: o poder calorífico superior de 13.813,80 kJ.kg-1, poder calorífico inferior de 12.207.38 kJ.kg-1 e massa específica de 390 kg.m-³ (BRASIL, 1997). A eficiência térmica global do equipamento de secagem foi considerada em 40% (ROSSI & ROA, 1980). A estimativa do custo de produção de eucalipto levou em consideração os custos de implantação, manutenção e exploração ao longo do período estudado. Na composição destes custos, foram considerados os custos referentes à mão-de-obra, materiais, insumos e equipamentos. Para a determinação dos custos das diversas fases e respectivas operações florestais, adotou-se o período de planejamento de 21 anos, com ciclos de cortes a cada sete anos. Para a produtividade média anual, foi considerado o valor de 40 m³.ha-1 ano-1, no primeiro corte. Para o segundo e terceiro cortes, foram adotados os valores de 34 e 28 m³.ha-1 ano-1, respectivamente (AFONSO JÚNIOR & OLIVEIRA FILHO, 1998). Outro componente do custo considerado foi o de oportunidade de utilização da terra, determinado como sendo os juros sobre o valor de venda da terra, própria para lavoura considerando-se a taxa de 10% ao ano. Foram considerados preços médios de um hectare de 1294

terra, variando entre US$ 500,00 e US$ 2.000,00 (IBGE, 1997). O custo de oportunidade foi adotado como sendo de 10% ao ano. Com relação aos gastos com a istração do empreendimento (contabilidade, folha de pagamento, etc) e com o local de reflorestamento (transporte de pessoal, encarregados, etc.) foi considerado um percentual de 10% sobre o custo do investimento na determinação do custo istrativo do reflorestamento. Para realizar a análise da viabilidade econômica do reflorestamento, foram empregados métodos que consideram a variação do capital investido em função de sua distribuição ao longo do período do investimento. Foram utilizados os critérios de avaliação do valor presente líquido (VPL), taxa interna de retorno (TIR) e tempo de retorno do capital investido (TRC). Com as premissas e considerações acima, AFONSO JÚNIOR & OLIVEIRA FILHO (2006) elaboraram a tabela a seguir. Tabela 6 - Resultado da análise econômica. Preço da terra Preço comercial da lenha (US$.ha-1) de reflorestamento (US$.m3 ) 500,00 10,00 12,50 15,00 1.000,00 10,00 12,50 15,00 1.500,00 10,00 12,50 15,00 2.000,00 10,00 12,50 15,00

VPL (US$) 562,39 1.114,50 1.726,66 86,71 668,82 1.251,03 -388,96 193,40 775,25 -864,64 -282,54 299,57

TIR (%)

TRC (anos) Custo Médio da Lenha (US$.m-3)

17,68 7,5 23,70 7,4 28.60 7,3 11,15 7,7 17,68 7,5 22,85 7,4 4,89 7,8 12,16 7,6 17,68 7,5 Não retornável -1,40 6,80 7,8 12,89 7,6

5,51

7,12

8,74

10,36

*Taxa de câmbio (R$1,68.US$-1) **VPL com valores negativos indica inviabilidade econômica ***TIR com valores abaixo da taxa de juros considerada (10% neste estudo) ou com valores negativos indica inviabilidade Fonte: AFONSO JÚNIOR & OLIVEIRA FILHO (2006)

Levando-se em consideração a demanda de eucalipto contabilizada para a safra de 2011 e com base na tabela anterior, é possível estimar os custos para a produção do montante de matéria-prima estimando o preço da terra em US$ 1.000,00 o hectare. Com isto, temos o seguinte valor de produção da floresta energética: Xt& m m ks k Rqmtçãm * s*ℎk = Xt& m éom k s*ℎk × Rqmtçãm m ks Xt& m m ks k Rqmtçãm * s*ℎk = ¡°$ 7,12 × 6.259 ³ = ¡°$ 44.564,08

VIABILIDADE DA UTILIZAÇÃO DO RESÍDUO PRODUZIDO Como alternativa a mitigação a utilização de grandes quantidades de matéria-prima oriunda de florestas energéticas, torna-se coerente à avaliação econômica pela reintrodução do resíduo produzido pela Fazenda Coqueiral. Para tal análise é necessária a utilização dos valores de resíduos produzidos pela safra de 2011.

1295

Tabela 7 - Montante produzido/utilizado para a safra 2011. Safra 2011 Volume Total (m³) Lenha de Eucalipto 6.259,00 Casca/Palha 25.310,92 Fonte: Dados da Fazenda Coqueiral

Conforme mostrado na tabela anterior, a produção de casca/palha foi de 25.310,92 m³, sendo a demanda energética em resíduo igual a 5.274,26 m³, logo com a utilização desta, a demanda energética é suprimida e ainda possui margem com 20.036,66 m³ para outras utilizações com o resíduo da produção cafeeira. ALTERNATIVAS ECONÔMICAS PARA A ATUAL CONDIÇÃO Entre os diversos fatores que podem afetar a qualidade do café, a nutrição mineral do cafeeiro é um importante fator, principalmente quando há acentuada deficiência ou excesso de algum nutriente (AMORIM, 1978). Em trabalhos que relacionam fontes e níveis de nutrientes com a qualidade do café são ainda incipientes (PASIN, 2000) embora, diversos autores relatem que a composição química dos grãos e a qualidade da bebida podem ser influenciadas pelas adubações (SILVA et al., 2002). A casca de café tem alta relação carbono/nitrogênio e capacidade de devolver à lavoura, nutrientes extraídos pela produção, principalmente potássio. Segundo RIBEIRO MALTA et al. (2007), o fornecimento de casca de café apresenta efeito significativo na produtividade somente quando foi realizado na ausência de adubação verde, ou seja, verifica-se que a produtividade média é maior naqueles tratamentos em que são submetidos à aplicação de casca de café, na ausência de adubação verde, independente do adubo utilizado (Figura 3). Como forma de melhoria na produção e maximização de lucros, a reintrodução de parte do resíduo produzido torna-se uma prática viável. Para isto, a Fazenda Coqueiral poderá utilizar o montante restante de 20.036,66 m³ na adubação de sua produção. Esta reintrodução acarretará na supressão do custo de produção de lenha no valor de US$ 44.564,08.

Fonte: RIBEIRO MALTA (2007)

Figura 3 - Produtividade média de lavouras cafeeiras no primeiro ano de conversão, em função da aplicação da adubação verde associada à casca de café. Levando-se em consideração a Tabela 6, pode-se estimar o valor ganho pela produção, no caso de uma possível venda do volume produzido pela floresta energética.

tqm * Q*k = Rq*çm m*qoks k s*ℎk ¡°$. < × Qmst* * Rqmtçãm

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tqm * Q*k = ¡°$12,50 × 6.259 = ¡°$ 78.237,50

CONCLUSÃO

O presente trabalho teve como objetivo caracterizar as fornalhas utilizadas pela fazenda Coqueiral do grupo Ipanema Coffees. Para tal foi realizado uma análise sobre os materiais utilizados em sua produção de energia e sua correlação com os resíduos provenientes da produção. Através da análise energética, os resíduos de café apresentam características que os colocam em condições de uso para a produção de energia térmica. Mesmo não tendo um poder calorífico maior que do eucalipto, esta possui uma densidade do granel maior (comparado a maravalha), o que implica numa maior produção energética por unidade volumétrica acarretando assim numa otimização da queima nos secadores. A utilização destes resíduos pela briquetagem mostrou-se uma possibilidade por apresentar vantagens como redução no custo de operação, facilidade de armazenamento e transporte, melhoria na eficiência de queima e redução do risco de explosão. Vale ressaltar que, havendo necessidade em realizar beneficiamento destes, como secagem ou moenda, os custos aumentam consideravelmente o que pode inviabilizar tal processo. Observou-se que o resíduo produzido atende a demanda energética de secagem, restando ainda um montante sobressalente de 71,41% do volume total. Entende-se que com este percentual, a incorporação ao solo, preferencialmente nas áreas onde se cultivam mudas, torna-se viável como grande fonte de potássio (K). A análise da produção lenhosa referente à floresta energética obteve como custos o valor de US$ 44.564,08. Com a substituição da fonte energética das fornalhas, a supressão desta produção foi vista como opção acarretando o incremento citado. Como parte desta análise, propôs-se uma alternativa para a produção da floresta energética pertencente à Fazenda Coqueiral do grupo Ipanema Coffees. Este estudo se caracterizou na venda do montante produzido. Estimou-se que com esta ocorreria um lucro de aproximadamente US$78.237,50. O estudo realizado obteve o valor de US$ 44.564,08, referente ao custo de produção da floresta energética. A supressão desta produção revelou-se como uma possível alternativa mediante a substituição da matéria-prima das fornalhas. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AGUIAR, A.L. Armazenagem sob condições de incerteza: o caso do arroz no Brasil. 1992. 134 p. Dissertação (Mestrado em Economia Aplicada) – Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz”, Universidade de São Paulo, Piracicaba, 1992. AFONSO JÚNIOR, P.C.; OLIVEIRA FILHO, D. Estudo da viabilidade econômica de produção de lenha de eucalipto (Eucalyptus sp.) em área de lavoura para secagem de produtos agrícolas. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA AGRÍCOLA, 27., 1998, Poços de Caldas. Anais...Lavras: Sociedade Brasileira de Engenharia Agrícola, 1998. p.354-6. AFONSO JÚNIOR, P. C.; OLIVEIRA FILHO, D.; COSTA, D. R. Viabilidade econômica de produção de lenha de eucalipto para secagem de produtos agrícolas. Engenharia Agrícola, Jaboticabal, v. 26, n. 1, p. 28-35, 2006. AMORIM, H.V. Aspectos bioquímicos e histoquímicos do grão de café verde relacionados com a deterioração da qualidade. 1978. 85p. Tese (Livre Docência em Bioquímica) – Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, Piracicaba, SP. ANDRADE, EDNILTON TAVARES; FILHO, DELLY OLIVEIRA; VIEIRA, GILMAR. Potencial de conservação de energia no pré-processamento do café. Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, v.2, n.2, p.71-82, 2000. 1297

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

ANÁLISE DE RISCOS DE ACIDENTES EM PORTOS BRASILEIROS ROGÉRIO CASSIBI DE SOUZA 1, OSVALDO LUIZ GONÇALVES QUELHAS 2, JÉSSICA ZIMMERMANN ESPÍNDOLA 3 1

Mestrando em Engenharia Civil, Universidade Federal Fluminense, (21) 8863-7432, [email protected] Doutor em Engenharia de Produção (COPPE/UFRJ), Universidade Federal Fluminense, (21) 2717-6390, [email protected] 3 Mestranda em Engenharia Civil, Universidade Federal Fluminense, (21) 9338-6800, [email protected] 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: A análise de riscos e as técnicas mais utilizadas são empregadas em diversos ambientes e culturas com diferentes graus de maturidade com a proposta de evitar ou mitigar os riscos relacionados à segurança e à saúde dos seres humanos. O objetivo deste artigo é estruturar diretrizes para análise de riscos. A ênfase é quanto ao aspecto comportamental dos trabalhadores dos portos brasileiros. Trata-se de pesquisa aplicada, consistindo em revisão da literatura e pesquisa em campo. Comparam-se os aspectos teóricos oriundos da bibliografia pesquisada e as práticas nos portos brasileiros. Os resultados da pesquisa indicam a importância dos aspectos culturais regionais. Os resultados apontam o uso da Análise de Árvore das Falhas (AAF), combinada com eventos mais frequentes, adequadamente identificados, produzem resultados. PALAVRAS–CHAVE: Cultura de Segurança; Análise de Risco; Trabalho em Portos. RISK ANALYSIS OF ACCIDENTS IN BRAZILIAN PORTS ABSTRACT: Risk analysis and the most used techniques are employed in diverse environments and cultures with different degrees of maturity with the proposal to avoid or mitigate the risks related to the safety and health of human beings. The aim of this paper is to structure guidelines for risk analysis. The emphasis is on the behavioral aspect of workers of Brazilian ports. This is applied research, consisting of literature review and field research. Compare the theoretical aspects arising from the literature surveyed and practices in Brazilian ports. The survey results indicate the importance of regional cultural aspects. The results indicate the use of the Fault Tree Analysis (FTA), combined with more frequent events, properly identified, produce results. KEYWORDS: Safety Culture, Risk Analysis, Work Ports.

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INTRODUÇÃO Todas as atividades de uma organização envolvem risco. Organizações devem gerenciar riscos, identificando-os, analisando-os e depois avaliando se o risco deve ser modificado por algum tratamento, a fim de satisfazer os seus critérios de risco (Norma Isso 31.000/2009). As empresas que lidam com alto risco, como as do setor tecnológico, costumam estar mais suscetíveis a se deparar com dificuldades na obtenção de sucesso, devido a permanente possibilidade de ocorrência de um acidente maior (Theobald e Lima, 2007). Durante todo este processo, os agentes se comunicam e consultam as partes interessadas para acompanhar e analisar o risco e definir as medidas de controle e monitoramento mitigadoras deste(s) risco(s) identificado(s), de modo a assegurar que nenhum tratamento adicional seja necessário (ISO 31.000/2009, disponível em www.iso.org/iso/home/standards/iso31000.htm). No entanto, muitas vezes o fator humano, crítico em muitos sistemas que dependam de atenção constante, como no monitoramento de tráfego aéreo, (Motter, Cruz e Gontijo, 2011), não tem um tratamento adequado, sendo por vezes uma dimensão esquecida na análise do trabalho como um todo (Chanlat, 1996). Neste sentido, buscar quantificar os riscos em torno do comportamento humano para um determinado grupo funcional, com vistas a resguardar sua integridade na saúde e sua segurança, tem sido alvo de diversos estudos (Oliveira, 2011). Muito embora prever as probabilidades do comportamento humano e todos seus possíveis desvios não seja algo que se possa realizar com precisão (Barbarini, 2012), ainda assim métodos qualitativos podem ser uma das saídas para lidar com as incertezas, e por muitas vezes uma análise ainda que probabilística de risco é o método mais adequado. Cabe um entendimento da situação problema aliado ao conhecimento das funcionalidades e restrições de cada técnica de análise de risco para que a seleção seja a melhor possível, resultando na efetividade dos resultados. Neste sentido, a cultura da organização, em especial no que tange à sua cultura de segurança pode exercer influências significativas para os resultados efetivos verificados, se for adequadamente conhecida e estudada. Assim, o objetivo deste artigo é propor diretrizes para análise dos riscos relativos a causas humanas , no caso dos trabalhadores em portos brasileiros. A questão da pesquisa é: quais as diretrizes e fatores para análise de riscos relativos a causas humanas, no caso dos trabalhadores dos portos brasileiros? Para atingir o objetivo desejado, realizou-se uma revisão da literatura com os termos cultura de segurança, análise de risco e trabalho em portos. Em seguida, é apresentado o resultado da pesquisa de campo com descrição do modelo, estrutura organizacional e a cultura nos portos. O método de pesquisa utilizado é qualitativo, envolvendo revisão da literatura, pesquisa em campo com analise de conteúdo baseada em observações locais nos Portos do Rio de Janeiro, Niterói, Itaguaí e Angra dos Reis.

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Segundo Merhi et all.(2008, apud Tylor): “O conceito de cultura tem sido objeto de estudo há muitos anos. Já em 1877 Tylor (1958, p.1, tradução nossa) aproximava o conceito do entendimento atual, ao definir cultura como “[...] um conjunto complexo que inclui 1301

conhecimentos, crenças, arte, moral, leis, costumes e qualquer outra capacidade e hábitos adquiridos pelo homem como um membro de uma sociedade”. Esse conceito demarca o desenvolvimento de um campo de estudos que, inicialmente, focava determinados povos ou sociedades, bem como os compartilhamentos culturais de seus membros, para, mais tarde, chegar até as organizações”. No campo organizacional, vários são os conceitos associados. Tal fato se justificaria, segundo Chanlat (2000), porque as organizações tornaram-se fonte de riquezas e cultura. Ainda, os conceitos de cultura organizacional surgem nos anos 80, com abordagens conceituando-a desde uma metáfora, com origens na antropologia, até a escola funcionalista (SMIRCICH, 1983). Para o campo da engenharia de segurança do trabalho, o termo cultura de segurança pode ser entendido como uma adaptação do conceito de cultura e de cultura organizacional, apenas de forma específica e com um significado apropriado para a questão da segurança do trabalho. Segundo Filho et all. (2011), a origem do termo cultura de segurança remete ao relatório técnico sobre um acidente ocorrido na usina nuclear de Chernobyl, na Ucrânia, na década de 1980, e fazia referência, em síntese, às características e atitudes prioritárias de consideração das organizações e dos indivíduos, que fossem garantidoras da manutenção da segurança. Ainda segundo Filho, as atitudes e percepções são como as pessoas sentem a organização e estão relacionadas com o indivíduo e os comportamentos e ações são o que as pessoas fazem, relacionadas ao trabalho. Nesta linha, este trabalho traz uma percepção dos riscos comportamentais, que nada mais é do que a busca pelo entendimento do que as pessoas fazem no trabalho. Os portos organizados têm na Lei 8.630/1993 o seu marco regulatório principal, complementado em 2008 pelo decreto presidencial 6.620. O conceito legal de porto organizado, definido na Lei 8.630/1993, conhecida como Lei de Modernização dos Portos, é: “o construído e aparelhado para atender às necessidades da navegação, da movimentação de ageiros ou da movimentação e armazenagem de mercadorias, concedido ou explorado pela União, cujo tráfego e operações portuárias estejam sob a jurisdição de uma autoridade portuária”. Pouco se discute o conceito de porto além da definição apresentada, muito pelo cunho forçado e caráter da lei, de cumprimento obrigatório. Não cabe portanto, ir além e tampouco é proposta deste trabalho discutir ou questionar este conceito, de forma que a singular definição se faz suficiente para o atendimento dos objetivos aqui tratados. Os principais portos estão localizados nas seguintes cidades: Rio de Janeiro, Itaguaí, Vitória e Santos, dentre diversos outros componentes do setor portuário nacional. A movimentação de carga do comércio exterior em todo o país é feita em sua maioria (mais de 90%) pelos portos, dada sua geografia e facilidade de escoamento de cargas a baixo custo em longas distâncias. O sistema portuário, no entanto, desde o fim da Portobras (estatal que cuidava de forma centralizada de todo o sistema nacional, a exemplo do que é a Petrobras para o segmento de petróleo e gás) tem um modelo pouco organizado e bastante criticado, sendo, inclusive, mal ranqueado internacionalmente. Tal fato é ratificado por um estudo do Instituto de Pesquisas Econômicas e Aplicadas (IPEA) intitulado “Portos Brasileiros: Diagnóstico, Políticas e Perspectivas” de 17 de maio de 2010, conforme segue: Com a extinção da Portobras em 1990, o sistema portuário brasileiro ou por grave crise, forçando a edição de diploma legal conhecido como Lei de Modernização dos Portos em 1993. Com a Lei no 8.630/1993 houve a redefinição 1302

dos papéis da autoridade portuária, do operador portuário e do próprio Estado na gestão e regulação do sistema. Decretos e resoluções posteriores também aperfeiçoaram o marco institucional e o equilíbrio econômico-financeiro dos contratos, na busca por eficiência e competitividade. Pelos fatos e constatações das últimas décadas, nos últimos anos o governo entendeu a importância de se ampliar os investimentos em infraestrutura e na gestão destes portos. Tal fato se justifica pelo aumento da movimentação de cargas do sistema e pela perspectiva de aumento exponencial no longo prazo. De acordo com o anuário estatístico de 2010 publicado pela agência reguladora do setor, a Antaq (Agência Nacional de Transportes Aquaviários): A movimentação total de cargas nas instalações portuárias brasileiras ao longo do ano de 2010 foi a maior da história do país: 833.882.796 t, aumento relativo de 13,7% e absoluto de 100.951.655 t em relação ao ano de 2009 e superior cerca de 8,5% em relação ao recorde anterior que foi registrado em 2008. Reportagens recentes de jornais e revistas, trazem uma expectativa de aumento de mais de 100% em relação à movimentação de 2010 para o ano de 2030, com mais de 2,2 bilhões de toneladas esperadas para movimentação nos portos (exemplo: reportagem do estadão de 21 de novembro de 2012, disponível em: http://economia.estadao.com.br/noticias/economia+geral,pacote-de-portos-devera-focar-emmelhoria-de-gestao,135273,0.htm), o que leva a uma necessidade adicional urgente de investimentos. A questão da segurança do trabalho nos portos organizados encontra dispositivo legal nas Normas Regulamentadoras do Ministério do Trabalho e Emprego (MTE). Em especial, a NR-29 trata da segurança e saúde no trabalho portuário. Contudo, na prática, ainda não se verificam instrumentos de garantia do cumprimento da norma (vinculada à lei 6.514) e diversas falhas são verificadas. Segundo a Norma Cetesb P4.261(2003), risco é a medida de danos à vida humana, resultante da combinação entre a frequência de ocorrência e a magnitude das perdas ou danos (consequências). Já a ISO 31.000 (2009) define risco como a incerteza sobre os objetivos, sendo efeito um desvio do esperado (positivo e/ou negativo), podendo ter aspectos diferentes e ser aplicado a diferentes níveis, frequentemente expresso em termos de combinação das consequências de um evento e a probabilidade associada a esta ocorrência. Define a mesma Iso, ainda, que incerteza é o Estado, mesmo que parcial, da carência de informações relacionadas à compreensão ou ao conhecimento de um caso, sua consequência ou de mera semelhança. De acordo com a Norma Petrobras N-2784: Risco é a medida de perdas conômicas, danos ambientais ou lesões humanas em termos de probabilidade de ocorrência de um acidente (frequência) e magnitude das perdas, dano ao ambiente e/ou lesões (consequências). A OHSAS 18.001 (2007) aponta risco como a combinação de frequência de ocorrência dos eventos perigoso ou exposições e a severidade do ferimento ou doença que pode ser causada pelo evento ou exposição. A identificação, avaliação, análise, controle e ações mitigadoras dos riscos associados a um determinado grupo de trabalhadores pode contribuir de forma proativa para evitar eventos indesejáveis e manter o controle e a segurança, sem contar nos benefícios para a manutenção da saúde dos trabalhadores envolvidos. Além disso, a consideração da dimensão humana na confiabilidade do funcionamento do sistema como um todo nem sempre costuma ser item de análise, muito embora seja item de criticidade para várias situações e grupos funcionais.

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Desta maneira, a redução dos efeitos relacionados à falhas e ao comportamento humano torna-se necessária para as organizações, principalmente aquelas que ainda não têm uma cultura de segurança e carecem de treinamentos e orientações mais específicas. Neste sentido, cabe destacar o gerenciamento dos risco. Este, pode ser entendido como o processo de controle de riscos compreendendo a formulação e a implantação de medidas e procedimentos técnicos e istrativos que têm por objetivo prevenir, reduzir e controlar os riscos, bem como manter uma instalação operando dentro de padrões de segurança considerados toleráveis ao longo de sua vida útil (CETESB, 2003). Como elemento fundamental para um correto gerenciamento de riscos, o processo descrito como análise de risco pode ser entendido como a designação genérica da atividade que consiste na aplicação de uma ou mais técnicas estruturadas, através das quais são identificados os perigos e suas respectivas causas e consequências sobre pessoas, meio ambiente e instalações e geradas recomendações de prevenção e mitigação. (Petrobras N2784, 2005). Por outro lado, a norma CETESB P4.261(2003) define análise de risco como o estudo quantitativo de riscos numa instalação industrial, baseado em técnicas de identificação de perigos,estimativa de freqüências e conseqüências, análise de vulnerabilidade e na estimativa do risco.

MATERIAL E MÉTODOS Em função do escopo desta pesquisa, seguem três técnicas qualitativas de análise de risco: APR, FMEA e HazOp, além da AAF. APP ou APR: A Análise Preliminar de Perigos ou Análise Preliminar de Riscos (em função do termo em inglês Hazard, de Preliminary Hazard Assessment), segundo Santana (2012) é uma técnica qualitativa e preliminar de análise de riscos. Serve para identificar os perigos potenciais decorrentes da instalação de novas unidades e/ou sistemas existentes que utilizam materiais perigosos (Santana, 2012). Como faz apenas uma “triagem” e não trabalha com a severidade e quantificação do problema, esta técnica não deve ser utilizada para a finalidade proposta neste artigo. HazOp: HazOp (do inglês, Hazard And Operability Studies) identifica como o sistema pode sofrer desvios em relação aos objetivos do projeto. Também identifica problemas de segurança ou problemas operacionais que possam comprometer seu desempnho. Bastante adequada para unidades já em operação (Santana, 2012). Pouca aplicabilidade verificada para o comportamento humano, razão pela qual não é considerada como adequada para a finalidade proposta. Análise de Modos de Falhas e Efeitos (FMEA): A Análise de Modos de Falhas e Efeitos (FMEA, ou, em inglês, Failure Mode and Effects Analysis) é uma técnica indutiva, onde se investigam os efeitos da falha de cada componente do sistema (Santana, 2012). Apenas por esta frase, considerando a complexidade do comportamento humano, pode-se entender que esta técnica não deve ser utilizada para a finalidade deste artigo, por ampliar demais a análise, implicando em perdas de tempo e capital. Análise de Árvore de Falhas (AAF): A Análise de Árvore de Falhas (AAF ou, em inglês: Fault Tree Analisys, FTA), consiste em um método dedutivo, baseado na construção de um diagrama lógico (Árvore de Falhas) 1304

que, partindo de um evento indesejado pré-definido, busca as possíveis causas de tal evento. Investiga as sucessivas combinações de falhas até atingir as falhas básicas. O evento indesejado é chamado de evento topo da árvore (Aiche, 1994). Além destas, cabe destacar que há outras alternativas, como as listas de verificação, as análise do tipo What If, vulnerabilidade entre outras, mas que, após a adequação da AAF se mostraram menos completas, como no caso de simples listas de verificação (check-lists). A técnica de Análise de Árvore de Falhas, por tratar de problemas de maior complexidade e se ocupar da determinação da severidade do evento estudado, é a melhor alternativa. Dentre as razões para tal, a adequabilidade na combinação proposta com os fatores culturais constitui na essência analítica. Uma vez que o conjunto de fatores culturais seja desmembrado até um conjunto de eventos indesejáveis, o produto gerado é nada mais do que os eventos mais freqüentes de ocorrência e os que devem ser medidos quantitativamente do ponto de vista do risco e sua severidade. Sendo o risco definido por (1): => R = F x C (Santana, 2012) (1) Onde: R = Risco (probabilístico, medido em percentual) F = Frequência (número de ocorrências de um evento indesejado em um período de tempo que normalmente é de um ano) C = Consequências (severidade por evento)

Verifica-se, a partir da equação (1), que a AAF, que trabalha com a severidade ou conseqüência de um evento chamado de evento topo (a conseqüência indesejável) necessita, para otimização, da determinação dos eventos de maior freqüência. Conforme visto no item 2 deste artigo, a cultura se associa aos conhecimentos, crenças, arte, moral, leis, costumes e qualquer outra capacidade e hábitos adquiridos pelo homem. Desta forma, na identificação de um fator cultural e os eventos indesejados associados, é possível afirmar que este fator cultural representa um costume daquele trabalhador e grupo de trabalhadores. Como um costume é algo que se realiza com freqüência elevada, conclui-se que a consideração de fatores culturais implica em complementar o que falta para realizar uma análise ótima com a técnica AAF. O sistema portuário, que no ado apresentava parte ociosa,isto é, baixa relação entre volume transportado e capacidade de movimentação, viu a situação se reverter com o crescimento do país na última década, o que reforçou a priorização de rotinas de controle ininterruptos e vem trazendo novas questões relativas à dimensão humana no trabalho. Como exemplo dessa recente reversão, foi gerada a necessidade de modernização e controle do tráfego 24 horas por dia ao longo dos 7 dias na semana, com um sistema de trabalho em escala e a realização de trabalhos noturnos ininterruptos. Desta forma, considerando ainda a recente implantação desta rotina de forma mais organizada em diversos portos pelo país, surge a necessidade de compreensão da dimensão comumente esquecida, a dimensão humana. Com os olhos muitas vezes voltados exclusivamente para os sistemas computacionais e de controle instrumentais, o componente humano do trabalho e seus riscos são muitas vezes alvos de negligência, imprudência ou imperícia. A análise de risco com foco em comportamento, então, é uma ferramenta potencialmente efetiva para a solução destes problemas, considerando as ressalvas e observações pertinentes à complexidade do ser humano, e utilizando a modelagem mais adequada à finalidade desejada. No tocante à cultura portuária brasileira, a ausência durante longo período de investimentos fez com que ações preventivas e de aumento de produtividade, tais como treinamentos de formação e contínuos fossem abaixo de um padrão seguro. Dentre outras 1305

implicações, baixos salários, insatisfações profissionais, não reconhecimento e cultura de culpabilização do funcionário culminaram por ampliar os fatores humanos de risco. Segundo Dejours (2003), em seu livro “O Fator Humano” : “Fator humano é a expressão utilizada por engenheiros, engenheiros de segurança, projetistas, e outros especialistas, para designar o comportamento de homens e mulheres no trabalho. O fator humano é frequentemente invocado nas análises de catástrofes (Chernobil, Bopal,...), acidentes com trens, petroleiros ou aviões, acidentes de trabalho, etc., bem como em processos em curso na justiça ou nas comissões de sindicância. Em geral, a noção de fator humano está associada a ideia de erro, falha, falta cometida pelos operadores. Mas esta concepção pejorativa do homem apoia-se tanto em uma confiança absoluta na ciência e na técnica quanto em certo desconhecimento das ciências do trabalho”. Couto (1995) apresenta a ideia do hexágono de falhas, para simplificar e resumir o conjunto das possíveis e prováveis problemáticas envolvidas, conforme figura a seguir:

Figura1: Causas de falhas humanas em acidentes – Hexágono de falhas Fonte: Couto, 1995 Desta forma, verifica-se que a falta de informação, de capacidade, motivação incorreta, falta de aptidão física ou mental, deslizes e condições ergonômicas inadequadas são as causas de acidentes relacionadas às falhas humanas listadas por Couto. Os fatores culturais podem ser entendidos como o conjunto específico de fatores humanos que marca uma determinada cultura e podem, se não forem tratados, ocasionar consequências indesejáveis e aumento de risco. Para este trabalho é feita uma simplificação a partir do hexágono de Couto, desmembrando cada uma das seis causas em eventos que possam ser tratados pela análise de árvore de falhas, técnica adequada para a aplicação desejada, conforme detalhado na sequência. Assim, o quadro 1 apresenta um conjunto de possibilidades, realizado a partir de observações e percepções sobre as rotinas identificadas em portos organizados. Vale ressaltar que não é proposta deste trabalho realizar uma diferenciação por função, o que não quer dizer que esta não deva ser feita. Muito pelo contrário, esta serve para identificar com alto grau de confiabilidade os eventos associados e canalizar os esforços para as questões centrais e prioritárias de acordo com as características peculiares de cada grupo funcional. Como exemplo das diversas funções existentes nos protos organizados, destacam-se: funções istrativas em edifícios sede, controladores de tráfego marítimo, capatazia, 1306

estiva e trabalhadores da manutenção portuária, expostos aos riscos de movimentação de cargas e equipamentos nos terminais e retroáreas portuárias. Cada uma tem pontos mais ou menos críticos e especificidades que, no momento da aplicação, têm de ser conhecidas e analisadas. Seguem alguns exemplos (quadro 1) de possibilidades de eventos indesejáveis associados a causas de falhas humanas combinadas com fatores culturais portuários: Quadro 1: Exemplos de eventos indesejáveis a partir de fatores culturais portuários Fonte: elaboração própria, a partir de Couto (1995) e a associação Vias Seguras (2012) Fator cultural portuário Baixa capacidade

Causas de falhas humanas envolvidas Falta de capacidade Falta de informação Condições ergonômicas inadequadas

Quadro de funcionários envelhecidos

Falta de aptidão física ou mental (cansaço, deficiências auditivas, visuais e motoras) Motivação incorreta Deslizes

Falta de incentivo à produtividade

Motivação incorreta

Fator cultural portuário

Causas de falhas humanas envolvidas

Eventos indesejáveis associados Falhas de manutenção em equipamentos Falhas na elaboração de projetos básicos Falhas na fiscalização (Imperícias) Treinamentos ineficazes Falhas de manutenção Falhas em projetos básicos Imperícias na fiscalização de obras e contratos Danos financeiros à organização Omissão de ações mitigadoras de danos ambientais Quedas Infartos e AVCs Perdas financeiras, ambientais e do processo produtivo associadas à omissões e negligências Eventos indesejáveis associados

Ausência de punições

Motivação incorreta

Manutenção de perdas financeiras e não correção de desvios em equipamentos ou processos

Influência política

Motivação incorreta Deslizes Falta de capacidade (insegurança) Falta de informação Falta de capacidade

Perdas financeiras, ambientais Ilegalidades nos processos Paralisações nos processos produtivos

Retenção e baixa publicidade de informações Setores independentes, sem comunicação

Perdas nos processos produtivos (ineficiências) Falhas associadas à baixa compatibilidade das consequências dos projetos para diferentes áreas Perdas financeiras

RESULTADOS E DISCUSSÃO AS DIRETRIZES propostas neste trabalho derivam da combinação da técnica tradicional de análise de risco, associadas com os fatores culturais de maior frequência que possam ocasionar consequências indesejáveis e deve considerar ainda as seguintes restrições: 1 – do sistema e subsistema analisado; 2 – de cada função ou ocupação de trabalho estudada; 1307

3 – de custo e tempo; 4 – de dotações disponíveis para implantação de medidas de controle; 5 – de recursos humanos qualificados em análise de risco. A grande vantagem na combinação da AAF com os eventos derivados de “falhas culturais” está na simplificação da modelagem, sem, no entanto, desconsiderar elementos prioritários e de maior frequência de ocorrência e que devem, para uma verificação do grau de severidade e do risco associado, serem alvos de um maior detalhamento. Para tanto, deve-se, aí sim, realizar os desmembramentos e processos da técnica AAF, desde os eventos básicos ao evento topo. As limitações intrínsecas da Análise de Riscos principais para esta modelagem envolvem a completeza, reprodutibilidade, inescrutabilidade, experiência relevante e subjetividade (Santana, 2012). Por completeza entende-se que não se pode ter uma garantia absoluta de que todas as situações tenham sido consideradas. A reprodutibilidade se associa com a sensibilidade dos pressupostos do analista, enquanto que a inescrutibilidade se liga à natureza intrínseca da técnica AAF, o que pode tornar os resultados de difícil compreensão e utilização. A experiência relevante pode comprometer os resultados e a subjetividade, por fim, se deve ao fato de que a analista deve utilizar o seu julgamento, extrapolando a partir de sua experiência para determinar a priorização e importância do problema ou evento percebido (Santana, 2012). Cabe ressaltar que as características culturais presentes e enraizadas ao longo de décadas nos portos organizados do Brasil apontam para questões muitas vezes fácil de considerar, porém de complexo tratamento. Quebra de paradigmas e mudanças culturais talvez sejam as maiores dificuldades em geral, enquanto que a visão pontual de um determinado evento, como um acidente envolvendo a queda de equipamento por cansaço do trabalhador pareça encontrar em medidas como treinamento e redução de carga horária uma solução adequada. No entanto, fatores humanos não explícitos, associados ao comportamento do indivíduo muitas vezes têm influência no resultado e não são perceptíveis por simples observação visual, dependendo de aprofundamento e acompanhamento profissional, além de formas de investigação além das tradicionais e consagradas na literatura. Deve-se ficar claro, contudo, que não é proposta deste trabalho esgotar a análise de risco comportamental humano apenas com esta forma, mas, no todo, contribuir e auxiliar na tomada de decisão e priorização de esforços, aliado a outras formas de análise, quando cabíveis, conforme competência do profissional envolvido. Outro ponto a considerar é que cada função vai apresentar um conjunto de eventos apropriados e priorizados. Como exemplo, para os controladores de tráfego marítimo o quadro de funcionários envelhecidos e a falta de capacidade se sobrepõem aos demais fatores, indicando serem os desvios associados à estes fatores os mais frequentes e prováveis de ocorrer. Com isso, é possível fazer o desmembramento das árvores para as questões envolvendo estes aspectos, com alto grau de confiabilidade dos resultados.

CONCLUSÕES O presente artigo se propôs a gerar diretrizes para análise de risco em portos. Para tanto, a técnica de Análise de Árvore de Falhas foi identificada como adequada para tratar do problema. Como ela depende da consideração dos eventos indesejáveis de maior frequência, por simplificação e limitação, a combinação com os fatores culturais portuários pôde

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contribuir para completar e viabilizar um modelo que represente os principais pontos críticos envolvidos. Como principal vantagem, destaca-se a simplificação com pouca perda de confiabilidade, se os eventos forem bem percebidos e entendidos. Também o registro dos acidentes deve ser considerando como fonte de referência para a determinação das maiores frequências indesejáveis, de forma complementar. Algumas limitações deste modelo envolvem a subjetividade da análise, sujeita ao julgamento individual a partir da experiência do profissional e a completeza, por não se poder ter uma garantia absoluta de que todas as situações tenham sido consideradas. Esta, porém, é intrínseca à qualquer técnica de análise de risco, independente da modelagem, pela natureza probabilística da análise de risco, e, portanto, sujeita a incertezas. Como sugestões para trabalhos futuros, destaca-se: - a aplicação e monitoramento das diretrizes propostas; - o cruzamento e discussão de outras modelagens, de forma comparativa; - a extensão do modelo para outras culturas; - o desmembramento, dentro de uma mesma cultura, da adequação do modelo por função exposta ao risco.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

PRODUÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE BIODIESEL DE CANOLA POR ULTRASSOM UTILIZANDO DIFERENTES PROPORÇÕES DE CATALISADOR CAMILLA NUNES COSTA¹, AMANDA ALESSANDRA LIMA LEMOS², IVENIO MOREIRA DA SILVA³, EDNILTON TAVARES DE ANDRADE4, ROBERTO GUIMARÃES PEREIRA5 1

Graduanda em Engenharia Agrícola e Ambiental pela Universidade Federal Fluminense, [email protected] Graduanda em Engenharia Agrícola e Ambiental pela Universidade Federal Fluminense, [email protected] 3 Doutorando PGMEC/ UFF, [email protected] 4 TER/ UFF DSc., [email protected] 5 PGMEC/ UFF DSc., [email protected] 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Nos últimos anos pesquisas têm sido intensificadas para se conhecer os principais aspectos que viabilizam a produção de biodiesel. A importância do catalisador e suas proporções estão entre os estudos, pois o excesso ou escassez deste podem resultar na ineficiência do processo. Catalisadores alcalinos, como o Hidróxido de Sódio, têm sido empregados com frequência, proporcionando resultados satisfatórios. O presente estudo buscou verificar o rendimento e propriedades físico-químicas do biodiesel produzido a partir do óleo de Canola, em que se utilizou como catalisador o Hidróxido de Sódio nas proporções de 0,75%, 1% e 1,25% em rota etílica. O experimento foi conduzido com o auxílio do ultrassom modelo UP 200S da Hielscher ultrasonic. Os componentes, óleo e etóxido foram adicionados a bateladas de 30 gramas de óleo. Após a lavagem do biodiesel procedeu-se a caracterização da Massa Específica e Viscosidade Cinemática. Dentre os resultados encontrados, verificou-se um rendimento de 81,65% do volume do biodiesel produzido com 1,25% de NaOH. PALAVRAS-CHAVE: Etóxido, rendimento, propriedades físico-químicas.

PRODUCTION AND CHARACTERIZATION FROM BIODIESEL OF CANOLA IN ULTRASOUND USING DIFFERENT PROPORTIONS OF CATALYST ABSTRACT: In recent years research has been intensified to know the main aspects that enable the production of biodiesel. The importance of the catalyst and its proportions are among the studies, as excess or shortage of this can result in inefficiency of the process. Alkaline catalysts such as sodium hydroxide, have been used frequently, providing satisfactory results. The present study aims to evaluate the yield and physico-chemical properties of biodiesel produced from canola oil, which was used as a catalyst Sodium Hydroxide in proportions of 0.75%, 1% and 1.25% in ethyl route . The experiment was conducted with the aid of ultrasound model of Hielscher UP 200S ultrasonic. The components, oil, and sodium ethoxide were added to 30 gram batch of oil. After washing the biodiesel proceeded to characterize the Specific Gravity and Viscosity. Among the findings, there was a yield of 81.65% of the volume of the biodiesel produced with 1.25% NaOH. KEYWORDS: Ethoxide, income, physical and chemical properties.

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INTRODUÇÃO Nos últimos anos pesquisas têm sido intensificadas para se conhecer os principais aspectos que viabilizam a produção de biodiesel, já que há uma crescente preocupação em relação ao meio ambiente e a rápido diminuição das reservas de combustíveis fósseis no mundo, além do aumento no preço do petróleo. A utilização dos óleos vegetais no Brasil tem um futuro promissor, uma vez que o Brasil é um dos maiores produtores mundiais de soja e possui grande perspectivas para a produção de outras sementes, entre as várias oleaginosas que se tem conhecido na literatura, as que apresentam um alto teor de óleo na semente são favoráveis à produção de biodiesel. Dentre estas, pode se destacar as sementes oleaginosas de soja, amendoim, girassol, babaçu, milho, canola (colza), mamona e algodão (VARGAS et. al, 1998). O cultivo de canola no Brasil possui grande valor sócio-econômico por oportunizar a produção de óleos vegetais no inverno, vindo se somar à produção de soja no verão, e assim, contribui para otimizar os meios de produção (terra, equipamentos e pessoas) disponíveis. A produção de canola poderá permitir a expansão da produção de óleo para utilização como biodiesel, além de expandir o emprego desse óleo para consumo humano e contribuir decisivamente para tornar o Brasil em um importante exportador desse produto (Tomm, 2005). A canola produzida no Brasil é constituída em aproximadamente 38% de óleo, valor que supera em mais do que o dobro o índice médio atingido pela soja, da ordem de 18% (EMBRAPA, 2010).

O biodiesel é fabricado por meio de um processo químico chamado transesterificação, onde a glicerina é separada da gordura ou do óleo vegetal . O processo gera dois produtos: um éster (biodiesel) e glicerina (produto valorizado no mercado de sabões) (PARENTE, 2003). Estudos já mostraram que a reação de transesterificação sofre os efeitos das variações causadas pelo tipo de álcool, pelas proporções necessárias de álcool, por diferentes catalisadores, pela quantidade de catalisador, pela agitação da mistura, pela temperatura e pelo tempo de duração da reação. A importância do catalisador e suas proporções estão entre estudos, pois o excesso ou escassez deste podem resultar na ineficiência do processo. Com relação aos catalisadores, a transesterificação pode ser realizada tanto em meio ácido quanto em meio básico, porém, ela ocorre de maneira mais rápida na presença de um catalisador alcalino do que na presença da mesma quantidade de catalisador ácido, observando-se mais rendimento e seletividade. Os catalisadores mais eficientes para esse proposito são KOH e NaOH. A produção de biodiesel com o uso do ultra-som possibilita que a reação de transesterificação ocorra com baixíssimas concentrações de catalisador e pouco excesso de etanol, produzindo pouco sabão, facilitando os processos de lavagem do biodiesel. O presente estudo teve como objetivo verificar o rendimento e propriedades físicoquímicas do biodiesel do óleo de Canola produzido por ultrassom. MATERIAL E MÉTODOS Este trabalho foi realizado no Laboratório de Termociências (LATERMO) e no Laboratório de Reologia (LARE) da Universidade Federal Fluminense (UFF), Campus da Praia Vermelha, RJ. A obtenção do biodiesel de canola deu-se a partir do óleo de canola comprado no comercio local e os reagentes utilizados foram Etanol (99,5%), Hidróxido de Sódio (97,0%) e Ácido Clorídrico (95,0 – 98,0%) todos da marca Synth. Nos experimentos usou-se uma razão estequiométrica álcool/óleo de 6:1, variando a proporção do catalisador hidróxido de sódio entre 0,75%, 1,00% e 1,25%, mediante três repetições por tratamento. 1312

Inicialmente misturou-se em um erlenmeyer de 125 ml, as proporções desejadas de NaOH e do etanol, , sendo medidas através de uma balança GEHAKA de modelo BG 4400 e deixou-se sob agitação no agitador magnético Nova Ética de modelo 114, dando origem ao etóxido de sódio. Sendo assim a mistura permanecendo no agitador, foi adicionado lentamente o óleo de canola, à temperatura ambiente para efetuar a reação de transesterificação. Em seguida, a mistura foi submetida a ondas ultrassônicas de um equipamento de ultrasom do modelo UP 200S da Hielscher ultrasonic por 15 minutos, a uma frequência de 60% e ciclo de 0,5. Após o período de ação do ultrassom, cada amostra foi retirada e conduzida a um funil de decantação onde procedeu-se a separação das fases. Após 24 horas de inércia foram observadas de forma explícita duas fases: uma rica em ésteres etílicos, que se apresenta menos densa e clara e outra rica em glicerina, mais densa e escura. E sendo assim retirou-se a glicerina, deixando apenas o biodiesel. Após a separação da glicerina o biodiesel foi submetido ao processo de lavagem. Foram realizadas 3 lavagens para retirada de impurezas, onde as duas primeiras foram feitas com 50 ml de água destilada aquecida, e a última lavagem foi feita com de 50 ml de água destilada aquecida e 5 gotas de ácido clorídrico. Por fim, o biodiesel puro foi obtido separando a água por decantação, e os traços de umidade e de álcool foram eliminados através de aquecimento em estufa Nova Ética de modelo 400/ND e filtrado através de papel de filtro No. 41-, em um funil de vidro. A fim de verificar o enquadramento do produto dentro dos padrões de qualidade, foram medidos os parâmetros de viscosidade cinemática e massa específica segundo a Tabela 2 que apresenta os parâmetros básicos estabelecidos pela ANP para especificação do Biodiesel. Tabela 1 - Especificação do Biodiesel. Característica

Unidade

Limite

Aspecto

-

L II (1)

Massa Específica a 20ºC

Kg/m3

Viscosidade Cinemática a 40ºC Fonte: ANP (2008).

mm2/s

Métodos ABNT NBR -

ASTM D -

EN/ISO -

850-900

7148 14065

1298 4052

EN ISO 3675 EN ISO 12185

3,0-6,0

10441

445

EN ISO 3104

A determinação da viscosidade cinemática foi realizada para o biodiesel etílico a partir de um Viscosímetro capilar modelo Cannon Fenske, com uma constante igual a 0,03315 mm2/s2 , com banho termostático à 40ºC. Para realizar a análise de viscosidade cinemática, colocou-se cerca de 10 ml no capilar, e em seguida, o mesmo é colocado no banho de 30 minutos, tempo suficiente para amostra alcançar a temperatura do teste. Depois se usa sucção para ajustar o nível superior da amostra para a posição da primeira marca do braço capilar e marca o tempo de escoamento até a segunda marca. A massa especifica das amostras foram determinadas, utilizando-se um picnômetro de 50 ml e uma Balança Analítica AG 200, GEHAKA. Pesou-se um picnômetro vazio de 50 mL e anotou-se a massa. Inseriu-se neste picnômetro água destilada, que já tem massa específica conhecida de 1g/cm³, fez-se a diferença entre a massa de picnômetro com água e picnômetro vazio, como a equação 1. 1313

ðf = R á%tk − R Qklom (1) Em que, MA= massa de água ; p água = massa do picnômetro com água ; p vazio = massa do picnômetro vazio.

Verificou-se o volume real do picnômetro, que é 50,2925 m³, quando a massa de água destilada foi encontrada segundo a equação 2.

=

·m

9 ºC¸.

(2)

Em que, d = massa específica conhecida da água, MA = a massa de água, Vreal = o volume real do picnômetro.

Neste mesmo picnômetro calibrado com a água, todas as amostras foram inseridas separadamente três vezes, medindo-se a massa do fluido pela média dessas três medições, dividindo-a pelo volume real do picnômetro e obtendo-se cada massa específica a partir da mesma equação anterior. RESULTADOS E DISCURSÕES O biodiesel produzido apresentou as seguintes médias de rendimentos conforme a Tabela2. Tabela 2 - Rendimento de biodiesel para cada concentração de catalisador. NaOH 0,75%

Volume de Biodiesel (%) 78,19

1,00%

77,16

1,25%

81,65

De acordo com a tabela 2 verificou-se o maior rendimento com 1,25% de NaOH com um volume de 81,65% de biodiesel. Contudo, Albuquerque (2006) indicou rendimento de 96,78% em rota metílica e 95,81% em rota etílica com 1% do catalisador KOH sugerindo assim ser mais eficiente a produção de biodiesel por rota metílica. Apesar de estudos já terem sidos publicados na literatura (MEHER et al., 2006; GEORGOGIANNI et al., 2007; LIN et al., 2009; MURUGESAN et al., 2009; LEE et al., 2010) indicando que o hidróxido de sódio na concentração de 1% em relação à massa de óleo é adequada para a obtenção de altos rendimentos em ésteres na transesterificação alcalina de óleos vegetais. Características físico-químicas do óleo de canola Foi realizada a caracterização físico-química do óleo de canola para determinar a viscosidade cinemática e a massa específica das amostras. Sendo assim a viscosidade apresentada pelo biodiesel produzido em diferentes concentrações de catalisador esta descrita na Tabela 3.

1314

Tabela 3 - Valores encontrados da viscosidade. NaOH

Viscosidade (mm2/s2)

0,75%

5,3829

1,00%

4,6420

1,25%

4,8528

A redução da viscosidade cinemática, após a reação de transesterificação do óleo vegetal, é muito importante, pois a viscosidade cinemática é um parâmetro que afeta a atomização do combustível no momento de injeção na câmera de combustão e, em ultima analise a formação de depósitos no motor. Quanto maior a viscosidade, maior a tendência do combustível em causar problemas. Simas (2008), caracterizando o Biodiesel B100 produzido a Partir do óleo refinado de soja, verificou a Vsicosidade Cinemática de 4,13 mm2/s no mesmo. Na Tabela 4 estão demostrados os valores da Massa Específica do biodiesel encontrada para cada concentração de catalizador utilizado. Tabela 4 - Valores encontrados da massa específica. NaOH 0,75% 1,00%

Massa Específica (Kg/m3) 876,75 875,37

1,25%

874,99

CONCLUSÃO A produção de biodiesel por ultrassom apresentou-se eficiente, mediante os parâmetros utilizados no presente estudo. O catalisador NaOH na proporção de 1,25% revelou maior rendimento. Os valores verificados na caracterização da Viscosidade Cinemática e Massa Específica encontraram-se dentro dos padrões internacionais da caracterização do biodiesel. REFERÊNCIAS Bioenergia – Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa. Lisboa, p. 81, 2008. VARGAS, R. M.; SCHUCHARDT, U.; SERCHELI, R.; Journal Brazilian Chemists Society, 9 (1): 199, 1998. PARENTE, E. J. S., Biodiesel: uma aventura tecnológica num país engraçado. Fortaleza, Ceará: Tecbio, 66p, 2003. LÔBO, I.P; et. al. Biodiesel: Parâmetros de qualidade e métodos analíticos. Química Nova, vol. 32, nº 6 – São Paulo, 2009. EMBRAPA TRIGO. Culturas: canola. Disponível em: . o em: 10 de junho 2013. ARZANI, F.A.; GOMES, M.C.S.; PEREIRA, N.C. Biodiesel: produção por transesterificação etílica do óleo de canola e separação do glicerol por ultrafiltração. Revista de Saúde, Meio Ambiente e sustentabilidade – InterfacEHS. Vol. 8, n. 1, 2013, São Paulo. Disponível em: ado em: 02 de setembro 2013 1315

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

AUTOMATIZAÇÃO DE SISTEMAS URBANOS (AGT):APLICAÇÃO AO METRÔ DE SÃO PAULO BRUNO BORGES MAMEDE 1; LUCAS DEVIDES MORENO 2; LUÍS SOARES JÚNIOR 3 1 Geógrafo Mestrando em Engenharia Urbana por PEU/POLI/UFRJ ( [email protected]) 2 Engenheiro Civil Mestrando em Engenharia Urbana Lucas Devides Moreno por ( [email protected]) 3 Graduando em istração por /UGF ( [email protected])

PEU/POLI/UFRJ

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Este artigo possui como objetivo apresentar algumas das aplicações de sistemas automatizados de transportes (AGT) no funcionamento e operação do sistema de metrô em circulação na Região Metropolitana de São Paulo. Além disto, também pretende-se discutir um pouco sobre os impactos na oferta e demanda local a partir da implantação destes sistemas, tendo em vista a ampliação da oferta perante o crescimento contínuo da demanda ao longo dos últimos anos. Desta maneira, a discussão também está pautada na forma como a automatização nos transportes é utilizada como estratégia de planejamento para busca do equilíbrio entre os parâmetros mencionados. Palavras-chave: Geografia dos Transportes, Engenharia Urbana, Automated Guided Trasit (AGT)

AUTOMATED URBAN SYSTEMS (AGT): APLICATIONS ON THE SÃO PAULO’S SUBWAY ABSTRACT: This paper’s objective is to present some of the Automated Guided Transit (AGT) appliances in the working and operation running in the Greater São Paulo’s metropolitan subway system. Besides, this discusses some about the impact on the local offer and demand by the implantation of these automated systems, looking up the increasing of the offer facing the continuous growth of the demand throughout the last years. This shown, the argument is planted in the form of how AGT systems is used as a planning strategy to search the equilibrium between the two parameters mentioned before. Keywords: Transportation Geography, Urban Engineering, Automated Guided Transit (AGT)

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INTRODUÇÃO: PROPOSTA E OBJETIVO Conforme mencionado, este artigo busca apresentar a automatização de sistemas de transportes aplicados ao metropolitano da Grande São Paulo. Restringem-se aqui as análises apenas ao sistema de metrô em circulação, com foco nas linhas 04-Amarela (Luz – Vila Sônia) e 05-Lilás (Capão Redondo – Chácara Klabin). Justifica-se esta escolha por serem os trajetos onde o maior número de componentes automatizados é utilizado em todo sistema, tanto na operação de veículos e equipamentos, como também em sistemas estáticos presentes nas estações e instalações como túneis, por exemplo. A metodologia de abordagem está pautada na revisão bibliográfica a cerca dos sistemas automatizados de transportes urbanos, sobretudo ferroviários e a observação in loco de algumas destas aplicações nas mencionadas linhas da Companhia do Metropolitano de São Paulo (METRO-SP). Também serão vistos alguns sistemas automatizados em outros países do continente americano a título de comparação com os sistemas oferecidos em São Paulo. Como justificativa para este trabalho está a análise de sistemas automatizados e seus impactos no cotidiano urbano, principalmente na oferta dos serviços de transportes e o comportamento da demanda perante estas novas modalidades de serviços oferecidos. Mankiw (2001) menciona que a busca pelo equilíbrio entre a oferta e demanda em serviços públicos deve ser a principal meta a ser atingida pelo Governo (em todas as suas esferas) pois, a partir deste, é possível oferecer corretamente os serviços necessários aos cidadãos em tempo e custos compatíveis com a realidade. Quando ocorre o desequilíbrio, certamente um dos lados é penalizado: o cidadão possui parte de seu tempo livre diminuindo ao enfrentar deslocamentos cada vez maiores e demorados enquanto, ao oposto, o Estado possui parte de seus recursos incorretamente alocados ao ofertar mais serviços do que o necessário em determinados seguimentos e, com isto, desperdiçar recursos públicos valiosos que poderiam ser aplicados em outras áreas. Complementando esta afirmação Chiavenato (2005) menciona que o equilíbrio financeiro direciona não apenas ao bom uso de recursos financeiros, mas também de melhorias a toda sociedade: quando os recursos são devidamente aplicados a sociedade lucra com a adequada oferta de bens e serviços na quantidade demandada e a certeza da oferta conforme sua demanda. Desta maneira, as questões econômicas podem ser percebidas como uma das principais vertentes consideradas na formulação do planejamento e dimensionamento adequado de sistemas de transportes urbanos, buscando sempre o equilíbrio entre a oferta necessária para o atendimento da demanda do serviço. Entretanto, Santos (2007) possui ressalvas a esta distribuição pois, se a distribuição justa de recursos financeiros e materiais é capaz de garantir o o mais justo e igualitário aos bens e serviços no espaço urbano, mas a distribuição destes será sempre tendente a desigualdade, seja por problemas estruturais e característicos dos serviços oferecidos, tal como pela própria organização das sociedades. Por exemplo, de acordo com o autor, para solucionar o déficit de habitações não é necessário apenas construir novas residências pois, na maior parte dos casos, a população está constante crescimento e processos de imigração e emigração ocorrem dentro do recorte espacial analisado. Não apenas a dinâmica populacional é o condicionante desta problemática, mas também a própria forma de organização das classes no espaço nas cidades proporciona desigualdades na oferta de serviços públicos pois, na realidade brasileira, as classes mais abastadas tendem a residir onde já há (ou mesmo está em vias de implantação) oferta de serviços públicos essenciais, como energia, abastecimento de água e saneamento básico, energia elétrica, educação e saúde, enquanto aquelas com menor poder aquisitivo ocupam as áreas vistas como impróprias, distantes e com maiores custos de urbanização.

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Desta maneira, segundo Corrêa (2006) e Acevedo (2007), este último ao analisar a cidade de San Juan (Puerto Rico), afirmam que a distribuição de serviços de transportes obedece padrões históricos de crescimento urbano e distribuição da população ao longo do tempo. Desta maneira, pode-se mencionar que a expansão dos sistemas e redes de transportes ocorre em paralelo a expansão urbano-populacional das cidades e zonas urbanas conurbadas. Os padrões espaciais de localização das cidades impactam diretamente na forma e capacidade da rede, fatores que impactam diretamente na oferta e demanda dos serviços. Com isto, devese considerar que o condicionamento da oferta e demanda de serviços de transportes não depende apenas de argumentos lógico-matemáticos, diretamente relacionados a Economia, istração Financeira e da Produção e Engenharia, mas também da dinâmica social, principalmente vinculada aos processos históricos e geográficos das áreas urbanas analisadas. AUTOMATED GUIDED TRANSIT (AGT): APLICAÇÕES URBANAS A necessidade humana de deslocamento no espaço remonta o início da ocupação humana dos continentes. Hobsbawn (2008) afirma que esta é vista nos momentos históricos de navegações europeias ao continente americano tal como na movimentação de tropas do exército romano em seu território para proteção e guarda de fronteiras. Contudo, Vuchic (2005) complementa mencionando que a organização e esquematização dos transportes urbanos tal como temos na atualidade remonta o período modernista, onde as cidades, principalmente as europeias e norte-americanas, iniciaram a expansão para além dos limites históricos de suas áreas centrais para locais distantes que, hoje, formam a sua periferia imediata. Acrescenta-se também o fato de que as economias destes países estavam em transformação tanto no sistema produtivo (industrialização) como na organização e arranjo social (capitalistmo). Desta maneira, os deslocamentos cotidianos entre o trabalho e residência assumiram uma função importante na vida dos cidadãos: em medida que as cidades expandiam-se, ocorria paralelamente a necessidade de deslocamento entre as novas áreas residenciais para as já consolidadas zonas comerciais e industriais. Não apenas por conta dos fluxos de trabalhos, mas também pelos fluxos gerados na busca de qualificação dos indivíduos (educação), manutenção da saúde e procura por espaços de lazer. Vuchic (2007) avança ao mencionar que o crescimento das cidades impunha constantes novos desafios aos envolvidos na construção, manutenção, planejamento e dos sistemas de transportes nas áreas urbanas. A necessidade de constante expansão cria um dilema onde os transportes funcionam para atender ao deslocamento pontual dos ageiros, mas nem sempre, obedecem a lógica e racionalidade de uma rede funcional. Com isto, a oferta está presente, mas nem sempre ordenada a atender às reais necessidades da população. Com isto, Bannister (2010) menciona que, ao longo do tempo, os planejadores e organizadores dos sistemas de transportes aram a desenhar redes onde os fluxos estão direcionados a distribuição espacial homogênea e harmônica, estando centrada em alguns pontos chaves do território, em geral áreas comerciais de maior demanda. Assim, estes pontos formam os chamados nódulos dos sistemas e, a partir deles, desenham-se trajetos que os conectem transando outros bairros e, com isto, buscando a distribuição harmônica das redes. Ao analisar a distribuição das cidades no espaço a partir da Geografia Urbana e da Engenharia Urbana, é possível perceber como determinada sociedade está organizada e prioriza determinadas zonas e bairros ali contidos. Contudo, ampliando o detalhe para o sistemas de transportes, a Geografia dos Transportes e a Engenharia de Transportes são capazes de fornecer respostas mais eficientes e eficazes sobre a distribuição de fluxos de ageiros ao longo do espaço urbano. Desta maneira, o estudo destes campos de 1319

conhecimentos, segundo Santos (2007), pode expressar a forma como a sociedade constrói e segrega espaços perante elementos de valorização ou não para a população residente. Na busca por soluções que visam a manutenção da ordem e racionalização das redes de transportes, Vuchic (2007) menciona que, a partir dos anos 1980, a Engenharia de Transportes iniciou a busca por soluções em que a interferência humana na operação e controle fosse gradualmente reduzida, reconduzindo os seres humanos envolvidos de condutores/operadores a gestores destes sistemas. A partir disto, formou-se um subcampo de estudos conhecido como Automação de Sistemas de Transportes (Públicos). Traduzida do termo inglês Automated Guided Transit – ou simplesmente AGT – este ramo da Engenharia de Transportes busca contextualizar a aplicação de soluções automatizadas para os transportes públicos urbanos. De acordo com Vuchic (2005), as redes de transporte AGT podem ser definidas como sistemas totalmente automatizados, sem condutor humano (em grande parte dos casos), totalmente segregados do trânsito habitual de veículos de transporte, em que os veículos são guiados de forma automática (ou remota) a partir de uma canaleta-guia (guidance). Estes veículos podem ser sustentados com tecnologia de pneus de borracha ou rodas de metal, mas também alguns são apresentados em versos de contato singular (monotrilhos) ou levitação magnética (maglev). Como estes sistemas ainda não estão plenamente desenvolvidos, seu correto desempenho só é permitido em situações de segregação total de outras vias e modos (conforme já mencionado) e também com alcance reduzido. Ou seja, em grande parte dos sistemas AGT em uso pelo mundo, seu comprimento e alcance está limitado ao máximo de 35 quilômetros. Para as afirmações até o final desta secção utilizam-se como referências as obras de Vuchic (2005 e 2007) e Bannister (2010), por diversas vezes e de maneira não ordenada. Com isto, opta-se por mencionar e creditar os autores aqui ao invés da exaustiva repetição que seria necessária. Algumas das principais iniciativas são percebidas nos sistemas de deslocamentos das cidades de Miami (Estados Unidos) e Vancouver (Canadá). O Miami Metromover é a concretização de um sistema de baixa capacidade de carga sobre pneus onde todos os veículos são operados sem a interferência de condutores humanos. A partir da guidance, os veículos percorrem o traçado corretamente e sem falhas na velocidade, espaçamento entre veículos (spacing) e tempo de abertura de portas programados (neste último caso, quando mais tempo é necessário há um sensor capaz de indicar a agem de pessoas pelas portas e, ao fim, a operação é encerrada. Estes veículos são apoiados em pneus de borracha e sua via, totalmente segregada do tráfego normal por vias suspensas (na maior parte do traçado). Para o auxíliar a trajetória, a via a ser seguia possui a largura de cada conjunto de rodas. Isto aliado a canaleta-central é responsável pelo caminho seguro percorrido. Aliás, é por meio desta guidance que ocorre a troca de informações entre os veículos e a rede de monitoramento (a partir do Centro de Controle Operacional – CCO). Faz-se necessário mencionar que o sistema possui um amplitude bem limitada ao Distrito Central da cidade de Miami, possuindo pontos de integração com os sistemas de trens, metrôs (estações centrais) e ônibus (terminais rodoviários). No tocante ao Vancouver Skytrain, o sistema automatizado de média capacidade é utilizado para transportar ageiros entre o Centro e a área suburbana da cidade canadense de Vancouver. Apesar de ser um veículo tipo trem leve e com as especificidades pertinentes a um veículo ferroviário. Contudo, alguns detalhes operacionais são muito semelhantes ao Metromover: spacing, tempo de abertura e fechamento das portas e velocidade da trajetória pré-definidos e pré-programados. No caso do sistema estadunidense, quando ocorre falha na operação a operação é realizada remotamente a partir do CCO, enquanto neste sistema canadense a operação em caso de falha em cada composição pode ser realizada a partir do 1320

computador do CCO de cada linha, na persistência da falha a partir do CCO Central e, finalmente, caso o erro persista, a operação é realizada remotamente com o auxílio do operador humano. Desta maneira, além do fator humano, ocorrem duas etapas prévias também automatizadas para o funcionamento do sistema. Faz-se importante ressaltar que a rede Skytrain é composta de linhas de alcance até 30 quilômetros de extensão, sendo que as mais novas possuem elementos totalmente mais automatizados em relação às antigas: escadas rolantes que operam no sentido de maior volume, compra de bilhetes e catracas automatizadas, esteiras de condução de ageiros e elevadores que seguem trajetórias pré-definidos e, principalmente, portas nas estações que são sincronizadas às dos trens na abertura e fechamento, evitando acidentes. AUTOMATIZAÇÃO NO METROPOLITANO PAULISTA E IMPACTOS NA OPERAÇÃO DO SISTEMA De acordo com Ferraz (2004) e Bannister (2010) as políticas que buscam a integração e convergência de diversos sistemas de transportes podem formar ou contribuir para o funcionamento de uma rede mais dinâmica e fluída. Em concordância, Chiavenato (2005) e Barat (2007) mencionam que a integração é capaz de gerar economias de custos na operação e manutenção, bem como proporcionam maior eficiência na operação total do sistema de transportes. Também é importante mencionar que Santos (2007) menciona que a automatização na América Latina é utilizada com o objetivo principal de aumentar a produtividade e consequentemente a lucratividade das empresas. Algumas vezes, como na automatização das lavouras, os mecanismos de mecanização e automatização não buscam necessariamente imprimir racionalidade e eficiência ao plantio e colheita, mas sim como barganha na redução do preço de mão de obra. A luz da visão de Barat (2007), complementada por dados de ANTT (2013), pode-se afirmar que o contraponto observado por Santos (2007) ocorre em algumas situações bem específicas de sistemas de transportes, tal como observados em sistemas de Veículos Leves sobre Pneus – VLPs presentes na Cidade do México (México) em que as empresas operadoras apresentam como principal vantagem a segurança e confiabilidade dos veículos em relação aos grupos rodoviários, onde os condutores são (segundo esses) irresponsáveis demais e expõem a vida dos ageiros a riscos e acidentes graves. No tocante ao metropolitano paulista, segundo METRO-SP, as linhas 01-Azul, 02Verde e 03-Vermelha possuem alguns elementos de automação na operação e controle dos veículos, como os dispositivos de sinalização e agem entre trilhos, mas principalmente, há um dispositivo de controle automático das composições onde os condutores são solicitados algumas poucas vezes ao comando, apenas quando ocorre uma falha do sistema. A partir de diversas iniciativas de conversão dos trens suburbanos ao mesmo padrão do metrô, já está prevista a automação de algumas destas linhas aos moldes do que já é realizado atualmente no metropolitano, conforme mencionado. Da mesma maneira, de acordo com TM e STM-SP, 2013, também estão previstos alguns corredores de ônibus experimentais automatizados, sob supervisão da Empresa Metropolitana de Transportes Urbanos – EMTU-SP, podendo o trajeto escolhido ser o percursos entre o Terminal Tucuruvi (integrado ao metrô) a Centro da cidade de Guarulhos (integração com futura estação de trem suburbano) ou então entre o Terminal Butantã (integrado ao metrô) e a estação Itapevi (estação de trem suburbano). Conforme já mencionado, as redes de transportes são projetadas para conectar determinadas localidades centrais (nódulos) perando os outros bairros em seu percurso. No tocante a Região Metropolitana de São Paulo, percebe-se que além dos nódulos, também 1321

há um esforço em interligar os extremos dos municípios, sobretudo da capital paulista, a estes nódulos. Como exemplo desta informação, utilizando dados de PMSP e SPTrans (2013), observam-se as ligações entre o bairro paulistano de Cidade Tiradentes, no extremo leste da cidade, aos subcentros de Itaquera (terminal rodoviário e estações de metrô/trem), Guaianazes (estação de trem e terminal rodoviário) também na Zona Leste, mas também ao próprio Centro da cidade e, não de forma isolada, linhas que vão em direção aos bairros de Vila Mariana e Paraíso, sendo o primeiro um importante subcentro da Zona Sul da cidade. Da mesma maneira, observam-se as ligações entre o bairro de Jardim Ângela, no extremo sudoeste da cidade de São Paulo, aos subcentros (na mesma Zona) de Santo Amaro, Jardim São Luís e Capão Redondo, bem como outros bairros na (também) Vila Mariana, Pinheiros, Jardins (Zonas Sul e Oeste), além da própria área central. Estes dois bairros foram mencionados pois, ao observar os planos de expansão do sistema metroviários ambos são contemplados com novas ligações utilizando tecnologia AGT. Utilizando veículos tipo monotrilho (a exemplo do Skytrain de Vancouver). A linha 15Prata a partir da estação Vila Prudente (linha 02-Verde) seguirá até o Hospital Cidade Tiradentes, cruzando os terminais Sapopemba, São Matheus e Cidade Tiradentes até alcançar seu destino final. Além da expansão sentido Centro-Sul, a partir da porção central do bairro de Santo Amaro até a Vila Mariana (estação Chácara Klabin da linha 02-Verde, cruzando a linha 01-Azul na estação e terminal rodoviário Santa Cruz), também está prevista a ligação entre os bairros de Capão Redondo (estação e terminal rodoviário metropolitano) e Jardim Ângela (PMSP e STM-SP, 2013). Ao analisar a linha 05-Lilás (futura Jardim Ângela – Chácara Klabin) sob o ponto de vista da automatização, percebe-se que o sistema de controle denominado Communicationsbased Train Control – CBTC, de acordo com Vuchic (2007), foi implantado como forma de dinamizar a operação e intervalo de agem entre as composições. Segundo Ferraz (2004), o intervalo é conhecido como headway e define-se pelo tempo de agem entre composição na estação, o que é um dos componentes da oferta: ou seja, quanto menor for o headway da linha, maior será a quantidade de composições em circulação e, consequentemente, maior será a oferta de assentos e espaço para o transporte de ageiros disponível. Ainda de acordo com Vuchic (2007), a tecnologia CTBC possui diversos níveis de automação, podendo ter sua operação contida em uma escala de parcialmente automática até totalmente teleguiada, o que em escala representariam valores entre 25% e 100% de automação. Este sistema é uma combinação de diversas tecnologias de automação ferroviária, sendo as principais aquelas referentes a proteção, operação e supervisão (Automatic Train Protection – ATP, Automatic Train Operation – ATO e Automatic Train Supervision – ATS). A combinação destes fatores e o grau de autonomia de cada um determina o controle automatizado das composições. Bannister (2010) lembra que este sistema é utilizado na União Européia (sobretudo na Alemanha e no Reino Unido) para o controle de trens suburbanos e em alguns casos até regionais, a exemplo das linhas de trem que parte de Manchester ruma a Rochdale e Liverpool, na Inglaterra. De acordo com TM (2013), a intenção é que até 2030 todas as linhas suburbanas sob sua operação em a utilizar esta tecnologia no intuito de garantir a confiabilidade e estabilidade das viagens, bem como o cumprimento dos horários programados com maior precisão. Entretanto, em um nível acima está a operação da linha 04-Amarela (Luz – Vila Sônia). Esta segue desde a histórica Estação da Luz (TM e linha 01-Azul), no Centro de São Paulo, até o extremo Oeste da cidade, perando a simbólica Praça da República (linha 03-Vermelha), os tradicionais/históricos bairros de Higienópolis e Consolação, alcança o espigão da Avenida Paulista (linha 02-Verde), desde um dos primeiros eixos de expansão da cidade – Avenida Rebouças – alcança bairros e áreas que receberam renovações urbanas, Avenida Faria Lima e Largo de Pinheiros, cruza com a linha 09-Esmeralda da TM (Osasco 1322

– Grajaú), cruza em subterrâneo o Rio (e consequentemente a Marginal) Pinheiros, chegando ao bairro de Butantã (nas proximidades do Jockey Clube e da Cidade Universitária da Universidade de São Paulo – USP). O trecho até a Vila Sônia encontra-se em construção e, também, planeja-se uma extensão dali até o centro do município de Taboão da Serra. Esta linha conta com composições totalmente automatizadas (onde não há cabines internas para condutores), com sincronia de portas dos trens com as das estações (a exemplo do Skytrain) e outros elementos de automação diferentes das outras linhas. Utilizados em caráter experimental, a linha 04-Amarela é o modelo utilizado pela Secretaria de Transportes Metropolitanos (STM-SP) para novos projetos e veículos em andamento, tais como as linhas 15-Prata (Vila Prudente – Cidade Tiradentes) e 17-Ouro (Morumbi – Jabaquara, via Aeroporto de Congonhas). Um dos elementos inovadores desta linha é a movimentação em blocos: Vuchic (2007) explica que a composição emite constantes sinais de rádios (neste caso) a blocos de transmissão/recepção entre os trilhos. Estes blocos indicam as ações a seguir pelas composições (aceleração, frenagem, aclive, declive, abertura e fechamento de portas, dentre outras ações), sendo estas pré-programadas e mantidas (estáticas) ou então autoprogramáveis (computador central) ao longo da demanda diária. Ou seja, a partir disto, é possível perceber o ritmo mais acelerado da operação nos horários de pico e um pouco menor nos períodos restantes. CONCLUSÕES OBSERVADAS Bruegamnn (2005) e Corrêa (2007) afirmam que as grandes cidades possuem características intrínsecas a expansão horizontal e vertical. Com o ar do tempo conurbamse as suas vizinhas e formam aglomerados urbanos e metropolitanos. Bannister (2010) complementa esta informação ao mencionar que o dinamismo próprio de aglomerados urbanos e metrópoles demandam soluções inteligentes e dinâmicas, capazes de responder a demanda presente e futura de deslocamento de ageiros pelo espaço. Ainda, Corrêa (2006) corrobora a esta linha de pensamento ao apresentar estas zonas como redes urbanas integradas e interdependentes em suas atividades econômicas e demandas sociais. Hobsbawn (2008) e Bannister (2010) mencionam que ao longo da história das sociedades, a busca mecanismos de maior eficiência no cumprimento de tarefas constantes tem sido uma busca constante e cada vez mais apurada com a aplicação de técnicas e instrumentos tecnológicos. Estes instrumentos não apenas racionalizam a operação, mas também conferem maior confiança e previsibilidade aos sistemas, bem como são capazes de aumentar a produtividade. Retomando Mankiw (2001) e Chiavenato (2005), o aumento da produtividade, obtido a partir da redução do headway e aumento da oferta para ageiros, tem sido um mecanismo buscado pelo Governo Paulista para gerenciar melhor seus sistemas de transportes. Ao sucesso da linha 04-Amarela estão vinculados a continuidade ou não desta estratégia para todo o sistema de trens e metrô da Região Metropolitana de São Paulo. Mesmo que esta tecnologia não apresente os resultados esperados, de acordo com STM-SP (2013), outras continuarão em implementação até que os mesmos sejam atingidos. Com isto, é possível ver a busca pelo equilíbrio entre oferta e demanda até o momento em que os custos atinjam níveis satisfatórios perante o bom atendimento da oferta. A partir destes resultados, também espera-se a reprodução destes mecanismos para outros meios, conforme mencionado, a exemplo dos corredores de ônibus metropolitanos, e outros meios ainda a implementar nas regiões metropolitanas de Campinas, Baixada Santista (Santos) e Vale do Paraíba Paulista (São José dos Campos). De acordo com Serrano (2005), TR (2005) e Acevedo (2007), a orientação adequada dos sistemas de transportes proporciona benefícios tanto a usuários e operadores ao 1323

distribuir os fluxos ao longo de meios diversos, desafogando a demanda dos meios pequenos e médios, orientado a oferta aos modos de maior capacidade. Com isto, os nódulos conectores dos sistemas tornam-se polos irradiadores de viagens multimodos, direcionando os fluxos aos locais de maior demanda e aqueles de menor procura pelos veículos corretos. Silva (2012) complementa estes ao mencionar que a escolha do modo adequado é capaz de gerar redução nos custos de operação, os quais impactam diretamente na tarifa final paga pelo ageiro e, ainda, impacta no volume de recursos arrecadado e disponível para investimentos na melhoria e expansão do sistema como um todo. Não deve-se pensar apenas no aumento da produtividade e redução dos custos, mas também em outros benefícios advindos da automatização: confiabilidade das viagens, previsibilidade do tempo e operação, como também no uso racional dos meios para a distribuição dos fluxos, ocasionando viagens mais confortáveis aos ageiros. Contudo, conforme defendido por Corrêa (2006) e Santos (2007), apesar de todos os benefícios para a funcionalidade do sistema, a automatização por si só não é capaz de eliminar as distribuição injusta e segregadora do padrão de ocupação sócio-espacial urbana. A justiça deve ocorrer no o aos serviços urbanos, em segundo plano, mas principalmente, ao espaço da cidade a todos os seus cidadãos. Se os sistemas urbanos automatizados podem ser capazes de alcançar estes objetivos, os Governos devem utilizá-las de forma complementar às atividades humanas e não apenas substitutiva, como muitas vezes ocorre. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ACEVEDO, Paul. El Impacto Sócio-Economico de la Alternativa Integrada de Transportes (ATI) en el Centro Urbano de Río Piedras. San Juan (Puerto Rico), Editora de la Universidad de Puerto Rico (UPR), 2007. BANISTER, David. Integrated Transport: From Policy to Practice. Londres e Nova York: Routledge, 2010. BARAT, Josef. Logística, Transporte e Desenvolvimento Econômico. São Paulo: Editora CLA, 2007. BERNICK, Michael e CERVERO, Robert. Transit Village in the 21st Century. Berkley: Editora McGraw Hill, 1996. BRUEGMANN, Robert. Sprawl: A Compact History. Chicago: University of Chicago Press, 2005. BULLARD, Robert. Growing Smarter: Achieving Liviable Comunities, Environmental Justice and Regional Equity. Boston: The MIT Press, 2007. CENSO DEMOGRÁFICO: Bando de dados disponível em: www.ibge.gov.br. o em: 20 de Julho 2013. CHIAVENATO, Idalberto. istração Financeira: Uma Abordagem Introdutória. Rio de Janeiro: Elsevier, 2005. DADOS DIVERSOS: Bando de dados disponível em: www.tm.sp.gov.br. o em: 20 de Julho 2013. DADOS DIVERSOS: Bando de dados disponível em: www.dnit.gov.br. o em: 20 de Julho de 2013. DADOS DIVERSOS: Bando de dados disponível em: www.metro.sp.gov.br. o em: 20 de Julho de 2013. DADOS DIVERSOS: Banco de dados disponível em. www.prefeitura.sp.gov.br. o em 20 de Julho de 2013. DADOS DIVERSOS: Banco de dados disponível em: www.viaquatro.com.br. o em 20 de Julho de 2013.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente. Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro.

AGLOMERADOS URBANOS EM ZONAS DE FRONTEIRA: CONSIDERAÇÕES SOBRE ANÀLISE CONJUNTA BRUNO BORGES MAMEDE1 1 Geógrafo Mestrando em Engenharia Urbana por PEU/POLI/UFRJ ( [email protected]) ( )

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: O objetivo deste artigo consiste na discussão do conceito de aglomeração urbana aplicado ap ao contexto de zonas de fronteiras, em especial no espaço nacional brasileiro. Algumas cidades fronteiriças, sob algumas condições de crescimento urbano aliado ao estabelecimento de relações codependentes conurbam-se se e comportam-se comportam como aglomerados urbanos únicos, porém com a especificidade de que as cidades componentes estão situadas em países distintos. A esta afirmação, explicita-se se que os países possuem regimes econômicos, jurídicos e legais distintos. Assim, busca-se busca como objetivo analisar estas premissas utilizando o aglomerado urbano formado pelas cidades de Foz do Iguaçu (Estado de Paraná, Brasil), Ciudad del Este (Departamento de Alto Paraná, Paraguai), Puerto Iguazú (Província de Misiones, Argentina) e suas vizinhas. A metodologia utilizada é revisão bibliográfica a cerca da temática urbana, espacializada através de dados disponíveis sobre população e crescimento urbano explicitando as mencionadas relações de codependência. Este tema é justificado pela observação destas afirmações para tornar possível a comparação desta zona urbana com a de diversos outros aglomerados fronteiriços (de forma geral) situados na linha de fronteira terrestre brasileira. Palavras-Chave: Chave: Geografia Urbana, Aglomerados Urbanos, Conurbação.

BORDERLINE URBAN AGGLOMERATIONS: AGGLOMERATIONS: CONSIDERATIONS ABOUT SINGLE ANALYSIS ABSTRACT: This article searches to discuss the concept of urban agglomerations applied to the context of borderlines, specially inside Brazil’s national territory. Some borderline cities, under some specific conditions itions of growth together with the establishment of codependent relationships tend to conurbation and behave themselves like an unique urban zone, with the difference of the cities being placed in distinguish countries. In this affirmation is possible to explicit explicit the fact that the countries have different economic, juridical and legal management. Therefore, this paper looks for analysis the premises exposed using the cities of Foz do Iguaçu (Paraná State, Brazil), Ciudad del Este, Alto Paraná Department), Puerto uerto Iguazú (Misiones Province, Argentina) and their neighbors cities. The methodology consists in the biographical review about urban theme, spaced through data available about population and urban growth to show the mentioned codependency relations already alre mentioned. This theme is justified in the observation of these affirmations to make possible the comparison of this urban zone with other ones placed along Brazilian’s borderline. Keywords: Urban Geography, Urban Agglometation, Conurbation.

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INTRODUÇÃO: OBJETIVO E METODOLOGIA O objetivo deste artigo é demonstrar, a partir da discussão teórico-bibliográfica a cerca de cidades e urbanização, que a zona urbana formada (primariamente) pelas cidades de Foz do Iguaçu (Brasil), Ciudad del Este (Paraguai) e Puerto Iguazú (Argentina) conformam um aglomerado urbano integrado, onde os habitantes destas (e das cidades vizinhas também) transitam e trabalham diariamente, estabelecendo relações locais em territórios transnacionais. Esta complementaridade é justificada no fato de que o intercâmbio de experiências e a observação de situações nas quais estes fenômenos ocorram em cada país é capaz de apontar de forma recíproca soluções de transporte urbano para uma e outra região a partir da observação de situações já implantadas. Para tal, utilizam-se conceitos oriundos das ciências Arquitetura, Geografia, Engenharias Urbana e de Transporte, além de Urbanismo na realização das referidas análises: como estas trazem em seus escopos diferentes abordagens sobre o uso do espaço urbano percebe-se uma grande sinergia entre ambas para o objetivo pretendido. Como método de análise, pretende-se utilizar dados oficiais fornecidos pelas organizações públicas em questão para, em seguida, inferir de forma objetiva desdobramentos e consequências destes na organização espacial urbana. Apesar de realidades um tanto distintas e procedimentos próprios de cada país para classificar suas áreas urbanas, encontram-se interseções destes conceitos e equivalência de parâmetros. Assim é possível aferir de maneira semelhante e equitativa os dados em questão. A partir destas considerações, debate-se como as zonas urbanas conurbadas em cada território nacional podem ser íveis observação e extrapolação para as zonas de fronteira, contudo deve-se as realidades de cada localidade e, ainda, respeitar suas particularidades. Considerando as diferentes formas de divisão nacional de cada país, neste trabalho serão adotadas duas definições de Corrêa (2007) para análise espacial: região e organização espacial. Entenda-se dentro das diversas definições deste autor a visão de região a partir da Geografia Crítica, a qual contempla uma maior diversidade de elementos e mais se aproxima da realidade natural e antrópica dos diferentes espaços analisados. Sendo assim: “Consideram-se o conceito de região e o tema regional sob uma articulação dos modos de produção (...) através das conexões entre classes sociais e acumulação capitalista (...) por meio das relações e entre o Estado e a sociedade local” (Corrêa, 2007, p. 39). Rolnik (2004) complementa esta definição ao definir o escopo e alcance das cidades bem como vincular as áreas urbanas ao espaço produtivo capaz de reproduzir e disseminar o trabalho e o capital no espaço. Para o escopo e alcance das cidades, tem-se que: O espaço urbano deixou assim de se restringir a um conjunto denso e definido de edificações para significar, de maneira mais ampla, a predominância da cidade sobre o campo. Periferias, subúrbios, distritos industriais, estradas e vias expressas recobrem e absorvem zonas agrícolas num movimento incessante de urbanização. No limite, este movimento tende a devorar todo o espaço, transformando em urbana a sociedade como um todo. (...) Na busca de algum sinal que pudesse apontar uma característica essencial da cidade de qualquer tempo ou lugar, a imagem que me veio a cabeça foi de um imã, um campo magnético que atrai, reúne e concentra os homens, antes mesmo de se tornar local permanente de moradia e trabalho. (...) A cidade, enquanto local 1327

permanente de moradia e trabalho, se implanta quando a produção gera um excedente, uma quantidade de produtos para além da necessidade de consumo. (...) Falamos do poder de atração das cidades, de como a aglomeração urbana também é uma escrita de sua dimensão política. Tudo isto se refere a um tipo de espaço que, ao concentrar e aglomerar pessoas, intensifica as possibilidades de troca e colaboração entre os homens, potencializando sua capacidade produtiva. (Rolnik, 2004, p. 12-26) Desta maneira, a concentração de atividades residenciais, comerciais e industriais em um espaço delimitado caracteriza (basicamente) o espaço de uma cidade. Contudo, conforme frisado por Rolnik (2004), as cidades possuem a capacidade de atrair pessoas e investimentos ao longo do tempo, fato que causa seu crescimento urbano, consequentemente, a expansão de sua área no espaço. Contudo, Santos (2010) define o ritmo de crescimento como desigual, heterogêneo e concentrado em poucas cidades, as quais funcionam como aquelas capazes de atrair fluxos de diferentes naturezas. Paralelamente, enquanto algumas poucas cidades crescem em um ritmo urbano-econômico-espacial acelerado, outras também o fazem, mas com menor intensidade, tornado-se polarizadas pelas maiores. Este tipo de relação é percebido, no objeto em questão, principalmente, no caso brasileiro, nas cidades ao entorno de Foz do Iguaçu (IBGE, 2010) e, no caso paraguaio, no entorno de Ciudad del Este (DGEEC, 2012). Conjuntamente, a organização espacial na analisa como objetos físicos e geográficos estão organizados, tanto em seus domínios físicos e como no ambiente sob interferência antrópica. Desta maneira, por organização espacial pode-se aferir: (...) A geografia viabiliza o seu estudo pela sua organização espacial. Em outras palavras, a geografia representa um modo particular de se estudar a sociedade. (...) Ao mesmo tempo, expressa um fenômeno da sociedade. Neste sentido a organização espacial é também um objeto, uma materialidade social. (...) Como materialidade, a organização espacial é uma dimensão da totalidade social construída pelo homem ao fazer sua própria história. Ela é, no processo de transformação da sociedade, modificada ou congelada e, por sua vez, também a modifica e congela. A organização espacial é a própria sociedade especializada. (Corrêa, 2007, p. 53) Estudos consagrados em outros campos científicos além da Geografia citam sobre a precisão e detalhamento técnicos pertinente aos projetos de urbanização e operação de sistemas integrados de transporte urbano. Na Engenharia Urbana, Abiko (2013) e Rossi (2013) mencionam que a visão sistêmica pertinente a esta ciência observa o espaço como um meio ível de intervenção antrópica para otimização de uso. Desta maneira, as intervenções urbanas estudadas nas duas políticas de transporte integrado implantadas nas regiões metropolitanas mencionadas também podem ser caracterizadas pelo escopo desta ciência. A ação conjunta dos transportes aliada ao crescimento urbano e a dinamização de fluxos no espaço cria uma intersecção cruzada de conhecimentos entre as ciências humanas 1328

(aqui representada pela Geografia) e as Engenharias (aqui expostas as subáreas Urbana e de Transportes). A Engenharia de Transportes menciona distâncias ideais (teóricas) para deslocamento de pessoas aos equipamentos públicos de transporte, de suas residências aos locais de trabalho. Uma das formas de alcançar a máxima eficiência, sendo esta entendida como headway4 razoável entre os veículos para transportar rapidamente os ageiros de cada linha nos diferentes modos de transporte. Estes possuem um alcance máximo (de distância) para cada viagem. Quando este é demasiado estendido o headway aumenta gradativamente, causando demora no retorno dos veículos e, consequentemente, mais ageiros permanecem nas paradas e estações por mais tempo. Entretanto, percebe-se que para aglomerados urbanos formados por cidades médias muitas vezes estes indicadores são apenas teóricos que em muito não conseguem ser plenamente ou mesmo parcialmente aplicados, principalmente nos horários de maior demanda e movimento de ageiros. DINÂMICA ESPACIAL NA REGIÃO DA TRÍPLICE FRONTEIRA SUDOESTE No tocante a América Latina, ONU (2012) menciona que a maioria grande parte destas cidades expandem-se horizontalmente em um ritmo maior que o necessário para comportar seus novos habitantes. Ou seja, a taxa de crescimento demográfico cresce em ritmo inferior taxa de expansão urbana das médias e grandes cidades deste subcontinente. Isto é observado também na região em questão, onde a formação de novos bairros em áreas mais distantes das respectivas áreas centrais ocorre em ritmo superior ao adensamento de outros já existentes. Neste contexto, tem-se que os aglomerados urbanos desta região possuem carências muitas vezes decorrentes de processos de urbanização não planejados e contínuos, resultando em grande carência de serviços básicos à população e infraestrutura subadequada às necessidades locais. Santos (2010) menciona que a urbanização latino-americana possui características próprias e específicas, distinguindo-a de processos semelhantes em outros continentes, a exemplo da América do Norte. Dentre eles, destacam-se os problemas: O sítio urbano de boa parte das cidades foi escolhido por conta de outros problemas anteriores a era dos transportes, salvo algumas cidades planejadas do século XX; Irreversibilidade do êxodo rural e concentração de terras em grandes propriedades agrícolas que, ao aglomerar a grande parcela de solos agricultáveis, expele o trabalhador do campo para as cidades sem perspectivas reais de emprego; Peso da história e contexto de independência; Independência política anterior à era dos transportes modernos, o que dificulta a formação de uma rede e adequada organização do espaço nacional (e urbano); Zonas de degradação contíguas aos centros modernos das grandes cidades, ocupando prédios das eras históricas. Contudo, apesar de citar até aqui limites e afirmações acerca de cidades e seu respectivo arranjo espacial, faz-se necessário a definição de aglomeração urbana para prosseguir na referida discussão a cerca do espaço de fronteira sudoeste brasileiro. Segundo Matos (2000), o conceito de aglomerados urbanos: “Embora semelhante ao de região metropolitana, serve para designar outros espaços urbanos, situados em nível 4

Segundo Ferraz (2004), headway corresponde ao intervalo entre as viagens (ou atendimento) entre os veículos de uma determinada linha. Sua unidade de medida é expressa em veículos por minutos (veic/min).

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submetropolitano, que congregam mais de uma cidade, notadamente cidades que começariam a experimentar o processo de conurbação.” (Matos, 2000, p. 02). Com isto, pode-se mencionar que as cidades de um determinado espaço (nacional ou continental) funcionam conforme uma rede hierarquizada, onde existem alguns pouquíssimos nódulos principais no topo da cadeia, em medida que os níveis diminuem (consequentemente restringe-se o espaço ou recorte espacial analisado), aparecem localidades subcentrais com atuação em espaços mais s. No tocando a Foz do Iguaçu, de acordo com IBGE (2010) observa-se a cidade de São Paulo (SP) em nível primário, Curitiba (PR) no nível secundário, Londrina (PR) em nível terciário e, Cascavel (PR) em nível quaternário e, finalmente, a cidade mencionada ao início. Percebe-se que sua zona de atuação está restrita a uma faixa coincidente ao espaço fronteiriço próximo, contendo municípios demograficamente menores e com atividades urbano-econômicas restritas. Conforme mencionado, as cidades são centros de geração de riqueza e trabalho em nível nacional. Estes refletem a distribuição econômica produtiva de um país, sempre dividido em regiões. Santos (2007) menciona que, ao longo do tempo, as regiões de um determinado país especializam-se em determinadas atividades, sejam estas produtivas ou gestoras, buscando o equilíbrio econômico da nação. Entretanto, apesar de objetivado este não é necessariamente alcançado e o que se percebe é a concentração de recursos e atividades em uma determinada região em detrimento de outras. Na região Sudoeste do Estado do Paraná (Brasil), a cidade de Foz do Iguaçu é o centro urbano-econômico regional que concentra (localmente) as atividades urbanas (como serviços de educação, saúde e nódulos de transportes para outras regiões) e econômicas (em especial comerciais, armazenamento e fiscalização). Pela classificação do IBGE, é definido como Centro Regional A, exercendo influência sobre cidades próximas, povoados e zonas rurais. Entretanto, por sua posição no território brasileiro sob a faixa de fronteira, sua área de influência não está restrita apenas ao território nacional, mas sim a cidades no exterior, principalmente sobre as vizinhas Ciudad del Este no Paraguai e Puerto Iguazú na Argentina. Seja por motes comerciais e/ou turísticos, estas três cidades comportam-se como um aglomerado urbano tipicamente definido por Matos (2000), mas situado em áreas transnacionais. De acordo com IBGE e INDEC (2010) em conjunto a DGEEC (2012), nos censos nacionais de população e moradia, apontam-se em diversos momentos as relações entre estes municípios na são pontuais, mas contínuas e cotidianas, onde pessoas de determinada nacionalidade reside em seu país de origem, mas trabalha e/ou estudo no país vizinho, realizando viagens internacionais todos os dias. Esta constatação é possível a diversos acordos de circulação entre pessoas no espaço dos países do Mercosul, conforme mencionado por Rossi (2013): a partir destes acordos, não apenas o fluxo entre os países é permitido de maneira mais simples, mas também as relações de trabalho e comércio são permitidas em iguais condições. Estas relações permitem, por exemplos, que trabalhadores paraguaios possam ser empregados em empresas brasileiras, gozando dos mesmos direitos e deveres que seus congêneres brasileiros e, ao fim do tempo total de serviço, serão aposentados de acordo com as regras do instituto de previdência arrecadador de suas contribuições. Contudo, ainda não está definido se ele será um beneficiário direto do INSS brasileiro (onde contribuiu ao longo de toda sua vida) ou paraguaio (onde poderá retornar ao fim de sua carreira). CONCLUSÕES E OBSERVAÇÕES Atualmente, Hall (2006) menciona que a pós-modernidade permite relações distinta de tempos ados e assim novas possibilidades aram a ser exploradas pelo capital. Desta 1330

maneira, o espaço produtivo não está ao espaço de um país, mas sim na complementação produtiva de diversos países. Santos (2007) menciona que a urbanização produtiva da América Latina não foi fomentada pelos países componentes deste subcontinente, mas sim por países desenvolvidos que buscavam redistribuir suas plantas industriais e produtivas em áreas com menores custos de implantação que em seus países de origem. Desta maneira, os países do Mercosul, na atualidade buscam a formação de um mercado próprio e integrado pois, antes, sua vocação econômica não estava voltada para este fim, considerada descentralizada e voltada apenas para o mercado internacional. Com isto, o espaço destes países apresenta diversas cidades que, por muitas razões históricas expandiram suas áreas urbanas conjuntamente, mas na atualidade percebem este fenômeno com maior intensidade devido ao crescimento econômico que experimentam. No tocante a região aqui vista, percebe-se que as atividades produtivas estão localizadas nas cidades dos países que oferecem maior vantagem ao capital. Por exemplo, diversas empresas comerciais estão localizadas em Ciudad del Este por conta dos baixíssimos impostos locais, contudo as mercadorias chegam até lá a partir do Porto de Paranaguá (Paraná) e seguem até Foz do Iguaçu pela BR-277 (Grande Estrada) para, a partir daí, seguir ao referido país e lá ser finalmente posta a venda. Os proprietários destes estabelecimentos, em grande parte, são brasileiros residentes na fronteiriça cidade de Foz do Iguaçu. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ABIKO, Alex. Engenharia Urbana: Conceitos e Desafios. Rio de Janeiro: Aula Inaugural do Mestrado Profissional em Engenharia Urbana, 2013. BANISTER, David. Integrated Transport: From Policy to Practice. Londres e Nova York: Routledge, 2010. CHIAVENATO, Idalberto. istração Financeira: Uma Abordagem Introdutória. Rio de Janeiro: Elsevier, 2005. CORRÊA, Roberto Lobato. Estudos sobre a Rede Urbana. Rio de Janeiro: Bertrand Brasil, 2006. CORRÊA, Roberto Lobato. Região e Organização Espacial. São Paulo: Ática, 2007. DGEEC. Censo Nacional de Población y Viviendas. Fernando de la Mora (Paraguai), Editora DGEEC, 2012. FERRAZ, Antônio Clóvis. Transporte Público Urbano. São Carlos: Rima, 2004. HALL, Stuart. A Identidade Cultural na Pós Modernidade. Londres (Reino Unido), Editora DP&A, 2006. IBGE. Censo Populacional de 2010. Brasília: Editora IBGE, 2010. INDEC. Censo Nacional de Población, Hogares y Viviendas 2010. Buenos Aires (Argentina), Editora INDEC, 2010. MATOS, Ralfo. Aglomerações Urbanas, Rede de Cidades e Desconcentração Demográfica no Brasil. In: X Encontro Nacional de Estudos Populacionais, 2000, Caxambu. Anais do XII Encontro Nacional de Estudos Populacionais, 2000. Belo Horizonte: ABEP/CEDEPLAR, 2000 ONU. Estado de las Ciudades de América Latina y Caribe: Rumbo a una Nueva Transición Urbana. Rio de Janeiro: Editora ONU, 2012. ROSSI, Angela Maria Gabriella. Notas do Curso Introdução à Engenharia Urbana. Rio de Janeiro: Material Didático de Aulas para o Mestrado Profissional em Engenharia Urbana, 2013. ROLNIK, Raquel. O que é Cidade. São Paulo: Brasiliense, 2004.

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SANTOS, Milton. Ensaios sobre a Urbanização Latino-Americana. São Paulo: Edusp, 2007. SANTOS, Milton. A Urbanização Desigual. São Paulo: Edusp, 2010.

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I Congresso Fluminense Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente. Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro.

REQUALIFICAÇÃO DE INFRAESTRUTURA URBANA: PROPOSTA PARA UMA NOVA PERIMETRAL BRUNO BORGES MAMEDE1; LUCAS DEVIDES MORENO2; LUÍS SOARES JÚNIOR3 1 Geógrafo Mestrando em Engenharia Urbana por PEU/POLI/UFRJ ( [email protected]) ( ) 2 Engenheiro Civil Mestrando em Engenharia Urbana por PEU/POLI/UFRJ ( [email protected] ( [email protected]) 3 Graduando em istração por /UGF ( [email protected]) (

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: Este artigo possui como objetivo demonstrar que estruturas urbanas tidas como obstáculos e causadoras de degradação da área de entorno podem ser requalificadas, não apenas para integrar o ambiente urbano, mas conferirr novos usos dentro de sua destinação inicial. Também é possível aferir usos mais amplos e com maiores benefícios para a população local. O caso em questão neste estudo é uma nova proposta de uso para a chamada Avenida Perimetral, na cidade do Rio de Janeiro Janei (RJ). PALAVRAS-CHAVE: Geografia dos Transportes, Urbanismo Sustentável, Transporte Público Integrado ABSTRACT: This paper’s objective is to demonstrate how urban structures considered as obstacles and cause of urban degradation in the surrounding areas would be requalified, not only to integrate the urban environment, but to attribute new forms of usage on its initial purpose. There is alto the possibility to input larger and expanded forms of usage with bigger benefits for the local population. The urban an structure studied in this article is the proposal of a new purpose for the elevated road called Avenida Perimetral, located in the city of Rio de Janeiro (RJ). KEYWORDS: Transportation Geography, Sustainable Urbanism, Integrated Public Transportation

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INTRODUÇÃO: PROPOSTA E OBJETIVO Conforme mencionado, este artigo busca estudar a situação da Avenida Perimetral, localizada na zona portuária (desde os bairros de Cajú e São Cristóvão na Zona Norte até o Aeroporto Santos Dumont, no Centro da cidade, transando os bairros de Santo Cristo, Saúde e Gamboa ao longo de seu percurso) em vista ao seu destino atual em face de um uso alternativo proposto pelos autores. Isto posto, este estudo apresenta a possibilidade de conversão em via ferroviária, completamente integrada aos principais eixos modais da cidade do Rio de Janeiro, em paralelo a criação de novos terminais e corredores de circulação para o transporte público, além da requalificação de toda a área de entorno do projeto. O trecho em questão corresponde a 09 quilômetros de intervenção, sendo a maior parte, 7,5 quilômetros correspondentes a Avenida Perimetral propriamente dita e o restante uma extensão de seu percurso. Esta intervenção inicia-se na intersecção da Avenida Brasil com a Avenida João Goulart – Linha Vermelha segue paralela a primeira avenida até a subida da Avenida Perimetral, transando toda sua extensão elevada e o trecho final desde a sai descida até a Praça Senador Salgado Filho, em frente ao Aeroporto Santos Dumont e já situada no Central Bussiness District (CDB) da Região Metropolitana do Rio de Janeiro. Acredita-se que a requalificação de estruturas e o seu aproveitamento racional para fins de implementos urbanísticos é capaz de promover em escala local (por exemplo) o desenvolvimento de áreas específicas de uma determinada cidade ou mesmo aglomerados urbanos. Corrobora-se desta maneira com as ideias de Rossi (2003) e Silva (2012) de que, mesmo sobre intervenção de grupos sociais distintos, a cidade pode desenvolver-se sobre critérios de racionalidade, otimização de usos e práticas sustentáveis. Desta maneira, percebem-se não apenas benefícios econômico-financeiros, mas também outros mais complexos de mensuração numérica, contudo extremamente importantes para o cotidiano urbano. No objeto tratado neste artigo, uma avenida elevada na região central da segunda maior metrópole brasileira (IBGE, 2013), a sua nítida saturação nos horários de maior demanda proporciona grandes perdas de tempo aos usuários, bem como o aumento da poluição sonora e atmosférica do entorno, formação de ilhas de calor e desgaste dos componentes de cada automóvel em circulação. A metodologia utilizada consiste na composição de custos para a transformação do atual viaduto rodoviário para um viaduto ferroviário que comporte o próprio peso da estrutura, além das veículos em circulação, estações e cargas adicionais variáveis (ageiros, equipamentos de vias e estações, por exemplo), bem como o prolongamento do trecho na direção norte (em via já existente) e sul (em nível até as proximidades do Aeroporto Santos Dumont) da Avenida Perimetral. Consideram-se a posição das estações nas proximidades de terminais já existentes ou de polos comerciais previstos. A justificativa desta proposta está baseada na transformação da atual área em degradação no entorno da área portuária a partir da renovação dos equipamentos urbanos já existentes e permitindo a circulação de ageiros em modos de maior capacidade. Também busca-se a formação de estações e corredores de transporte no locais próximos da via a partir de técnicas de desenvolvimento orientado de transportes públicos. CONTEXTUALIZAÇÃO DA AVENIDA PERIMETRAL Esta via elevada foi construída durante os anos 1960 como opção de ligação expressa entre as zonas Norte e Sul da cidade do Rio de Janeiro (RJ). Esta conforta o trecho final de um conjunto de vias expressas que se inicia na orla de Copacabana até a entrada da Avenida Brasil, principal eixo de circulação entre as zonas Norte e Oeste, além do o a todas as estradas federais que chegam à cidade. 1334

Atualmente, sua istração está englobada dentro do Projeto Porto Maravilha, primeira operação urbana consorciada do município. Esta é efetivada pela Prefeitura da Cidade do Rio de Janeiro (por intermédio da Companhia de Desenvolvimento da Região do Porto do Rio de Janeiro – CDURP) e o consórcio privado Porto Novo S/A. As leis complementares municipais (LCM/RJ) 101 e 102 de 2009 criaram e definiram os objetivos, agentes e termos da Operação Urbana Porto Maravilha, bem como a própria CDURP. Dentre as principais metas da operação urbana está a demolição do trecho elevado da Avenida Perimetral entre o Terminal Rodoviário Novo Rio e o Aeroporto Santos Dumont. Como principais argumentos, a concessionária privada e o poder público defendem a integração entre o Porto do Rio de Janeiro (propriamente) dito e seus bairros lindeiros, reverter a degradação urbana causada pela estrutura da via e, principalmente, a saturação máxima atingida pela via. Projetada para atender a 02 mil veículos por hora e por sentido em sua demanda máxima (horários de pico), o contingente atual alcança mais de 10 mil veículos. Suas quatro faixas (duas por sentido) serão substituídas por dez novas faixas distribuídas na nova Avenida Binário do Porto (atualmente em construção) e a remodelação da Avenida Rodrigues Alves, que será convertida em Via Expressa (CDRUP, 2013). Além do espaço para a circulação de veículos rodoviários também estão previstas linhas novas de Veículos Leves sobre Trilhos (VLTs) transcorrendo o percurso das novas avenidas. Desta maneira, a proposta de requalificação da Avenida Perimetral aqui apresentada não busca desqualificar a intenção atual do projeto em execução, mas sim demonstrar que é possível a utilização desta estrutura elevada ainda em sua intenção original (como corredor para circulação de transportes). Não exclui-se a possibilidade de construção da avenida Binário do Porto, mas sugere-se a conversão da avenida Rodrigues Alves em uma via para circulação exclusiva de ônibus (em corredores tipo Bus Rapid Transit – BRT) e VLTs, com praças e espaços públicos integrados para a população, além de uma via metroviária suspensa (na atual via elevada) em toda a extensão da atual Perimetral e trecho adicional. Para efeitos de diferenciação na nomenclatura, o novo corredor multimodal proposto será denominado Nova Perimetral. NOVA PERIMETRAL: PROJETO DO CORREDOR MULTIMODAL INTEGRADO De acordo com Ferraz (2004) e Bannister (2010) as políticas que buscam a integração e convergência de diversos sistemas de transportes podem formar ou contribuir para o funcionamento de uma rede mais dinâmica e fluída. Em concordância, Chiavenato (2005) e Barat (2007) mencionam que a integração é capaz de gerar economias de custos na operação e manutenção, bem como proporcionam maior eficiência na operação total do sistema de transportes. Conforme mencionado, o corredor metroviário da Nova Perimetral coincide com parte do traçado planejado da linha 05 do Metrô Rio (CENTRAL, 2013) e consta no Plano Diretor de Transportes Urbanos 2012 (PDTU/RJ). Desta forma, justifica-se assim esta proposição a partir de estudos prévios e a utilização de estruturas já existentes para sua implantação. Na proposta da Nova Perimetral são previstas 06 estações: Avenida Brasil (intersecção das avenidas Brasil e Presidente João Goulart), Novo Rio (em frente ao terminal rodoviário já existente), Cidade do Samba/Porto Novo (nas proximidades da atual Cidade do Samba), Praça Mauá, Praça XV e Santos Dumont. A exceção do trecho em elevado, todo o restante será construído em nível do solo. Todo este trecho conforta uma extensão de 09 quilômetros de percurso. Complementar a este traçado indica-se a construção de quatro terminais metropolitanos integrados nas estações Avenida Brasil, Praça Mauá e Praça XV, além da 1335

adaptação e ampliação do atual Terminal Henrique Lotte (estação Novo Rio) para um terminal do porte proposto. No custo das estações Cidade Nova/Porto e Santos Dumont estão previstos pequenos terminal de ônibus, com pontos de parada para as linhas da via, pontos terminais e espaços para agem de veículos VLT e paradas do corredor BRT que pode ser construído em nível do solo, logo abaixo da nova via elevada metroviária. Os terminais metropolitanos das estações Praça Mauá e Praça XV podem ser construídos nas áreas já existentes reservadas a paradas de ônibus municipais e metropolitanos, onde hoje encontramse aglomerados de pontos de ônibus, tal como o terminal da estação Novo Rio pode ser reconstruído e ampliado onde já se encontra atualmente. Ressalta-se também a integração multimodal ao longo de todo o corredor: com o sistema previsto de VLTs entre as estações Novo Rio e Santos Dumont, corredor BRT na parte inferior a via elevada (mesma extensão e traçado), o já existente Terminal Novo Rio e a estação das Barcas na Praça XV e o próprio Aeroporto Santos Dumont. Estes pontos-chave de transporte expressam claramente o viés (ou objetivo) integrador multimodal pretendida, considerando-se apenas as estruturas já existentes ou em construção. Em suma, este corredor metroviário pretende unificar em um mesmo espaço de circulação estações de embarque local, metropolitano, nacional e internacional, em modos terrestre, aéreo e aquático. Este é o principal benefício e vantagem competitiva deste corredor, principal mote de ineditismo para implantação no Brasil. Desta forma, justifica-se assim esta proposição a partir de estudos prévios e a utilização de estruturas já existentes para sua implantação, reduzindo drasticamente seus custos de construção e implantação. Segundo a Agência Nacional de Transportes Terrestres (ANTT) o estudo para construção do primeiro Trem de Alta Velocidade (TAV), mais de 75% dos custos da construção de infraestruturas de transportes provém de obras civis e compensações/questões ambientais (ANTT, 2013). Ao considerar que a estrutura já está implantada e os impactos/compensações ambientais serão bem pequenos, ite-se que este corredor apresenta-se como solução sustentável. Paralela e complementarmente a requalificação aplica-se o conceito de Desenvolvimento Orientado para Transporte Público (Transit Oriented Development – TOD) conforme estudado por Bernick e Cervero (1996) e detalhado por TR (2005). Este indica a estruturação e adensamento das construções segundo a proximidade e oferta de transporte público. Assim, os novos empreendimentos empresariais previstos já estariam próximos a oferta de transporte necessária. Além da qualificação técnico-paramétrica, TR (2005) indica alguns casos específicos de aplicação TOD em vias elevadas. Um exemplo concreto está no sistema de metrô elevado de Chicago no estado de Illinois (Estados Unidos da América), Chicago Elevated, onde diversas estações do sistema transam altos edifícios comerciais importantes localizados no CDB da Área Metropolitana de Chicago (Chicago Metropolitan Area ou Greater Chicago). Em algumas destas, ocorre a integração para ônibus locais e metropolitanos, trens terminais rodoviários suburbanos, nacionais e internacionais, bem como serviço de balsas (ferry boats) através do Lago Michigan. Acevedo (2006), Serrano (2005) e Valentín (2007), demonstram como diretrizes TOD podem ser aplicadas a cidade de San Juan, capital portorriquenha (Caribe), ao analisar os bairros de Hato Rey, Santurce e Río Piedras, todos localidades destacadas dentro da Área Metropolitana de San Juan, por motivos econômico-financeiros e também no contexto de Transportes. Acevedo (2006) menciona que os corredores BRT Metro Urbano funcionam como alimentadores de municípios menores até o tronco principal, expresso pelo Trén Urbano, como é conhecido o sistema de metrô local. Ao o que Serrano (2005) e Valentín (2007) indicam a estruturação de vias arteriais em zonas comerciais como principais eixos de circulação para transportes públicos, com vias segredadas e preferência de agem, estas 1336

integradas ao sistema metroviário existente. Desta maneira, não apenas a circulação de grandes quantidades de ageiros é garantida de maneira mais rápida, mas principalmente, o seu direcionamento está imediatamente nas proximidades de pontos de interesse e circulação. NOVA PERIMETRAL: ASPECTOS TÉCNICO-FINANCEIROS De acordo com o Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT, 2013), os viadutos têm como objetivo permitir uma melhor situação de escoamento de veículos. Por outro lado, com o acréscimo destes de maneira desordenada, estas soluções tornam-se inadequadas ao longo do tempo. Com o crescimento das cidades novas soluções devem ser apresentadas para garantir a manutenção da qualidade de vida. Toda estrutura elevada de transporte (pontes ou viadutos), devem atender a integridade das pessoas e dos veículos que por ela circulam. A sua rigidez é importante para que sua construção traga conforto, segurança e resista à vibração durante a agem de cargas dinâmicas.. Segundo Neto (2006), para execução de um viaduto necessita de estudos prévios sobre Estruturas, Concreto Armado e Protendido, Mecânica dos Solos, Geologia, Hidráulica e Hidrologia, Matérias, Topografia, Estradas, Fundações, entre outros. Estes serviços citados demonstram a complexidade para elaboração de uma obra de infraestrutura desse porte. Existem duas classes de viadutos, sendo estes: Viadutos Rodoviários, onde as cargas acidentais são orientadas pela norma NBR 7188; Viadutos Ferroviários, onde as cargas acidentais são orientadas pela norma NBR 7189. O mesmo autor afirma que as cargas atuantes sobre um viaduto estão separadas em duas partes: permanentes (peso próprio da estrutura, empuxo de terra, deformação imposta pela retração, fluência e recalque dos apoios) e acidentais (força centrífuga, choque lateral, efeitos de frenagem e aceleração, variações de temperatura, ação dos ventos e cargas dinâmicas). A carga dinâmica foi pautada pela NBR 7188 – Trem Tipo Classe 45 (veiculo tipo de 450 KN de peso total) pois, quando dimensionada, previa um trafego superior a 1000 veículos/dia. Este dimensionamento inicial do viaduto torna confortável a escolha em questão. Segundo a NBR 7189 diz que trens tipo TB 170 (veiculo tipo de 170 KN de peso total) utilizado para transporte de ageiros em regiões metropolitanas ou suburbanas. Reduzindo sua carga dinâmica em até 165%, pode-se usar este excedente de carga/peso para construção de terminais de ageiros. Para a requalificação elaborou-se uma planilha de custo, considerando a implantação da malha ferroviárias (18 quilômetros, em duas vias de 09 quilômetros de extensão), 06 estações de ageiros tratamento urbanístico em combate da degradação da região e os outros elementos já mencionados na sessão anterior. O custo financeiro da Nova Perimetral foi obtido a partir de informações retiradas do relatório de custos unitários de construção da Agência Nacional de Transportes Terrestres (ANTT, 2013) e composição de preços unitários SICRO e levantamento de quantitativos sobre a estrutura elevada da Avenida Perimetral fornecidas por CDURP (2013). Para este calculo foram consideradas as seguintes condições: lastramento de brita (H=0,30), dormentes protendidos (bitola 1,450 mm) e trilhos (UIC 60), como mostra um estudo de custos unitários, para construção do Trem de Alta velocidade, ligando Rio de Janeiro – São Paulo – Campinas, apresentado por ANTT (com valores de serviços retirados de SICRO/SP). O valor do reajuste acrescido encontra-se de acordo com o Índice Nacional da Construção Civil (INCC) e o custo de eletrificação da via dado por TM (2012).

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As estações de ageiros são projetadas como construções de até 2.500 m², considerando-se 800 m² pertencentes a estação propriamente dita e 1700 m² materializados em um terminal metropolitano integrado. Apenas duas estações terão tamanho padrão (com simples paradas para ônibus, estações condensadas de BRTs e VLTs) enquanto as outras possuirão o tamanho máximo. O preço para a construção é de R$1.024,63/m², conforme o Sindicato da Indústria da Construção Civil de São Paulo (SINDUSCON-SP, 2013), majorando em até 40% para detalhes de sofisticação do acabamento. Serviços complementares como drenagem, execução da estrutura, não são considerados, pois a proposta está na utilização da via elevada em sua forma atual. Complementarmente, estes serviços já se encontram em execução pela operação urbana consorciada Porto Maravilha. CONCLUSÃO E RESULTADOS ESPERADOS Bruegamnn (2005) e Corrêa (2007) afirmam que as grandes cidades possuem características a expansão horizontal e vertical como características intrínsecas. Com o ar do tempo conurbam-se as suas vizinhas e formam aglomerados urbanos e metropolitanos. Bannister (2010) complementa esta informação ao mencionar que o dinamismo próprio de aglomerados urbanos e metrópoles demandam soluções inteligentes e dinâmicas, capazes de responder a demanda presente e futura de deslocamento de ageiros pelo espaço. Ainda, Corrêa (2006) corrobora a esta linha de pensamento ao apresentar estas zonas como redes urbanas integradas e interdependentes em suas atividades econômicas e demandas sociais. Rossi (2003) apresenta o urbanismo sustentável como uma solução ível de aplicação para o crescimento e ordenamento urbano em vista a manutenção e implemento da qualidade de vida dos habitantes envolvidos. Silva (2012) complementa estas informações, em conjunto a Ferraz (2004) e Bannister (2010) ao afirmar que a escolha racional de um ou mais modos para uma determinada região é capaz de proporcionar deslocamentos mais rápidos e eficientes. Desta forma, todos os autores corroboram com a ideia de que a formação de uma rede integrada de transportes é um dos instrumentos capazes de proporcionar mais tempo livre aos ageiros e um ambiente mais limpo e saudável. Chiavenato (2005), afirma também que a eficiência e racionalização de processos e sistemas é capaz de materializar maiores benefícios e vantagens competitivas para usuários diretos e indiretos do sistema, bem como seus respectivos operadores e gestores. Esta proposta buscou apresentar uma alternativa ao quadro atual de transportes metropolitanos na Região Metropolitana do Rio de Janeiro (ou Grande Rio) em face ao atual estagnamento e insuficiência percebidos nos transportes públicos. Em um mesmo eixo integram-se deslocamentos para áreas dentro do município, para localidades da metrópole e destinos mais longínquos no Brasil e exterior. A multimodalidade apresentada é a principal vantagem competitiva deste corredor, pois não apenas integra-se redes já existentes, mas interliga-as com outras que estão isoladas proporcionando novas alternativas de deslocamento. Utilizando-se do projeto já existente da linha 05 proposto por CENTRAL, este corredor já possui os pré-requisitos para interligar ainda a Cidade Universitária da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), o Aeroporto Internacional do Rio de Janeiro (AIRJ), com integração deste ao corredor BRT TransCarioca (para as zonas Norte e Oeste da cidade), atualmente em construção, e a área comercial da Ilha do Governador a partir do tramo norte. Também é ível de integração com a rede metroviária já existente, pois a (planejada) estação Santos Dumont encontraria-se a menos de um quilômetro da estação Cinelândia da linha 01 (um) do Metrô Rio e, consequentemente, integraria o atual CDB do

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Rio de Janeiro a nova área de expansão comercial da zona portuária rapidamente, bem como a linha proposta a rede atual. ite-se que esta proposta não é suficiente para a implantação deste corredor e diversos estudos complementares são necessários até a sua definitiva execução. Contudo, o propósito esperado deste artigo é debater a questão da requalificação de estruturas urbanas em face à racionalização e integração de redes e sistemas de transportes, implementação da qualidade de vida metropolitana e a proposição de alternativa de uso a equipamentos e zonas urbanas degradas em processo acentuado de saturação e degradação. Com isto, no caso desta via, sua destinação inicial de corredor expresso de transportes permanece bem como seu uso é ampliado e integrado a nova dinâmica urbano-espacial em consolidação atual. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ACEVEDO, Paul. El Impacto Sócio-Economico de la Alternativa Integrada de Transportes (ATI) en el Centro Urbano de Río Piedras. San Juan (Puerto Rico), Editora de la Universidad de Puerto Rico (UPR), 2007. BANISTER, David. Integrated Transport: From Policy to Practice. Londres e Nova York: Routledge, 2010. BARAT, Josef. Logística, Transporte e Desenvolvimento Econômico. São Paulo: Editora CLA, 2007. BERNICK, Michael e CERVERO, Robert. Transit Village in the 21st Century. Berkley: Editora McGraw Hill, 1996. BRUEGMANN, Robert. Sprawl: A Compact History. Chicago: University of Chicago Press, 2005. BULLARD, Robert. Growing Smarter: Achieving Liviable Comunities, Environmental Justice and Regional Equity. Boston: The MIT Press, 2007. CENSO DEMOGRÁFICO: Banco de dados disponível em: www.ibge.gov.br. o em: 10 de Abril 2013. CHIAVENATO, Idalberto. istração Financeira: Uma Abordagem Introdutória. Rio de Janeiro: Elsevier, 2005. DADOS DIVERSOS: Banco de dados disponível em: www.antt.gov.br. o em: 10 de Abril de 2013. DADOS DIVERSOS: Banco de dados disponível em: www.cdurp.rio.rj.gov.br. o em: 10 de Abril de 2013. DADOS DIVERSOS: Banco de dados disponível em: www.tm.sp.gov.br. o em: 10 de Abril de 2013. DADOS DIVERSOS: Banco de dados disponível em: www.dnit.gov.br. o em: 10 de Abril 2013. DADOS DIVERSOS: Banco de dados disponível em: www.metrorio.com.br. o em: 10 de Abril de 2013. CORRÊA, Roberto Lobato. Estudos sobre a Rede Urbana. Rio de Janeiro: Bertrand Brasil, 2006. CORRÊA, Roberto Lobato. Região e Organização Espacial. São Paulo: Ática, 2007. FERRAZ, Antônio Clóvis. Transporte Público Urbano. São Carlos: Rima, 2004. NETO, Aiello Giuseppe Antônio. Apostila e Notas do Curso de Pontes. São Paulo: Material Didático de Aulas para o Curso de Engenharia Civil, 2006. OPERAÇÃO URBANA CONSORCIADA (UOC) PORTO MARAVILHA: Banco de dados disponível em: www.portomaravilha.com.br. o em: 10 de Abril de 2013. ROSSI, Angela Maria Gabriella. (Organizadora). Ambiente Construído: Reflexões sobre o Desenvolvimento Urbano Sustentável. Rio de Janeiro: Sete Letras, 2003. 1339

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente. Niterói – RJ – Brasi, 21 a 25 de Outubro.

ESTUDO ECONÔMICO DA IMPLANTAÇÃO DE PIQUETES PARA GADO DE LEITE EM UMA PROPRIEDADE RURAL NO MUNICÍPIO DE SÃO FIDELIS -RJ5 LAISE FARIA DE MENDONCA RIGUES DUTRA1, THIAGO FALCI DA FONSECA2, IVENIO MOREIRA DA SILVA3 1

Graduanda em Engenharia Agrícola e Ambiental, UFF, [email protected] Engenheiro Agrícola e Ambiental, [email protected] 3 Prof. M.Sc. Assistente, TER/UFF, (21)2629-5392 (21)2629 [email protected] 2

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: O uso adequado da pastagem permite que o pecuarista obtenha obtenha produtividade e reduza seus custos com sua atividade, seja a produção de leite, carne ou bezerros para recria. A divisão do pasto em piquetes ajuda no controle do pastejo, permitindo que áreas menos nobres também sejam visitadas. O manejo correto dos piquetes piquetes é o ponto de partida para assegurar a eficiência do pastejo rotacionado. Em pastagens bem manejadas as forrajeiras apresentam crescimento vigoroso, protegem melhor o solo e competem de forma vantajosa com as plantas invasoras, resultando em menores gastos g com limpeza e manutenção da pastagem. Com base nesse entendimento, espera-se espera se verificar através da matemática financeira, quais são os ganhos reais ao se optar por tal forma de manejo. O presente estudo buscou dimensionar um sistema rotacionado de pastagem pastagem que visa atender a produção de leite em uma área de 2,55 hectares, pertencente a uma propriedade situada no município de São Fidelis-RJ. Fidelis A área foi dividida em 16 piquetes com período de ocupação de dois dias cada. Verificou-se Verificou o Valor presente Líquido ido e a Taxa Interna de Retorno do empreendimento tendo em vista a Taxa Mínima de Atratividade para os valores de 5%, 10% e 15% ao ano. PALAVRAS–CHAVE: Custos, manejo, recria.

ECONOMIC STUDY OF THE IMPLEMENTATION OF PIQUETES FOR DAIRY CATTLE IN A RURAL PROPERTY IN THE CITY OF ST FIDELIS-RJ FIDELIS ABSTRACT: Proper use of grazing allows the farmer to obtain productivity and reduce costs with its activity, is the production of milk, beef or calves for rearing. The division of pasture in paddocks helps control grazing, zing, allowing less noble areas are also visited. The correct management of paddocks is the starting point to ensure the efficiency of rotational grazing. In the well-managed well managed pastures forrajeiras exhibit vigorous growth, better protect the soil and compete advantageously with invasive plants, resulting in lower cleaning costs and maintenance of grasslands. Based on this understanding, it is hoped through financial mathematics, which are the real gains when opting for this form of management. This study sought to scale a rotational grazing system that aims to meet milk production in an area of 2.55 hectares, belonging to a property located in the municipality of São Fidelis-RJ. Fidelis The area was divided into 16 paddocks with occupation period of two days each. each. It is the Net Present Value and Internal Rate of Return of the project in view of the Minimum Rate Attractiveness for values of 5%, 10% and 15% per year. KEYWORDS: Costs, handling, recreates.

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FONSECA, T. F. Viabilidade Econômica do Dimensionamento de Piquetes para Bovinos Leiteiros, em Sistema de Pastejo Rotacionado otacionado em São Fidelis-RJ. Fidelis . 2012. 43f Trabalho de Conclusão de Curso – Universidade Federal Fluminense, Niterói, RJ, 2012.

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INTRODUÇÃO Nas últimas décadas tecnologias estão sendo desenvolvidas para intensificar o aproveitamento das pastagens destinadas à pecuária brasileira. Dentre essas tecnologias menciona-se a adoção do pastejo rotacionado, que de maneira simplificada pode ser entendido como a divisão da pastagem em áreas denominadas “Piquetes”, onde o rebanho é transferido periodicamente ao piquete seguinte. Para Silva & Junior (2007) O manejo de pastagens e do pastejo, juntamente com a introdução e avaliação de novos cultivares de gramíneas e leguminosas, têm sido alvos importantes da experimentação com plantas forrageiras tropicais no Brasil há muito tempo. Juntamente com a escolha da forrajeira adequada, percebe-se que a eficiência do pastejo rotacionado pode ser garantida mediante o manejo correto dos piquetes. Assim, o uso adequado da área explorada permite o aumento da produção por animal. Segundo o IBGE (2010) a produtividade de leite no Brasil (em litros/vaca/ano) cresceu 12% no período de 2005 a 2010. Ganhos significativos de produtividade ocorreram em todas as regiões, merecendo destaques os crescimentos observados no Sul (19,1%) e no Norte (12,5%) do País. Nos sistemas intensivos de pastejo rotacionado, é muito importante que existam áreas de descanso com sombra, bebedouro e saleiro, para proporcionar conforto aos bovinos. As áreas de descanso ajudam a evitar o estresse térmico, que pode provocar queda na produção de leite e comprometimento da reprodução (reabsorção embrionária e abortos), com diminuição da taxa de concepção. O sombreamento pode ser natural ou artificial. O tamanho da área com sombra deve ser de 10 a 15 m² por vaca, para que não ocorram acidentes como animais pisando sobre outros e machucando principalmente tetos e cauda. A aplicação de um estudo de viabilidade econômica em que sejam consideradas as principais despesas e receitas envolvidas em um período possibilita prever um cenário que mostra a possível realidade da atividade após sua implantação. O empreendedor espera que os riscos da atividade sejam reduzidos à medida que um projeto consistente seja elaborado. Para Sousa (2007), considerando que as decisões mais importantes têm reflexos mais duradouros em uma perspectiva de longo prazo, é importante lembrar que um dos fatores de risco é o tempo. O mesmo autor destaca que um investidor minimamente informado, somente colocará recursos em atividades cuja expectativa de retorno seja suficiente para cobrir os ganhos livres de risco existentes no mercado e compense a magnitude do risco inerente a tal investimento. Segundo Wernke, 2000 o conceito de Taxa Mínima de Atratividade é entendido como “a taxa mínima de retorno que o investidor pretende conseguir como rendimento ao realizar algum investimento”. Pode ser entendida como o retorno que o investidor espera pelo capital empregado em determinado investimento, traduzido a uma taxa percentual sobre o próprio investimento, por um determinado espaço de tempo. Este trabalho estudou a Viabilidade econômica do dimensionamento de piquetes para bovinos leiteiros, em sistema de pastejo rotacionado em São Fidelis, realizando um estudo de caso para uma propriedade familiar. MATERIAL E MÉTODOS O estudo foi realizado com base nas informações de uma propriedade destinada à pecuária leiteira, situado no Norte do Estado do Rio de Janeiro na cidade de São Fidélis, possuindo área total de 8,8 hectares, sendo 3 ha destinados ao pastejo dos animais.

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Para auxiliar no dimensionamento da área dos piquetes, transformou-se o número de animais em quilogramas de peso vivo. No caso da fazendo em estudo, sendo 15 vacas com média de 450 kg de peso vivo, o total encontrado foi de 6.750 kg de peso vivo (450 x 15), seguindo o memorial de cálculo. Para fazer a análise econômica da produção de leite no presente estudo, foram consideradas as seguintes variáveis: • Depreciação das benfeitorias; • Levantamentos dos valores dos custos fixos; • Levantamento dos valores dos custos variáveis; • Cálculo do Valor Presente Líquido (VPL); • Taxa Interna de Retorno (TIR). Os custos anuais foram divididos em custos fixos e custos variáveis para facilitar à análise financeira. Os custos fixos são aqueles que não sofrem alteração de valor em caso de aumento ou diminuição de produção, dentre os quais estão: mão-de-obra registrada, depreciação de benfeitorias, impostos, juros e o pró-labore do empreendedor. Os custos variáreis, como o próprio nome diz, são custos que variam de acordo com os níveis de atividade e produção, como: insumos, despesa operacional, preparo do solo e trato culturais. Os custos fixos e variáveis foram dispostos nas Tabelas 1 e 2, respectivamente. Os coeficientes técnicos e valores apontados no estudo constam Tabela 3. Tabela 1. Custos Fixos anuais Item Imposto Territorial Rural (ITR) Mão-de-obra Energia Elétrica Depreciação do Galpão Juros do recurso captado Total

Valor R$ 40,00 R$ 7.800,00 R$ 720,00 R$ 659,36 R$ 92,19 R$ 9.311,55

Fonte: Própria

Tabela 2. Custos Variáveis anuais Item Suplementação mineral Tratos culturais Manutenção Despesa Operacional Total

Valor R$ 2.280,00 R$ 1.324,62 R$ 1.695,72 R$ 2.500,00 R$ 7.800,34

Fonte: Própria

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Tabela 3. Principais coeficientes técnicos foram relacionados na Tabela 3. Tais parâmetros Coeficientes Técnicos Unidade Valor/Quantidade Valor do litro de leite R$ 0,82 Benfeitorias (Curral) R$ 8.000,00 Custo de formação R$ 7.358,72 Arroba do Bezerro (RJ) R$ 100,00 N.º de Bezerros vendidos/ano Unidade 10 Produção diária Litros 10,00 Vacas Num. De Animais 10,00 Produção Total diária Litros 100,00 litros Fonte: Própria

No estudo considerou-se um período de 10 anos de produção da fazenda, logo os cálculos de depreciação, valor de recursos captados, bem como, os investimentos e as receitas foram calculados levando em conta o mesmo espaço de tempo, e uma TMA de 10%. Os Valores da construção e depreciação do curral estão registrados na Tabela 4. Tabela 4: Valores de depreciação Item Valores Valor Inicial R$ 8.000,00 Valor final R$ 5400,00 Depreciação anual - Linear R$ 260,00 Fonte: Própria

O conceito de Valor Presente Líquido refere-se a trazer ao valor atual o saldo de uma série de “fluxos de caixa”. Este indicador, utilizado em Análises de Investimentos, possibilita o exame da viabilidade somente de um projeto, se possibilitará o retorno mínimo esperado, caso em que o VPL retornará um valor acima de 0 (zero). Não menos, possibilita a comparação entre projetos de investimentos distintos, ordenados segundo o valor apurado através do cálculo deste indicador. A fórmula para cálculo deste indicador é:

Onde i : É a taxa de desconto; j É o período genérico (j = 0 a j = n), percorrendo todo o fluxo de caixa; FC : É um fluxo genérico para t = [0... n] que pode ser positivo (ingressos) ou negativo j

(desembolsos); VPL(i): É o valor presente líquido descontado a uma taxa i; e n: É o número de períodos do fluxo. A taxa Interna de Retorno é obtida ao se igualar a zero o Valor Presente Líquido dos saldos do período em estudo. Para a análise de VPL e TIR do presente estudo, considerou-se o valor de produtividade 10 litros/animal com o número de vacas ordenhadas em 10 vacas e com o preço de venda 1344

igual a R$ 0,82 por litro e com a venda do bezerro macho nascido. Os bezerros são vendidos por R$ 100,00 por arroba, geralmente cada bezerro é vendido com 4 arrobas. RESULTADO E DISCUSSÃO. O memorial de cálculos envolvendo parâmetros zootécnicos, como a escolha da forragem adequada e consumo por animal, resultou em 16 piquetes de 1.250 m². A estrutura do pasto e manejo do rebanho está listados na Tabela 5. Tabela 5. Estrutura do pastejo e manejo do rebanho. Área Total Pastagem Período de Repouso Período de ocupação

Dados 2,55 ha Panicum Maximum cv. Mombaça 30 dias 2 dias

Os saldos de caixa foram submetidos à análise de TIR e VPL, sendo obtidos os valores respectivos de 12% e R$ 7.055,95. Foi possível observar que os saldos da produção ao longo dos anos também seguiram uma tendência favorável para a produção e comercialização do produto, exceto no primeiro ano, entretanto isto pode ser explicado pelo fato de os investimentos em benfeitorias e implantação do sistema têm grande influência no primeiro ano de atividade. CONCLUSÕES Embora a área destinada ao projeto tenha compreendido pequena extensão, foi possível se dimensionar um número satisfatório de piquetes e prever o manejo do plantel. Os valores de VPL e TIR se mostraram favoráveis nas condições estudadas. REFERÊNCIAS FONSECA, T. F. Viabilidade Econômica do Dimensionamento de Piquetes para Bovinos Leiteiros, em Sistema de Pastejo Rotacionado em São Fidelis-RJ. 2012. 43f Trabalho de Conclusão de Curso – Universidade Federal Fluminense, Niterói, RJ, 2012. IBGE. Produção da Pecuária Mundial 2010. Disponível em: .o em: 20 de maio de 2012. SILVA, S. C.; JÚNIOR, D. N. Avanços na pesquisa com plantas forrageiras tropicais em pastagens: características morfofisiológicas e manejo do pastejo. R. Bras. Zootec., v.36, suplemento especial, p.121-138, 2007. Disponível em: http://www.scielo.br/pdf/rbz/v36s0/14.pdf. o em: 09 de Jun. 2013. SOUSA, A. F. Avaliação de Investimentos: Uma abordagem prática. São Paulo: Saraiva, 2007. WERNKE, Rodney. Aplicações do conceito de valor presente na contabilidade gerencial. Revista Brasileira de Contabilidade. Conselho Federal de Contabilidade, n. 126. Brasília: novembro/dezembro 2.000.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

AVALIAÇÃO DE IMPACTOS AMBIENTAIS DE UMA ÁREA DE DISPOSIÇÃO DE RESÍDUOS UTILIZANDO A MATRIZ DE LEOPOLD ANNE BETZLER DE OLIVEIRA GUARIEIRO1, DIRLANE DE FÁTIMA DO CARMO2 1 2

Graduada em Engenharia Agrícola e Ambiental, UFF, 21 3247 3645, [email protected] Doutora em Saneamento, UFF, 21 2629 5387, [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: A disposição final de rejeitos em Aterros sanitários é considerada ambientalmente correta. Entretanto, para a instalação destes empreendimentos é necessário o licenciamento ambiental, visto que impactos poderão ocorrer em sua instalação, operação e desativação, devendo ser previstos. A eficácia da previsão destes, portanto é de suma importância. Um dos métodos habitualmente utilizados para este fim é a Matriz de Leopold. Assim, buscou-se a validação desta metodologia aplicando-a área de disposição de resíduos Costa Verde em Angra dos Reis, considerando apenas a fase de operação. Como subsídios para o levantamento dos impactos ambientais foram obtidos dados com os moradores em entrevistas exploratórias e por meio da observação in loco, buscando identificar os aspectos biológicos, físicos e socioeconômicos envolvidos. Verificou-se que apesar dos critérios e ponderações aplicados serem subjetivos, se caracterizando como uma das falhas do método, permitiram julgar, ainda que de forma restrita, cada ação no aterro, sendo os resultados obtidos facilmente analisados. As dificuldades encontradas na utilização da matriz de Leopold foram a falta de referências bibliográficas sobre sua aplicação, padronizando-a; além do elevado tempo para aplicá-la de forma correta. Apesar disso, verificou-se que os impactos ocorridos em campo na célula desativada da área de disposição de resíduos foram similares aos previstos pelo método, que se mostrou, portanto válido e eficaz. PALAVRAS–CHAVE: impactos; método; Matriz de Leopold

EVALUATING OF ENVIRONMENTAL IMPACTS OF AN AREA USED FOR LANDFILL USING THE LEOPOLD MATRIX ABSTRACT: The disposal of waste in landfills is considered environmentally correct. However, for the setup of those projects is required environmental permits, such as those impacts must be occur in their installation, operation and decommissioning, should be provided. The effectiveness of these prediction therefore is of paramount importance. One of the methods commonly used for this purpose is the Leopold Matrix. Thus, we sought to validate this methodology by applying it to the landfill Costa Verde in Angra dos Reis, considering only the operation phase. As subsidies to survey the environmental impact data were obtained with the locals in exploratory interviews and through on-site observation, seeking to identify the biological, physical and socioeconomic factors involved. It was found that although the criteria and weightings applied are subjective, being characterized as one of the shortcomings of the method, allowed to judge, albeit restricted, every action in the landfill, and the results analyzed easily. The difficulties encountered in the use of the Leopold Matrix were the lack of references on your application, standardizing it, besides the high time to apply it correctly. Nevertheless, it was found that the impact occurred in the cell field off landfill were similar to those in the method, which has proved so effective and valid. KEYWORDS: impact, method, the Leopold Matrix

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INTRODUÇÃO O meio ambiente ecologicamente equilibrado é um direito fundamental, garantido na Constituição Federal (BRASIL, 1988) e, portanto, é relevante identificar formas de preserválo e defendê-lo em ambientes urbanos, principalmente no que diz respeito à geração de resíduos, um dos maiores problemas a serem solucionados por parte das istrações municipais. Para tanto são necessárias medidas de prevenção, que são aplicadas pelos próprios municípios, ou pelos Estados segundo suas capacidades ou por intervenção de órgãos federais. Nesse contexto, destaca-se a Política Nacional de Resíduos Sólidos que foi estabelecida para determinar que se busquem formas de minimização, reciclagem e reúso, bem como o tratamento e a disposição adequada (BRASIL, 2010). A Pesquisa Nacional de Saneamento Básico (IBGE, 2000), mostrou que das 228,413 toneladas de resíduos produzidos diariamente no Brasil, 37% vão para aterros controlados, 36 % são destinados para aterros sanitários, 21% são levados para lixões e o restante é encaminhado para compostagem, usinas de triagem e incineradores. Essa situação deve ser alterada nos próximos anos, visto que a partir da promulgação da Política Nacional de Resíduos Sólidos em 2010, as cidades tiveram dois anos para construir seus planos de manejo de resíduos e devem estabelecer o sistema de coleta seletiva e a construção de aterros sanitários ambientalmente adequados, em substituição aos lixões a céu aberto, que até 2014 devem ser eliminados (AGÊNCIA BRASIL/MMA, 2012). Assim, o município de Angra dos Reis (Rio de Janeiro) vem buscando sua adequação. Após anos utilizando uma área de disposição de resíduos a céu aberto, conhecida popularmente como lixão do Ariró, a prefeitura fez o ajuste ambiental na área e construiu um aterro controlado, buscando uma solução mais adequada para a região. As novas células do aterro a serem construídas deverão se enquadrar nas normas de aterro sanitário e deverão ter os impactos previstos por meio de estudos. Deve-se ressaltar, portanto que aterros sanitários estão entre as atividades consideradas como modificadoras do meio ambiente e dependem de estudo de avaliação de impacto ambiental (EIA) para serem licenciados, conforme a primeira resolução do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA, 1986). Para Sánchez (2008), a Avaliação de impacto ambiental (AIA), da qual o EIA faz parte, deve ser apresentada, descrevendo a situação atual do ambiente, sem a instalação do empreendimento, visando anteceder as possíveis alterações que possam ocorrer no futuro, com ou sem projeto. Portanto, para se previr esses possíveis impactos, diversas são as metodologias utilizadas, sendo comum o uso de matrizes. O método das matrizes originou-se da evolução das listagens de controle. Nessa metodologia as ações do projeto são listadas horizontalmente (linhas) e as variáveis ambientais e socioeconômicas que poderão ser afetadas são dispostas verticalmente (colunas) e assim faz-se a correlação dos impactos de cada ação nos cruzamentos entre linhas e colunas, mantendo-se a relação de causa e efeito (SÁNCHEZ, 2008; LEOPOLD et al., 1971). Por meio da utilização de indicadores adequados é possível configurar o impacto potencial de cada ação. Esses indicadores ambientais são parâmetros representativos de processos ambientais ou do estado do meio ambiente no qual o empreendimento se encontra, como sua situação em um dado momento, local ou região (SÁNCHEZ, 2008). A matriz mais utilizada para previsão de impactos é a Matriz de Leopold, que foi desenvolvida pelo Serviço Geológico do Ministério do Interior dos Estados Unidos (LEOPOLD et al., 1971), ou variações feitas a partir desta. É um método bidimensional, que originalmente correlacionou 88 componentes ou fatores ambientais e 100 ações impactantes ao meio ambiente (BRAGA et al., 2010; LEOPOLD et al., 1971). Nos cruzamentos entre 1347

linhas e colunas são atribuídos valores que variam de 1 a 10, indicando a magnitude e a relevância do impacto. Para distinguir entre os impactos benéficos ou adversos, devem-se utilizar sinais de positivo (+) e negativo (-), respectivamente. Assim, o objetivo principal desse estudo foi verificar a utilização da matriz de Leopold como método de avaliação de impactos ambientais na área utilizada como disposição de resíduos, conhecida como “Aterro de Ariró”, no município de Angra dos Reis (Rio de Janeiro) considerando apenas a fase de operação. MATERIAL E MÉTODOS A área de estudo do "Aterro de Ariró" - CTR Costa Verde, objeto deste trabalho, está localizada na “Estrada da Lixeira” da rodovia Rio – Santos, bairro Ariró, no município de Angra dos Reis, Rio de Janeiro (7.468.110 m N e 570.375m L - UTM). O local do aterro dista 20 quilômetros do centro de Angra e quatro da rodovia Rio – Santos. Conforme entrevista realizada com o engenheiro responsável pelo Aterro, Sr. Moacir, a compactação dos resíduos é realizada de baixo para cima, buscando um nível de compactação de 1/70 (m³/ton). O aterro possui sistema de calha, verticais e horizontais. As calhas horizontais constituem o sistema de drenagem para tratamento de chorume, que é tratado por meio de Geotub e lançado no corpo hídrico (Rio Vermelho). As calhas verticais são para captação dos gases, que posteriormente serão queimados. Atualmente, o aterro recebe diariamente 50 toneladas de resíduos provenientes da população do município de Paraty. Para a avaliação dos impactos ambientais pertinentes a área de estudo foi utilizada as seguintes estratégias: revisão bibliográfica, mediante consulta de livros, dissertações, teses e anotações de aulas; análise de dados e registros fotográficos pelos moradores, por meio de reportagens da TV Rio Sul; questionário aplicado; visita técnica na área de estudo; entrevista informal com moradores do entorno da área impactada. Por fim, utilizou-se uma metodologia de avaliação de impactos ambientais, a matriz de Leopold, aplicada considerando apenas a fase de operação do empreendimento. RESULTADOS E DISCUSSÃO Diagnostico Ambiental Buscando-se a descrição e a análise da situação atual da área de estudo, antes da aplicação da matriz de Leopold, foi realizado o diagnostico ambiental da área de influência, feita por meio de levantamentos de componentes e processos do meio ambiente físico, biótico e socioeconômico. Conforme a Resolução CONAMA 01 (CONAMA, 1986), em um estudo de impacto ambiental deve ser considerada a área de influência do projeto, as áreas que sofrerão direta ou indiretamente os impactos, em seus meios físicos, biológicos e socioeconômicos, decorrentes da instalação, operação e desativação do empreendimento. A área diretamente afetada (ADA) compreende a destinada ao depósito de resíduos juntamente com as construções e obras implantadas, não ultraando os limites da cerca do terreno do aterro. Também fazem parte da análise da ADA os aspectos do meio biológico envolvido, bem como os os de serviços e a área de ampliação do aterro. Além da área diretamente afetada, também foi destacada a área de influência direta e a área de influência indireta do empreendimento. Por se tratar de um estudo de caso, optou-se então por considerar como área de influência direta (AID) um raio de 1000 metros na área do entorno, incluindo a Serra da Mata Atlântica, área do manguezal e a área do rio Ariró. 1348

Figura 1 - Área de influência direta da análise do aterro do Ariró, incluindo o Rio Ariró. (Fonte: Google Earth, 2013) A região circunvizinhança em um raio de um quilômetro da área do aterro celular controlado (AID) é composta por algumas poucas residências bem espaçadas e um bar. Devese ressaltar que na área de influência direta (AID) está o bairro Ariró, que será mais fortemente afetado pelo empreendimento, principalmente no que se refere a movimentação diária de caminhões, incluindo a poluição sonora que esses provocam. A Área de Influência Indireta (AII) foi definida adotando-se como critério a bacia à qual o aterro pertence. Assim, a AII é a bacia do Rio Jurumirim, que abrange as comunidades de Serra d’Água, Águas Lindas e Zungu, com área total de cerca de 70 Km2 correspondendo a 6810 ha (KRONEMBERGER, CARVALHO& CLEVELARIO JÚNIOR, 2005). Identificação dos Impactos Ambientais Os impactos ambientais da área de influência do local para destinação dos resíduos foram caracterizados conforme os atributos a seguir: • Fase do projeto: consideraram-se os possíveis impactos na fase operacional; • Natureza: esse parâmetro descreve o caráter positivo, se benéfico ao ambiente, ou negativo, se a característica for adversa; • Origem: trata-se da causa ou fonte de impacto, podendo ser direto ou indireto. O impacto é classificado como direto se for gerado por uma ação direta do empreendimento ou indireto, se for desencadeado por ações secundárias; • Abrangência: define a abrangência espacial do impacto gerado. Pode ser classificado como impacto pontual, se ocorrer na ADA do aterro; local, quando afetar a AID e regional quando o impacto afeta a AII; • Temporalidade ou ocorrência: esse parâmetro é dado ao prazo para o desencadeamento do impacto após a ação que o gera. O impacto pode ser imediato, quando se manifesta no instante em que se dá a ação; curto prazo ou temporário, quando o impacto se dá antes de acabar a vida útil do aterro; e longo prazo ou permanente, quando manifestados certo tempo após a ação permanecendo após a desativação do empreendimento; • Periodicidade: define-se o tempo de permanência do impacto no ambiente. O impacto pode ser classificado como temporário, quando só se manifesta durante uma ou mais fases do projeto e que cessam na sua desativação, portanto, com duração definida; Impactos cíclicos, quando o impacto se manifesta com 1349

•

•

determinada frequência; Impacto permanente, que permanecem mesmo após o encerramento do empreendimento; Reversibilidade: esta característica consiste no processo de recuperação do ambiente afetado. De acordo com esse atributo, o impacto pode ser reversível, quando o ambiente, através de novas intervenções, recupera as condições anteriores ao impacto; e irreversível, quando as intervenções não permitem que o ambiente recupere suas condições iniciais; Magnitude: a magnitude será avaliada como baixa, média e alta, variando conforme a tabela a seguir:

Tabela 1 – Atributos utilizados para caracterização dos impactos: Magnitude Temporalidade Local Baixa Média Alta Imediato Pontual Baixa Baixa Baixa Imediato Local Baixa Baixa Média Temporário Pontual Baixa Baixa Média Temporário Local Baixa Baixa Média Imediato Regional Baixa Média Média Permanente Pontual Baixa Média Média Temporário Regional Baixa Média Alta Permanente Local Baixa Média Alta Permanente Regional Média Alta Alta Fonte: Adaptado de Hydro-Québec, 1990, apud Sanchéz, 2008 •

•

Regularização: a regularização do empreendimento será analisada conforme as descrições a seguir, que variam do mais ao menos intenso, considerando se são regulamentados mediante lei ou qualquer outro diploma legal. Ou também considerando se há uma possível futura regulamentação, por exemplo, mediante de projeto de lei ou em estudo por agência governamental. Ainda foi considerada outra variação, a Política empresarial, quando o tema é tratado na política ambiental da empresa, em algum código de prática que a empresa subscreva ou a Prática empresarial, quando há uma conduta usualmente adotada pela empresa ou por outras, embora não codificada. Ainda ocorre a possibilidade de não haver regulamento ou diretriz sobre o assunto; Causa versus Efeito(s): define quantos efeitos geram a causa. Por exemplo, uma causa pode gerar apenas um efeito, então esse critério será de menos intensidade do que se a causa gerasse dois ou mais efeitos.

Ponderação de atributos Para elucidar como foi feita a ponderação de critérios para o estudo de caso do presente trabalho, as correlações utilizadas para atribuição de pontuações são apresentadas na tabela a seguir:

1350

Tabela 2 - Atributo e sua respectiva ponderação para uso na Matriz de Leopold aplicada ao Aterro Ariró Pontuações/ Atributo Variações Simbologia Positivo + Natureza Negativo Direto D Origem Indireto I Local 1 Abrangência Regional 2 Estratégico 3 Imediato 1 Temporalidade Curto prazo 2 Longo prazo 3 Temporário 1 Periodicidade Cíclico 2 Permanente 3 Reversível 0 Reversibilidade Irreversível 1

Regularização

Magnitude

Causa x Efeitos

Regulamentado por lei ou qualquer outro diploma legal

5

Considerado para futura regulamentação

4

Política empresarial (tema tratado na política da empresa)

3

Prática empresarial (Conduta adotada pela empresa) Não há regulamento ou diretriz sobre o assunto

2 1

Baixa Média Alta

1 2 3

Causa gera apenas um efeito

1

Causa gera dois ou mais efeitos

2

Para o presente estudo, tais atributos e ponderações presentes na Tabela 2 foram distribuídos para os critérios magnitude e importância. A divisão dos atributos para tais critérios, que foram aplicados posteriormente na Matriz de Leopold, foram divididos arbitrariamente, não utilizando um critério específico de distribuição de atributos. Conforme Sanchéz (2008), nos cruzamentos entre linhas e colunas são atribuídos valores que variam de 1 a 10, indicando a magnitude e a importância do impacto, na Matriz de Leopold. Para tanto, se somarmos os maiores valores das ponderações de cada atributo, esses terão que ser iguais ou menores que dez. Caso o resultado da magnitude ou importância for zero, não há interação.

1351

Aplicação da matriz de Leopold Em uma área de aterro há diversas ações que podem modificar o meio ambiente. Por meio de referências bibliográficas e da visita técnica foram identificadas 26 ações que podem ser geradoras de impactos ambientais no "Aterro de Ariró". A Tabela 3 é apresentada uma parte das ações analisadas, considerando a fase operacional do projeto. Tabela 3 - Ações possíveis de ocorrer na fase de operação do aterro para uso na Matriz de Leopold: Disposição de resíduos no aterro Melhoria das condições sanitárias Poluição por odores Proliferação de vetores Emissões de gases Recuperação das áreas degradadas Tratamento dos gases Desvalorização imobiliária Modificação da paisagem Geração de emprego Riscos de deslizamento de talude Aumento de ruídos e vibrações Poluição sonora: causada pelo Tratamento de chorume transporte dos resíduos Emissão de chorume Contaminação dos funcionários Drenagem de chorume Para cada ação mencionada na Tabela 3 foram outorgados valores conforme os critérios dos atributos. Para todas as ações do empreendimento relativas à operação foram feitas as ponderações conforme a Tabelas 2. Os resultados foram aplicados na matriz de Leopold. Para o presente trabalho, foram selecionados para serem demonstrados na matriz de Leopold, considerando apenas algumas ações e o meio físico, como demostrado na figura 2. Fatores Ambientais Meio Físico Atmosfera Recursos Hídricos Solo

Ações do Aterro

Interação Qualida Qualidad Qualida de das e das Qualida (Fator X Ação) de do Ruído Odores águas águas de do Ar superfic subterrân solo iais ea Poluição por 7 -7 3 -5 7 -6 -9 8 -9 odores Emissão de -10 8 -3 1 -4 4 -5 3 -6 gases Emissão de -9 7 -1 1 -9 10 -9 10 -10 chorume Paisagismo

5

8

1

1

3

5

9

7

8

8

-1

1

-49,0

3

-1

2

-42,2

10 -8

10

-65,5

7

10

28,6

9

Figura 2 - Matriz de Leopold Deve-se ressaltar que após a aplicação das ponderações, fez-se necessário obter as interações "Fator x Ação" e "Índice Pontual", para cada ação do empreendimento. Essas 1352

interações foram julgadas, conforme a tabela a seguir: Tabela 4 – Formas de avaliação utilizadas para julgamento das interações: Atributo Variações Pontuações 0 a 20 Pouco Impacto Médio 21 a 30 Alto Maiores que 30 Os piores resultados das interações (Fator x Ação), obtidos pela aplicação da Matriz de Leopold, estão apresentados na tabela 5: Tabela 5 – Piores resultados obtidos nas interações entre Fator e Ação na Matriz de Lepold aplicada ao Aterro do Ariró: Posicionamento Ações básicas do CTR Costa Verde Interação (Fator x Ação) 10 Emissão de chorume - 65,5 0 2 Disposição de Resíduos - 57,8 30 Poluição por odores - 49,0 40 Deslizamento de solo nas encostas - 45,4 0 5 Emissão de gases - 42,2 Comparando-se os piores resultados das interações (Fator x Ação), obtidos pela aplicação da Matriz de Leopold (Tabela 5) com os observados na visita feita à célula desativada do Aterro Controlado do Ariró, que ainda estava sendo utilizada como área de transferência dos resíduos municipais de Angra dos Reis, porém sem controle ambiental, verificou-se a utilização da matriz de Leopold mostrou-se bastante coerente no que se refere a previsão de impactos e impactos reais, particularmente no que se refere a emissão de chorume, emissão de gases e poluição por odores. Considerando que na região do entorno não há rede de abastecimento de água e há o risco do uso de águas subterrâneas e superficiais, verifica-se o potencial impacto de contaminação pela falta de sistema drenagem do chorume ou pela inadequação do mesmo, visto que foi identificado vazamento, na célula emergencial da área de disposição de resíduo. Matos et al. (2011) utilizando o método de listagem de controle para avaliação de um aterro sanitário em Belém (Pará) também constataram um alto potencial de contaminação do solo, do ar e dos recursos hídricos. A mesma preocupação mencionada acima se aplica aos animais ruminantes da fazenda circunvizinha que utilizam a vala de drenagem, onde deságuam as águas do córrego Vermelho. Todavia, para se constatar a hipótese de contaminação, seria necessária a coleta e análise laboratorial das águas superficiais e subterrâneas, a montante e a jusante do vazadouro. Não foi constatada a captação dos gases nos drenos verticais da célula emergencial na visita in loco. Além disso, havia a emanação de gases, pelo forte odor presente no córrego ao lado esquerdo da área. Deve-se ressaltar que quanto mais próximos forem os impactos previstos dos reais, melhor será a ferramenta como instrumento no processo de avaliação de impactos, auxiliando a evitá-los ou mitigá-los. CONCLUSÕES O presente estudo apresentou a avaliação de impactos ambientais na área utilizada como aterro sanitário do Ariró, no município de Angra dos Reis (Rio de Janeiro), usando como 1353

metodologia a matriz de Leopold, aplicada considerando a fase de operação. A utilização da matriz de Leopold permitiu quantificar e definir quais as ações mais impactantes. Para o emprego da metodologia, as etapas necessárias foram: o diagnóstico ambiental, a identificação dos possíveis impactos ambientais, a definição de critérios para qualificação dos impactos e atribuições para aplicação na matriz. Apesar dos critérios e ponderações aplicados serem subjetivos, a critério do autor, esses permitiram julgar cada ação do aterro, na fase operacional, de forma restrita, porém os resultados obtidos tornaram-se fáceis de ser analisados. Deve-se ressaltar que um das dificuldades encontradas na utilização da matriz de Leopold foi a falta de referências bibliográficas sobre a aplicação da metodologia, padronizando-a; além do elevado tempo utilizado para aplicá-la da maneira correta. Apesar dessas dificuldades, a utilização da matriz como método de avaliação de impactos mostrou-se válida e eficaz, principalmente, no que referiu aos impactos previstos no estudo e íveis de ocorrer, como verificado na visita em campo, analisando os impactos decorrentes do antigo aterro do Ariró, destacando-se a emissão de chorume, emissão de gases e poluição por odores. REFERÊNCIAS AGÊNCIA BRASIL – MINISTÉRIO DO MEIO AMBIENTE (2012). Cidades têm até o dia 2 de agosto para entregar Plano de Gestão de Resíduos Sólidos. Disponível em: http://www.brasil.gov.br/noticias/arquivos/2012/07/23/cidades-tem-ate-o-dia-2-de-agostopara-entregar-plano-de-gestao-de-residuos-solidos/print Consulta realizada em: março de 2013. BRASIL, 1988. Presidência da República. Constituição da República Federativa do Brasil de 1988. Disponível em < http://www.planalto.gov.br/ccivil_03/constituicao/constituicao.htm >. o em: 20 fevereiro, 2013 BRASIL, 2010. Presidência da República. Lei Federal nº 12.305, de 2 de agosto de 2010. Disponível em . o em: 20 fevereiro, 2013 CONSELHO NACIONAL DO MEIO AMBIENTE - CONAMA. Define as situações e estabelece os requisitos e condições para desenvolvimento de Estudo de Impacto Ambiental – EIA e respectivo Relatório de Impacto Ambiental – RIMA. 1986 Hydro-Québec, 1990, apud Sanchéz, 2008 KRONEMBERGER, CARVALHO& CLEVELARIO JÚNIOR, 2005 LEOPOLD, L. B.; CLARKE, F. E.; HANSHAW, B. B.; BALSLEY. J.R. A procedure for evaluating Environmental Impact. Geological Survey – Circular 645. Washington, 13 p., 1971. SÁNCHEZ, L. E. (2008). Avaliação de impacto ambiental: conceitos e métodos. São Paulo: Oficina de Textos. MATOS, F. O; MOURA, Q. L.; CONDE, G. B.; MORALES, G. P. Impactos ambientais decorrentes do aterro sanitário da região metropolitana de Belém-PA: aplicação de ferramentas de melhoria ambiental. Caminhos de Geografia: v.12, n. 39, 2011.

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I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

GERAÇÃO DE MAPA DE USO E OCUPAÇÃO DO SOLO DO MUNICÍPIO DE MARICÁ (RJ) POR MEIO DE CLASSIFICAÇÃO SUPERVISIONADA DE IMAGEM LANDSAT A PARTIR DO SOFTWARE ENVI HERLAN CÁSSIO DE ALCÂNTARA PACHECO1, LETÍCIA DA CUNHA MOSE FERREIRA2 1 2

Aluno do curso de Geografia, Universidade Federal Fluminense (UFF), [email protected] Aluna do curso de Geografia, Universidade Federal Fluminense (UFF), [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013 RESUMO: A geração de mapas de uso e ocupação do solo a partir das ferramentas dos Sistemas de Informação Georreferenciados constitui-se em um recurso atualmente bastante utilizado para estudos que abordam as questões ambientais do espaço. Nesse sentido, a ferramenta de classificação das características espaciais de determinada área de estudo, a partir de imagem de satélites, vêm sendo muito utilizada no âmbito das Geociências, uma vez que permite a melhor visualização e compreensão dos fenômenos espaciais em ocorrência na área, assim como o acompanhamento da evolução do uso e ocupação do terra. A compreensão do uso do solo é um fator muito estudado ultimamente frente as questões ambientais urbanas presentes nas grandes cidades. Restringindo-se ao município de Maricá – RJ, a geração do mapa de uso e ocupação do solo permite o debate acerca das questões ambientais ligadas ao crescimento urbano que o município vem sofrendo nas últimas décadas, como a poluição do Complexo Lagunar de Maricá, desmatamento, impermeabilização do solo e contaminação do lençol freático. Os procedimentos anteriormente adotados à classificação supervisionada são de vital importância para o melhor resultado do estudo pretendido. Sendo assim, visando a geração do mapa de uso e ocupação do solo foram necessários pré-processamentos, utilizados a partir do software ENVI, como o georreferenciamento, contraste, elaboração de composições coloridas e a aplicação de filtros. PALAVRAS–CHAVE: classificação supervisionada, mapa de uso e ocupação do solo, geoprocessamento

GENERATION OF A MAP OF USE AND OCCUPATION’S LAND ABOUT THE MUNICIPALITY OF MARICÁ THROUGH SUPERVISED CLASSIFICATION OF A LANDSAT IMAGE USING THE SOFTWARE ENVI ABSTRACT: The generation of thematics maps through tools of Georeferenced Information Systems is a resource widely used in studies which deals with the spaces’s environmental issues. In this way, the tool of supervised classification of spatial characteristics, through satellite images, is currently used in the scope of the Geosciences, once it allows a better preview and understanding of the spatial’s phenomena occurrence in the área, such as the accompaniment of the land’s evolution and occupation. The best understanding about the use of the land is a fact much studied in front of the environmental urban issues present in big cities. Restricting to the municipality of Maricá – RJ , the generation of a map of use and occupation’s land allows the debate about the environmental issues linked to the urban growth, which the municipality has suffered from the last decades, mainly linked to the pollution of Complexo Lagunar de Maricá, deforesting, waterproofing soil and groundwater contamination. The procedures previously assumed have a vital importance in better results of the claimed study. Thus, aiming at the generation of the use map and land occupation were needed pre-procedures linked to geoprocessing techniques, and used from the software ENVI, such as ing of Landsat images, the composition of bands, contrast, georreferencing and the aplication of filters. KEYWORDS: supervised classification, map of use and occupation’s land, geoprocessing

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INTRODUÇÃO O crescimento das regiões metropolitanas brasileiras, devido à rápida expansão urbana ao longo das últimas décadas, tem colocado em pauta questões ambientais intimamente ligadas ao uso e ocupação da terra. Frente a isso, torna-se cada vez mais comum a elaboração, assim como a crescente demanda, de mapas temáticos que abordem o uso e a cobertura da terra de determinadas áreas de interesse. Tais mapas permitem a visualização, acompanhamento e o monitoramento da modificação do meio físico para usos agrícolas ou urbanos a partir da abordagem da dinâmica espaço-temporal. Possuem como objetivo principal o auxílio ao planejamento e execução de ações políticas, públicas ou privadas, relacionadas à ocupação e à gestão territorial. Para elaborar os mapas temáticos de uso e ocupação da terra, faz-se necessário o uso de ferramentas de Sistemas de Informações Geográficas (SIGs) e das técnicas e procedimentos de sensoriamento remoto. A associação de métodos coletados em trabalhos de campo, fotografias aéreas e/ou a partir de imagens orbitais permitem produzir mapas de uso e ocupação da terra em escalas temporais, possibilitando a avaliação e o diagnóstico da evolução das situações presentes em determinada área. A relevância de tais estudos está presente na medida em que tais recursos constituem uma eficiente metodologia de análise das mudanças de determinadas atividades, na necessidade da melhor compreensão das questões ambientais, sociais e econômicas, e por se constituir uma importante ferramenta no planejamento espacial territorial. Levando em consideração este debate, o presente trabalho objetivou a abordagem da confecção de um mapa temático de uso e cobertura da terra através dos procedimentos e técnicas de sensoriamento remoto, tendo como base para tal, o software ENVI 4.3. Para isto, tomou-se como área de interesse o município de Maricá-RJ, localizado na região metropolitana do Rio de Janeiro, marcado pelas atividades relacionadas principalmente ao turismo, com grande dinamismo demográfico e de importante expansão de sua área urbana. MATERIAL E MÉTODOS O município escolhido para este estudo localiza-se a leste da Região Metropolitana do Estado do Rio de Janeiro (Figura 1), tendo aproximadamente 362 km². A sua área territorial compreende a um retângulo com as seguintes coordenadas geográficas de latitude 22º 49’ 42.08’’ S (canto superior esquerdo), e de longitude 43º 2’21.06’’ W (canto inferior direito). O município apresenta como características fisiográficas maciços litorâneos com vegetação de Mata Atlântica e lagunas, que em um conjunto de cinco (Laguna de Maricá, da Barra, do Padre, Guarapina e Jaconé), formam um grande complexo lagunar. Maricá também possui um extenso litoral banhado pelo oceano atlântico, o que corresponde a 50 km de praias.

1356

Figura 1 - Localização do Município de Maricá - RJ Fonte: Autores (2013) Para a geração do mapa de uso e cobertura da terra foi usada imagem do sistema sensor TM (Thematic Mapper) a bordo do satélite LANDSAT 5 (Figura 2), órbita/ponto 217/76, com resolução espacial de 30 metros, adquirida no dia 13 de agosto de 2011, e disponibilizada de forma gratuita pelo INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais).

Figura 2 - Imagem do sensor LANDSAT 5 – TM Fonte: http://www.dgi.inpe.br/CDSR/ Os pré-procedimentos operacionais visando à elaboração do mapa de uso e cobertura da terra se dão através da aquisição e armazenamento de imagens orbitais, e das etapas de 1357

processamento, as quais consistem na análise e apresentação de resultados dos dados orbitais foram realizados a partir do software ENVI 4.5, compreendendo as etapas de: georreferenciamento, contraste das bandas, elaboração de composição colorida e classificação supervisionada da área de estudo por Máxima Verossimilhança. O procedimento inicial para a elaboração de um mapa de uso e ocupação da terra de determinada área de interesse consiste no georreferenciamento da imagem que será utilizada como base para a classificação dos elementos da superfície terrestre. O termo “georreferenciamento” compreende a localização precisa de um determinado ponto ou objeto na superfície terrestre através de um par de coordenadas que estão associados a um sistema de projeção cartográfica. De acordo com o IBGE, o georreferenciamento “estabelece relação geométrica entre os pixels da imagem e as coordenadas cartográficas, com todos os pixels referenciados a um sistema de projeção cartográfica, através do ajuste de uma imagem ao sistema de coordenadas de outra imagem”. Para georreferenciar a imagem da área de estudo, faz-se necessária a coleta de um número mínimo de pontos de controle identificáveis e visíveis tanto nas duas imagens. Para isso, foram obtidos quatro pontos como base para o georreferenciamento (Figura 3). O ponto 1 localiza-se anexo ao afloramento rochoso da Pedra do Elefante, no distrito de Itaipuaçu-Maricá. Tentou-se ao máximo colocar este ponto em um matacão solto existente próximo a afloramento em questão, a fim de evitar que houvesse algum tipo de oscilação do nível do mar que pudesse influenciar entre uma imagem ou outra a sua precisa localização. Para o ponto 2, escolheu-se colocá-lo na extremidade leste do município, mais precisamente no distrito de Ponta Negra. O local escolhido para a sua localização foi o canto final da margem direita do canal de Ponta Negra, onde há o seu encontro com a Laguna de Guarapina. Já para o ponto 3, a decisão tomada foi de colocá-lo na parte nordeste da imagem, no maciço rochoso da Serra do Mato Grosso, onde há a divisa natural entre o município de Maricá e o de Saquarema. Mais precisamente, o local escolhido se deu no início de uma pequena drenagem aparente coberta por vegetação. Para completar a distribuição, a área de localização do ponto 4 se deu em uma pedreira do município de São Gonçalo. Procurou-se dispor esse ponto em uma aparente “quina” da pedreira, a fim dar maior precisão a esse ponto. Os quatros pontos da imagem da área de estudo ficaram então com a distribuição seguinte:

Figura 3 - Localização dos quatro pontos de controle distribuídos ao longo da imagem Fonte: Autores Após o georreferenciamento, o próximo procedimento é a manipulação do contraste (ou realce) das bandas. Segundo o que é descrito pelo software Spring (2010), “a manipulação do contraste consiste numa transferência radiométrica em cada "pixel", com o objetivo de aumentar a discriminação visual entre os objetos presentes na imagem. Realiza-se a operação ponto a ponto, independentemente da vizinhança” (SPRING, 2010). Ainda segundo a Divisão 1358

de Processamento de Imagens do INPE, “a técnica de realce de contraste tem por objetivo melhorar a qualidade das imagens sob os critérios subjetivos do olho humano, e é normalmente utilizada como uma etapa de pré-processamento para sistemas de reconhecimento de padrões”. Para o contraste das bandas, faz-se necessário o conhecimento dos valores mínimo e máximo de cinza de cada banda trabalhada, disponibilizadas pelo software ENVI 4.3 sob a forma de estatísticas em histograma, e a correlação de banda por banda aos seus respectivos valores. Após a aplicação de contraste em cada banda, os resultados são a maior nitidez e destaque dos alvos da superfície presentes nas bandas trabalhadas. A título de demonstração da modificação resultante, são mostradas abaixo apenas as imagens das bandas 1, 2 e 3 antes e após a manipulação do contraste (Figura 4).

Figura 4 - Modificações no realce das bandas 1, 2 e 3 a partir da manipulação do contraste Fonte: Autores. O próximo procedimento adotado após a aplicação de contraste nas bandas trabalhadas se dá a partir da elaboração de uma composição colorida. A composição colorida a ser empregada depende da natureza dos alvos da superfície terrestres, os quais pretendem ser classificados. No presente trabalho, foi gerada e utilizada a composição R(5) G(4) B(3), esclarecida melhor na Tabela 1, pois esta ressalta as características geomorfológicas da região, assim como as áreas destinadas ao uso urbano e o perímetro do Complexo Lagunar de Maricá (Figura 5).

1359

Figura 5 - Imagem gerada pelo software ENVI 4.5 a partir da composição colorida “5 4 3” Tabela 1 - Composição colorida utilizada para a geração do mapa de uso e cobertura da terra do Município de Maricá – RJ Característica Disposição das Natureza da composição da imagem bandas nos canais (R G B) Área urbana 543 A área urbana é um alvo que apresenta grande representada heterogeneidade de materiais em sua pela cor lilás constituição. Nesta composição, a área urbana foi representada na cor lilás, pois foram misturados os canais do azul, do verde e do vemelho. Para isso, ligaram-se estes canais as bandas 5 (infravermelho médio), a banda 3 (vermelho) e banda 4 (infravermelho próximo). Fonte: Autores. Por fim, a elaboração de um mapa de uso e cobertura da terra demanda o procedimento de classificação da área de estudo, envolvendo a associação de todos os pixels da imagem às diferentes classes preestabelecidas pelo analista. A classificação de imagens consiste então, na identificação de tipos de cobertura de solo, de acordo com os padrões de resposta espectral dos elementos utilizados na classificação. Neste trabalho, foi realizada a classificação supervisionada, que é feita com base no fornecimento de amostras de treinamento coletadas pelo analista ao algoritmo de classificação (MOREIRA, 2005). Para isso, é necessário que haja um conhecimento prévio da área a ser trabalhada. As classes são estabelecidas e os polígonos das amostras são feitos sobre cada classe de objetos, no final, o algoritmo irá classificar os pixels a partir do conjunto de treinamento. Assim, o algoritmo utiliza essas amostras coletadas como sendo um padrão para os demais alvos da imagem que tiverem um comportamento espectral semelhante ou igual à amostra coletada de uma dada classe. Neste trabalho, foi empregado o método da classificação supervisionada por Máxima Verossimilhança (maximum likelihood), que trabalha com a probabilidade de um pixel pertencer a uma determinada classe (CENTENO, 2009) resultando na classificação bruta expressa na Figura 6. Vale observar que a resolução espacial da imagem é importante para definir a qualidade de uma classificação, visto que pixels os quais reúnam uma maior quantidade de elementos da 1360

imagem tenderão a mascarar os fenômenos naturais ou humanos existentes na área de estudo (FITZ, 2010). Assim sendo, a Tabela 2 mostra as oito classes estabelecidas para a realização da classificação supervisionada, sendo elas: afloramento rochoso, floresta, oceano, macha urbana, pasto, areia e/ou dunas, brejo e laguna. Tabela 2 - Relação de classes e cores utilizadas

Classes

Cor

Afloramento Rochoso Floresta Oceano Urbana Pasto Brejo Laguna Areia e Dunas Fonte: Autores

Figura 6 - Imagem gerada pelo software ENVI 4.5 a partir da classificação por Máxima Verossimilhança A classificação supervisionada realizada pelo algoritmo Máxima Verossimilhança apresentou um resultado preciso. Por um conhecimento prévio da área de estudo e pelos resumos estatísticos, as classes que tiveram o melhor resultado foram o de oceano e lagunas, enquanto que o de pior resultado foi a classe de afloramento rochoso, que muito se confundiu com a classe de brejo, o segundo com o pior resultado da classificação. No entanto, antes mesmo da classificação já era de se esperar que essa confusão entre classes pudesse ocorrer, visto que os comportamentos espectrais das duas classes de pior resultado mostravam-se parecidos, assim como de suas tonalidades de cor nas composições testadas. Soma-se a estes fatos, o de que a resolução espacial de 30 metros da imagem não foi o suficiente para proporcionar uma identificação melhor dos alvos que apresentaram piores resultados, o que contribuiu para gerar as confusões entre as classes acima mencionadas. No entanto, mesmo na presença destes, a classificação não foi comprometida visto que a maioria das classes correspondia aos alvos em sua realidade.

1361

RESULTADO E DISCUSSÃO A partir da classificação por Máxima Verossimilhança podemos chegar a conclusão que esta apresentou boa acurácia, apresentando assim, menor número de erros. Com isso, assumiu-se a classificação por Máxima Verossimilhança para a finalização do trabalho. Sendo assim, realizou-se a agem de três diferentes tipos de filtros: a) Majority Classes – eliminação de pixels isolados; b) Clump Classes - aglutinação de classes próximas; c) Sieve Classes - remoção de pixels isolados e transformá-los em não classificados. Segundo o IBGE (2001), a filtragem “retira os detalhes, suavizando e homogeneizando a imagem”. Após todos os processamentos como, transferência de cenas, recorte da área de estudo, georreferenciamento, contraste, elaboração de composição colorida, classificação da imagem e a agem de filtros, e a partir do recorte do município, pelo vetor alcançou-se o seguinte mapa final (Figura 7):

Figura 7 - Mapa de uso e ocupação da terra do município de Maricá – RJ (2011) CONCLUSÃO A partir da realização dos procedimentos desenvolvidos neste trabalho, percebe-se a importância do PDI – Processamento Digital de Imagens, no estudo e elaboração de trabalhos que, a partir das técnicas de Sensoriamento Remoto em geral, visem o maior conhecimento a respeito da dinâmica espaço-temporal do uso e cobertura do solo, assim como da utilização de suas informações, uma vez que os sistemas de Sensoriamento Remoto permitem a aquisição de dados de forma sucessiva ao longo do tempo. Observa-se também a importância do conhecimento a respeito de tais técnicas despendidas para a elaboração do mapa de uso e cobertura da terra, uma vez que sem este conhecimento precede a aplicabilidade e a utilidade de tais mapas. BIBLIOGRAFIA Brasil, Ministério do Planejamento, Orçamento e Gestão. Introdução ao processamento digital de imagens / IBGE, Primeira Divisão de Geociências do Nordeste. – Rio de Janeiro : IBGE, 2001.

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Brasil, Ministério do Planejamento, Orçamento e Gestão. Manual técnico de uso da terra Rio de Janeiro: IBGE, Coordenação de Recursos Naturais e Estudos Ambientais, Diretoria de Geociências, 2006. 91p (Manuais técnicos em geociências, ISSN 85-240-3866-7). BRITO, Jorge Luís Silva; PRUDENTE, Tatiana Diniz. Análise temporal do uso do solo e cobertura vegetal do município de Uberlândia - MG, utilizando imagens ETM+ / LANDSAT 7. Sociedade & Natureza, Uberlândia, 17 (32): 37-46, jun. 2005. CENTENO, A. S. Sensoriamento remoto e processos de imagens digitais. Curitiba: Editora Curso de Pós Graduação em Ciências Geodésicas, 2009. 219 p. Divisão de Processamento de Imagens. Disponível em: o em 5 de set. 2013. Divisão de Processamento de Imagens o em 5 de set. 2013. Divisão Territorial do Brasil. Divisão Territorial do Brasil e Limites Territoriais. Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) FRANCISCO, C.N; SILVA, Ana Lúcia. Descrição dos Principais Sistemas Sensores Orbitais em Operação. Janeiro/2002. FILHO, Milton da Costa Araújo; MENESES, Paulo Roberto; SANO, Edson Eyji. Sistema de Classificação de uso e cobertura da terra com base na análise de imagens de satélite. Revista Brasileira de Cartografia No 59/02, Agosto 2007. MOREIRA, M. A. Fundamentos do sensoriamento remoto e metodologias de aplicação. 3. ed. Viçosa: Editora UFV, 2005. 320 p. RODRIGUES, Tânia Regina Inácio; FILHO, Archimedes Perez; ARAÚJO, Gleyce Kelly Dantas. Monitoramento da dinâmica do uso e ocupação das terras no baixo curso do Rio São José dos Dourados, SP - Área de influência dos reservatórios hidrelétricos de Ilha Solteira e Três Irmãos. Anais XV Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto - SBSR, Curitiba, PR, Brasil, 30 de abril a 05 de maio de 2011, INPE p.6932. Secretaria de Estado do Turismo o em 4 de set. 2013.

1363

I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente Niterói – RJ – Brasil, 21 a 25 de Outubro

MASSA ESPECÍFICA E VISCOSIDADE DE MISTURAS BINÁRIAS DE BIODIESEL DE ÓLEO DE SOJA E GIRASSOL BEATRIZ TELES¹, MARCELA DEMASI², MARIANA AMARAL³,IVÊNIO M. DA SILVA4, EDNILTON T. DE ANDRADE5 1

Bolsista PET de Engenharia Agrícola e Ambiental, estudante de Engenharia Agrícola e Ambiental, UFF, (21) 9626-0349, [email protected] 2 Bolsista PET de Engenharia Agrícola e Ambiental, estudante de Engenharia Agrícola e Ambiental, UFF, (21) 9889-9855, [email protected] 3 Estudante de Engenharia Agrícola e Ambiental, UFF, (21) 8154-4354, [email protected] 4 Professor Assistente à Engenharia Agrícola e Ambiental,UFF, (21)2629-5392 [email protected] 5 Professor Associado à Engenharia Agrícola e Ambiental ,UFF (21) )2629-5392 [email protected]

Apresentado no I Congresso Fluminense de Engenharia, Tecnologia e Meio Ambiente – UFF Niterói – RJ, 21 a 25 de Outubro de 2013. RESUMO: O Brasil é um país de grande biodiversidade, o que explica sua vasta riqueza em oleaginosas, por isso, apresenta-se viável a produção de biodiesel. Tal combustível é feito a partir de óleos vegetais in natura e gorduras animais. Este trabalho visa produção de biodiesel pelo método ultrassônico a partir dos óleos de soja e girassol, utilizando como catalisador o NaOH, para que se tenha uma aceleração nas reações químicas de sua produção. O estudo consiste em produzir cinco diferentes misturas, através da união dos biodieseis de soja e girassol em proporções distintas a fim de caracterizá-las de acordo com suas proporções, de respectivamente, 0% - 100%, 25% - 75%, 50% 50%, 75% - 25% e 100% - 0%. Para sua caracterização foram analisadas a viscosidade cinemática, com auxilio do viscosímetro capilar e a massa específica. Analisando, então, as massas específicas obtemos para 100% de soja 875,6kg/m³, 100% de girassol 878,4kg/m³, 25% de soja e 75% de girassol 877,6kg/m³, 50% de soja e 50% de girassol 876kg/m³ e 75% de soja e 25% de girassol 875,1kg/m³. Para as misturas extremas, ou seja, com 100% de biodiesel de soja e a 100% de biodiesel de girassol, foram obtidos os valores de viscosidade cinemática, respectivamente, de 4,5591mm²/s e 5,0363mm²/s. Todos os valores encontrados para as massas específicas e viscosidade cinemática apresentaram valores que se enquadram aos padrões da NBR. PALAVRAS-CHAVE: biodiesel, caracterização, mistura binária.

DENSITY AND VISCOSITY OF BINARY MIXTURES OF BIODIESEL FROM SOYBEANS AND SUNFLOWER SEEDS ABSTRACT: Brazil is a country that has a great biodiversity, this explains the presence of a big variety of oleaginous plants, and the viability of biodiesel production. This fuel is extracted from vegetable oils and animal fat. This paper aims the production of biodiesel using the ultrasonic method, from soybeans and sunflower seeds oils, with NaOH as a catalyst in order to accelerate the chemical reactions. The study consists in producing five different mixtures, combining biodiesels made out of soybeans and sunflower seeds in different proportions in order to characterize them according to their proportions of respectively, 0% - 100%, 25% - 75%, 50% - 50%, 75% - 25% e 100% - 0%. For characterization, were analyzed the kinematic viscosity, with the aid of Capillar Viscometer and density. Analyzing, then, the specific masses, it is obtained: for 100% soybeans oil, 875,6kg/m³; 100% of sunflower seeds oil, 878,4kg/m³; 25% of soybeans 75% of sunflower seeds oil, 877,6kg/m³; 50% of soybeans and 50% of sunflower seeds oil, 876kg/m³; and 75% of soybeans and 25% of sunflower seeds oil, 875,1kg/m³. For 100% soybeans biodiesel and 100% sunflower seeds biodiesel were obtained the kinematic viscosities of respectively, 4.5591mm²/s and 5.0363mm²/s. All other values, obtained for specific masses and kinematic viscosity returned values that fit the standards of NBR. KEYWORDS: biodiesel, characterization, binary mixture

1364

INDRODUÇÃO O biodiesel é definido como um combustível alternativo de natureza renovável que oferece vantagens socioambientais ao ser empregado na substituição total ou parcial do diesel de petróleo. No Brasil, o tipo de biodiesel já regulamentado corresponde aos ésteres alquílicos de óleos vegetais ou gordura animal com alcoóis de cadeia curta, na presença de um catalisador que são obtidos através de uma reação de transesterificação. O método convencional envolve a utilização de catalisadores básicos, mas o biodiesel ainda pode ser produzido na presença de catalisadores ácidos, via catálise homogênea ou catálise heterogênea. (MACEDO, et al. 2009) De acordo com o álcool utilizado, os ésteres podem ter base metílica, se for usado o metanol, ou etílica, se empregado o etanol. O Brasil não é autossuficiente na produção do primeiro, já o etanol pode ser derivado da cana-de-açúcar, desse modo, é a melhor alternativa. (FREITAS, 2004) Sendo a soja uma das plantas que possui o maior avanço tecnológico de produção, e existe um enorme potencial de expansão dessa oleaginosa para a região do cerrado esta, entretanto, não é umas das oleaginosas que contém maior teor de óleo. Somada ao girassol, que também é apto para essa região, é uma cultura que apresenta características desejáveis sob o ponto de vista agronômico, como ciclo curto, elevada qualidade e bom rendimento em óleo. A reologia é uma análise simples que está sendo cada vez mais aplicada para determinar o comportamento de soluções, suspensões e misturas. Para estudos de alimentos líquidos a viscosidade é o parâmetro fundamental para caracterizar a textura dos fluidos. (RAO, 1977) O conhecimento de propriedades físicas como a viscosidade também é muito importante para as etapas de execução de projetos de equipamentos e de processos (BROCK. et. al.,2008). Neste trabalho, o óleo de soja foi misturado ao óleo de girassol em diferentes proporções para produzir biodiesel a fim de estudar a sua caracterização através da analise da viscosidade cinemática, e a massa específica. MATERIAIS E MÉTODOS Foram utilizados óleo de soja e girassol industrializados, álcool etílico B-Herzog 99,4% e catalisador Hidróxido de Sódio (NaOH) na forma de micropérolas de uso comercial. Estimou-se a relação catalisador (NaOH)/álcool etílico estequiometricamente, para 100ml de óleo de soja foram utilizados 31,59g de álcool etílico e 1,00g de NaOH e para 100ml de óleo de girassol utilizou-se 36,42g de álcool etílico e 1,00g de NaOH. As soluções com as proporções de álcool etílico e NaOH foram misturadas de acordo com as proporções para o óleo de soja e girassol, separadamente, no agitador mecânico durante um período de 2 minutos até que as misturas ficassem homogêneas. Após esta etapa as misturas foram submetidas ao ultrassom durante um período de 20 minutos a uma frequência de 60Hz , obtendo-se portando o biodiesel de soja e girassol. Todo esse processo foi feito em triplicata. Os biodieseis ficaram por um período de 24 horas precipitando o seu coproduto, a glicerina, conforme ilustrado na Figura 1. Após as 24 horas, a glicerina foi retirada e observou-se uma média de 20,5 ml de glicerina das três amostras de biodiesel de soja e uma média de 26,4 ml de glicerina nas três amostras de biodiesel de girassol, segundo a ANP o volume de glicerina livre encontrado fica em torno de 20% do valor total da amostra aproximando-se bastante do resultado encontrado. A glicerina livre residual pode ser 1365

facilmente eliminada através da lavagem, embora seja praticamente insolúvel no biodiesel pode ser encontrada na forma de gotículas (LOBO, et al, 2009) por conta disso é necessária da retirada da glicerina por completo efetuando a purificação do biodiesel que consiste basicamente de três etapas: lavagem, secagem e filtragem.

Figura 1- Biodiesel de soja e seu coproduto. A lavagem é composta de duas etapas onde na primeira lavou-se as amostras de ambos os biodieseis com 100 ml de água destilada à uma temperatura de aproximadamente 70°C e esperou-se a decantação por cerca de 20 minutos, após ado este tempo retirou-se o sabão formado por tal reação. Na segunda etapa da lavagem usou-se 100 ml de água destilada à 70°C com 1% de ácido clorídrico do volume dos óleos apresentados e esperou-se mais 20 minutos ,este método é o mais eficaz para que não sobre resíduos de glicerina. Após a retirada de todo o resíduo e ou-se para a próxima etapa denominada secagem. Na secagem, foram utilizadas as amostras de biodiesel já lavadas, as quais foram colocadas na estufa à uma temperatura de aproximadamente 70°C e deixadas por cerca de 30 minutos com o objetivo de purificar ainda mais o produto. Em sequência a esta etapa fez-se a filtragem das misturas de ambos os biodieseis de acordo com as seguintes proporções dos óleos de soja e girassol, respectivamente em :0% - 100%,25% - 75%, 50% - 50%, 75% - 25% e 100% - 0%. Todo o processo de produção do biodiesel está de acordo com a ASTM D445. Com as misturas formadas, analisou-se todas as misturas binárias de óleo conforme a viscosidade cinemática e massa especifica. A massa específica a 200C foi obtida com auxílio de um picnômetro de 50 ml calibrado, figura 2, e de uma balança digital de alta precisão, ilustrado na figura 3.

Figura 2 - Picnômetro 50 ml com mistura do biodiesel binário

1366

Figura 3- Balança digital de alta precisão. Colocou-se as misturas de óleo no picnômetro e mediu-se sua massa. Fez-se a medição para cada mistura com repetição de três vezes evitando ao máximo a propagação de erros. A equação 1 representa o valor da massa especifica dos óleos, após a descoberta da massa, sendo que todo o procedimento está acordando com ASTM D 4052. ¶

μ = µ

ã

(1)

Em que, μ é a massa específica, em kg-1 m³; m é a massa do produto, em kg; e Væ é o volume da massa do óleo, em m³.

A viscosidade cinemática a 400C foi obtida com o auxílio do viscosímetro capilar Canon Fensk sendo utilizados 10 ml de amostras binárias, conforme a figura 4, em Banho Termostático.

Figura 4 - Viscosímetro capilar Canon Fensk com amostra do biodiesel binário.

1367

Foram realizadas três repetições para cada amostra com o intuito de evitar a propagação de erros e depois se fez uma média aritmética dos tempos, para obtenção da viscosidade foi utilizada a equação 2, todo o procedimento está baseando-se na ASTM D445 e ASTM D446. ? =∗

(2)

Em que, V é a viscosidade, em m²/s; k é uma constante igual a 0,01512mm² /s; e t é o tempo, em s.

DISCUSSÃO DOS RESULTADOS As misturas de biodiesel de óleo de soja e girassol foram analisadas quanto a sua massa específica e viscosidade cinemática. A Tabela 1 apresenta os valores de massa específica encontrados para cada mistura, estando todos eles enquadrados aos parâmetros estabelecidos pela NBR/ANL. Observa-se um padrão de crescimento desse fator, em que o menor é 875,1 kg/m³, respectivo ao biodiesel 100% soja, e o biodiesel 100% girassol é verificado como o de maior massa específica, com 878,4 kg/m³. Tabela 1 - Valores

de massa específica encontrados para cada mistura.

Mistura

Massa Específica (kg/m³)

Padrão NBR/ANP

100% de soja

875,1kg/m³

850 a 900 kg/m³

75% de soja e 25% de girassol

875,6 kg/m³

850 a 900 kg/m³

50% de soja e 50% de girassol

876,0 kg/m³

850 a 900 kg/m³

25% de soja e 75% de girassol

877,6 kg/m³

850 a 900 kg/m³

100% de girassol

878,4 kg/m³

850 a 900 kg/m³

Os valores encontrados para a viscosidade cinemática, medida com o auxílio do viscosímetro, apresentam-se na Tabela 2. Todos se enquadram aos padrões estabelecidos pela NBR/ANP. Nota-se, novamente, um padrão de crescimento da viscosidade das misturas. Esse índice varia de acordo com o percentual de biodiesel de óleo de girassol. Quanto maior o percentual do mesmo, maior é a viscosidade. Tabela 2 - Valores

de viscosidade cinemática encontrados para cada mistura.

Mistura

Viscosidade cinemática (mm²/s)

Padrão NBR/ANL

100% de soja

4,559

3 a 6 mm²/s

75% de soja e 25% de girassol

4,686

3 a 6 mm²/s

50% de soja e 50% de girassol

4,798

3 a 6 mm²/s

25% de soja e 75% de girassol

4,937

3 a 6 mm²/s

100% de girassol

5,0363

3 a 6 mm²/s

Toda a glicerina formada no processo de produção do biodiesel foi doada para o Laboratório de Farmácia da Universidade Federal Fluminense, para sua posterior reutilização, na produção de sabão. CONCLUSÃO A caracterização do biodiesel a partir da mistura do óleo de soja com o óleo de girassol em diferentes proporções, realizada através da análise da viscosidade cinemática a 40°C e massa específica a 20°C provou que as misturas binárias encontram-se dentro dos limites 1368

estabelecidos pela NBR/ANP. Sendo observado que as amostras com maior porcentagem de biodiesel do óleo de girassol apresentam valores maiores nos resultados de massa especifica e viscosidade cinemática. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BROCK, J. et. al. Determinação experimental da viscosidade e condutividade térmica de óleos vegetais. Ciência e Tecnologia de Alimentos.v.28,n.3, Campinas, 2008. CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA QUÍMICA EM INICIAÇÃO CIENTÍFICA. , 8., 2009, Minas Gerais. Produção de biodiesel a partir de misturas de óleo de mamona e óleo de babaçu com metanol via catálise alcalina. Minas Gerais: MACEDO, S.L. et al., 2009 FREITAS, M. S. Biodiesel à base de óleo é a melhor alternativa para o Brasil?. Informações Econômicas, v.34, n.1,São Paulo, 2004. LOBO, P. I.; FERREIRA C. L. S.; CRUZ S. R. Biodiesel: parâmetros de qualidade e métodos analíticos. Química Nova vol.32 no.6, São Paulo, 2009. RAO, M. A. Measurement of Flow Properties of Food Suspensions with a Mixer in Journal of texture Studies, New York, v6, p. 533-539, 1975.

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