Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2016. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2017-02-02T17:43:46Z No. of bitstreams: 1 2016_JosmelaShantalKoendjbiharie-Crisis.pdf: 3037490 bytes, checksum: fc52ccf2050973d7d99345f8bdfe61ba (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2017-02-06T18:29:29Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_JosmelaShantalKoendjbiharie-Crisis.pdf: 3037490 bytes, checksum: fc52ccf2050973d7d99345f8bdfe61ba (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-06T18:29:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_JosmelaShantalKoendjbiharie-Crisis.pdf: 3037490 bytes, checksum: fc52ccf2050973d7d99345f8bdfe61ba (MD5) / Esta pesquisa tem como objetivo a apresentação de uma estrutura para um micro rede inteligente num campus universitário. A metodologia usada é baseada no processo de projeto modular. O trabalho se inicia com uma revisão da literária sobre o estado da arte de micro rede inteligente e redes inteligente, um sistema de monitoramento de dados de energia como uma instalação de cama de teste, e em seguida um método de projeto de sistemas modulares para desenvolver um conceito da plataforma micro rede inteligente (SMGP). Esta pesquisa apresenta as duas fases do projeto modular: o projeto informacional e o projeto conceitual. Os resultados do projeto informacional são as especificações técnicas do SMGP proposto, e o projeto conceitual apresenta as funções básicas contribuindo aos conceitos da SMGP, por meio da decomposição de uma estrutura funcional global da SMGP. Para identificar os módulos na fase de projeto conceitual um método heurístico é usado. A implementação deste método resultou na identificação de quatro módulos da SMGP: o módulo de geração de energia renovável e armazenamento, o módulo de geração de backup de energia, o módulo de alimentação da distribuidora e o módulo de gerenciamento, monitoramento e controle de energia. Um laboratório de micro rede inteligente para o curso de Engenharia de Energia do campus Gama da Universidade de Brasília para fins educacionais é uma necessidade clara. A proposta de usar a rede elétrica deste campus e integrar nela fontes de energia renováveis como parte do laboratório é feita nesta pesquisa. Esta plataforma de micro rede inteligente é uma estrutura básica a ser implementada em qualquer campus universitário para atender a sua necessidade de um ambiente de laboratório micro rede inteligente. A abordagem SMGP justifica uma proposta esquemática e estruturada do sistema previsto, e suporta o projeto do SMGP em módulos. Inicialmente o SMGP é apresentado como um sistema geral em qualquer campus universitário, e finalmente o projeto do SMGP a ser implementado no campus Gama é apresentado. No presente trabalho três conceitos de SMGP são gerados como alternativas, usando o conceito selecionado como base de projeto modular do ambiente de laboratório do campus Gama. / This research work aims to present a basic framework for a smart microgrid on a university campus. The methodology used in this research is mainly based on the modular design process. This work is initiated with a literature review of the state of the art of microgrids and smartgrid, an implemented energy data monitoring system as a testbed installation, and followed with a modular system design method to develop a concept of the smart microgrid platform (SMGP).. This research presents the two phases of the adapted modular system development method: the informational and the conceptual design. The informational design results in the technical specifications of the proposed SMGP and the conceptual design method presents through decomposing of a global functional structure of the SMGP, the elementary functions which will attribute to the generation of concepts of the SMGP. To identify the modules in the conceptual design phase the heuristic method is used. This heuristic method was invented by Stone (1997) and depends on the functional structure of the system or product to be developed. The implementation of this method resulted in the identification of four modules of the SMGP: the renewable energy generation and storing module, the backupenergy generation module, utility power supply module and, the energy management, monitoring and control module. A smart grid laboratory for the Energy Engineering course of the campus Gama University of Brasília is a clear necessity for educational purposes. A proposal was made to use the complete electrical grid of the campus and to integrate renewable energy sources as part of this micro grid laboratory. This smart microgrid platform design concept is a basic structure to be implemented by any university campus to suit their needs for a smart microgrid laboratory environment. This SMGP modular approach justifies in a schematic and structural proposal of the needed system, and supports the SMGP design in modules. This SMGP system is firstly presented as a general system to be implemented at any campus university and finally is presented the SMGP on the campus Gama to be implemented. In this work three concepts for the SMGP are generated and the selected concept alternative is used as modular design to be applied as a laboratory environment on the campus Gama.

Made available in DSpace on 2018-08-01T22:35:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_10063_DISSERTAÇÃO Hector.pdf: 1089839 bytes, checksum: 5569a5a3a7c2aeaa5758c0c64f4ae3b9 (MD5) Previous issue date: 2016-07-14 / A matriz energética mundial fundamenta-se na utilização de combustíveis fósseis, principais causadores do efeito estufa. Na tentativa de amenizar esse problema, o petróleo vem sendo substituído por outras fontes de energia (biomassas) que possuem grande potencial para suprir as necessidades atuais e com menor impacto ambiental. A peletização obtida de resíduos agroflorestais torna-se uma das alternativas tecnológicas para fins energéticos. O objetivo deste estudo foi avaliar o potencial de biomassas florestais (eucalipto) e resíduos da despolpa do café para produção de pellets com fins energéticos. Foram utilizados três clones de eucalipto e três resíduos da despolpa do café (pergaminho, película prateada e casca externa) para fazer as seis composições (EPCE e EPPp), como também três resíduos da despolpa peletizados puros. A cor dos pellets foi avaliada com base no sistema CIE-L*a*b* e concluiu-se que altos teores de cinza produzem pellets mais escuros. Os pellets de película prateada (PP) e casca externa (CE) com um ∆E de 31,14 e 29,34, respectivamente, foram os mais escuros. Dentre os pellets com incorporação de madeira de eucalipto, a composição eucalipto-pergaminho-casca externa (ECPCE) foi a que teve a maior durabilidade, dureza e densidade energética líquida, com 98,17%; 37,12 kg; e 11,60 MJ m-3, respectivamente, e atendeu à norma alemã, podendo, consequentemente, ser comercializada dentro do País e exportada. Os pellets produzidos (100% puros) com resíduos da despolpa do café (PP e CE) atenderam a todos os parâmetros estabelecidos pela norma alemã para pellets não madeireiros, podendo também ser comercializados e exportados. Constatou-se que as biomassas avaliadas neste estudo apresentaram propriedades favoráveis para produção de pellets com fins energéticos. Palavras-chave: Florestas energéticas, Energia renovável, Compactação da biomassa, Sistema de cor CIE-L*a*b*.

A busca por fontes de energia renovável acontece em ritmo crescente em função do superaquecimento da Terra e mudanças climáticas causadas, especialmente, pela emissão de CO2. Entre as possibilidades de obter-se energia renovável, os biocombustíveis produzidos a partir do cultivo de microalgas apresentam-se como alternativa potencial. Microalgas podem alcançar altas taxas de produção a partir do consumo de energia luminosa, assimilação de nutrientes e biofixação de CO2 e sua biomassa pode dar origem a bioetanol, biogás, biodiesel e a outros bioprodutos de interesse biotecnológico. Visando avaliar a produção de biomassa e atividade metabólica, sob processo fotoautotrófico, 3 cepas de Chlorella sp. foram cultivadas em triplicata em fotobiorreatores bag (1ª ETAPA) e a cepa selecionada como mais produtiva foi cultivada em um fotobiorreator placa plana (2ª ETAPA) dimensionado para melhoramento de processos fotossintéticos. Para o cultivo, realizado em batelada, utilizou-se o meio M-8 com adição de 5% de CO2, radiação luminosa de 200 µmol.fótons.m-2.s-1 e fotoperíodo 12h claro/escuro. Foram monitoradas a assimilação de nutrientes, a taxa de CO2 biofixado, a produção de biomassa e determinado o perfil bioquímico. Na 1ª ETAPA, a cepa DAM04 apresentou o melhor desempenho com assimilação de 37,5% (157,61±17,39 de 420,00 mg.L-1) do nitrogênio e 16,1% (34,42±3,96 de 213,90 mg.L-1) do fósforo presente no meio de cultivo, taxa de CO2 biofixado de 0,193±0,019 g.L-1.d-1 e produção de biomassa de 2,22±0,21 g.L-1. A determinação do perfil bioquímico revelou acúmulo de lipídeos de 18,0±0,5%, constituídos por 50,0% de ácidos graxos saturados, 21,3% de monoinsaturados e 18,0% de polinsaturados e produtividade lipídica, proteica e de carboidratos de 25,20±1,80 mg.L-1.d-1, 62,02±4,43 mg.L-1.d-1 e 17,78±1,27 mg.L-1.d-1, respectivamente. Devido ao seu desempenho, a cepa DAM04 foi utilizada na 2ª ETAPA e o cultivo no fotobiorreator placa plana aumentou o desempenho da cepa em todos os parâmetros, implicando na assimilação de 89,1% (374,12±27,76 de 420,00 mg.L-1) do nitrogênio e 40,9% (87,37±10,12 de 213,90 mg.L-1) do fósforo, cerca de 3 vezes (de 0,193±0,019 para 0,593 g.L-1.d-1) da taxa de CO2 biofixado e da produção de biomassa (de 2,22±0,21 para 5,4 g.L-1) em relação ao fotobiorreator bag. O perfil bioquímico apresentou aumento na produtividade lipídica e proteica de, aproximadamente, 3 vezes (de 25,20±1,80 para 79,16±1,52 mg.L-1.d-1) e (de 62,02±4,43 para 168,44±1,25 mg.L-1.d-1), respectivamente, e 2 vezes na produtividade de carboidratos (de 17,78±1,27 para 40,46±0,33 mg.L-1.d-1) quando comparados ao fotobiorreator bag. A 2ª ETAPA reforçou o potencial da cepa DAM04 para aplicação na biossíntese de compostos bioenergéticos de aplicação na produção de biocombustíveis e coloca como desafio para futuros trabalhos a exploração do potencial das cepas para biofixação de maiores concentrações de CO2 e otimização da captação de radiação luminosa. / The search for renewable energy sources happens at an increasing rate due to the overheating of the earth and climate change caused especially by the emission of CO2. Some of the possibilities to obtain renewable energy, biofuels produced from microalgae cultivation are presented as potential alternative. Microalgae can achieve high production rates from light energy consumption, nutrient assimilation and CO2 biofixation and their biomass can give rise to bioethanol, biogas, biodiesel and other bio-products of biotechnological interest. Aiming to evaluate the production of biomass and metabolic activity under photoautotrophic process, 3 strains of Chlorella sp. was grown in triplicate in photobioreactor bag (1ª STAGE) and the most productive strain was seleted and grown in a photobioreactor flat plate (2ª STAGE) dimensioned for enhancing photosynthetic processes. For growing, performed, sequencing batch, we used the medium M-8 with addition of 5% CO2, light radiation 200 µmol.photons.m-2.s-1 and a photoperiod 12h light/dark. Were monitored assimilation of nutrients, CO2 biofixation rate, biomass production and determined the biochemical profile. In 1ªSTAGE, the DAM04 strain showed best performance with assimilation of 37,5% (157,61±17,39 of 420,00 mg.L-1) of nitrogen and 16,1% (34,42±3,96 of 213,90 mg.L-1) of phosphorus present in the medium, CO2 biofixation rate of 0,193±0,019 g.L-1.d-1 and biomass production 2,22±0,21 g.L-1. The determination of biochemical profile showed accumulation of lipids to 18,0± 0,5 %, consisting of 50,0 % of saturated fatty acids, 21,3 % of monounsaturated and 18,0 % polyunsaturated and lipid productivity, protein and carbohydrates of 25,2±1,80 mg. L-1.d-1, 62,02±4,43 mg. L-1.d-1 and 17,78±1,27 mg L-1.d-1, respectively. Due to its performance, DAM04 strain was used in STAGE 2 ª and cultivation in the photobioreactor flat plate increased strain performance in all parameters, resulting in the assimilation of 89,1 % (374,12±27,76 of 420,00 mg. L-1) of nitrogen and 40.9 % (87,37 of 213,90±10,12 mg. L-1) of phosphorus, about 3 times (of 0,193±0,019 to 0,593 g. L-1.d-1) of CO2 biofixation rate and biomass production (of 2,22±0,21 to 5,4 g. L-1) relative to the photobioreactor bag . The biochemical profile showed an increase in lipid and protein productivity of approximately 3 times (of 25,20±1,80 to 79,16±1,52 mg. L-1.d-1) and (of 62,02±4,43 to 168,44±1,25 mg. L-1.d-1), respectively, and 2 times in the productivity of carbohydrates (of 17,78±1,27 to 40,46±0,33 mg. L-1.d-1) compared to the photobioreactor bag. The 2 ª STAGE reinforced the potential of DAM04 strain for use in the biosynthesis of bioenergetic compounds application in the production of biofuels and puts as a challenge for future studies exploring the potential of strains to biofixation of higher CO2 concentrations and optimization capture light radiation.

O desenvolvimento de fontes alternativas de energia, com o intuito de diminuir a poluição gerada pela queima de combustíveis fósseis, tem estimulado cientistas a procurar novos meios de converter e armazenar energia. Adicionalmente, mudanças climáticas e o crescimento populacional têm gerado uma preocupação crescente com relação à escassez de água. Atualmente, cerca de 3% do consumo global de energia elétrica é referente ao tratamento de águas residuais oriundas de zonas urbanas. A humanidade precisa encontrar meios de usar água limpa e potável de forma mais eficiente. O armazenamento de energia durante o tratamento de águas residuais pode encorajar a preservação ambiental, e desta forma, contribuir para um crescimento mais sustentável, pois pode tornar-se rentável para as indústrias que geram e tratam estes resíduos. Uma estratégia é a utilização de gradientes iônicos e, então, convertê-los em energia elétrica. Pesquisas têm sido realizadas com sistemas contendo soluções eletrolíticas, com diferentes concentrações, e utilizando ciclos eletroquímicos para produzir trabalho elétrico. Neste contexto, são propostos sistemas eletroquímicos, chamados máquinas ácido-base foto-assistidas, que possibilitam a conversão, e o armazenamento, de energia elétrica durante a neutralização de soluções ácidas mediante irradiação de luz UV. Configurações alternativas destes dispositivos permitem, também, a dessalinização de soluções salinas com a possibilidade de recuperar parte da energia utilizada no procedimento. O princípio operacional destes sistemas baseia-se na variação entrópica, oriunda da mudança nas atividades de prótons e íons alcalinos, como também, na conversão de energia eletromagnética em energia elétrica. Através de experimentos de prova de conceito, foi possível obter 108 kJ por mol de íon eletroinserido, valor que corresponde a 10,8 kJ dm-3 de solução ácida neutralizada. / The development of alternative energy sources to mitigate the pollution generated by fossil fuel combustion has stimulated the search for new ways to convert and to harvest energy. Climate change, pollution, and population growth have raised concern about water scarcity. Nowadays, about 3% of the global electricity is consumed by municipal wastewater treatment plants. Humankind has to find the means to use clean and potable water more effectively. One strategy to harvest energy is to employ an ionic gradient and then convert it into electrical energy. Researchers have recently tested systems that apply electrolytic solutions containing different salt concentrations to deliver work after electrochemical cycles. Energy harvesting during wastewater treatment should encourage environmental preservation and contribute to sustainable growth. In this context, electrochemical systems are proposed, so-called photo-assisted acid-base machines, which promote energy conversion and harvesting during acidic solution neutralization under UV irradiation. Also, alternative configurations of these systems allow the desalination of salt solutions with regain of part of the used energy. Operating principle of these machines is based upon entropic variation, associated with proton and alkali ion activity changes, and in the conversion of the electromagnetic energy into electrical energy. Proof-of-concept experiments provided 108 kJ per mol of electroinserted ion, which corresponds to 10.8 kJ dm-3 of neutralized acid solution.

Tendo em vista o potencial de uso de biomassa obtida do capim-elefante como combustível de fonte renovável em regiões semiáridas, este trabalho teve por objetivo avaliar os efeitos de seis doses de nitrogênio (44, 200, 400, 600, 800 e 1000 kg.ha-1) e de sete lâminas de água (precipitação e irrigação com 0, 40, 54, 100, 135, 148 e 200% da evapotranspiração potencial da cultura - ETc) em sete idades de corte (46, 82, 112, 139, 169, 202 e 231 dias) sobre a produtividade de biomassa seca (BMS, kg.ha-1), altura (m) e índice de área foliar (IAF, m2.m-2) de capim-elefante, cultivar Cameroon. O experimento foi conduzido em Neossolo Quartzarênico localizado em Beberibe (CE), entre maio de 2012 e março de 2013. As doses de nitrogênio constituíram as parcelas e as lâminas de irrigação as subparcelas, segundo o delineamento em blocos casualizados, com quatro repetições. Os tratamentos de irrigação foram dispostos perpendicularmente e os tratamentos de doses de nitrogênio foram dispostos paralelamente à linha lateral de irrigação. Os blocos experimentais foram constituídos por 36 parcelas de 5 x 15 m e o tratamento sem irrigação (L0), com 6 doses de nitrogênio e 4 repetições, foi implantado em local separado para evitar influência da área irrigada. Como fonte de nitrogênio, utilizou-se o sulfato de amônio aplicado a lanço, parcelado em três aplicações. O manejo e a definição do momento de irrigação foi realizado por meio da determinação da capacidade de armazenamento de água no solo e do cálculo da ETc pelo método de Penman-Monteith-FAO. Em relação à BMS, o capim-elefante respondeu ao aumento da adubação nitrogenada e das lâminas de água nas 7 idades de corte avaliadas. O maior acúmulo de BMS ocorreu no tratamento combinado entre 135% ETc e 400 kg.ha-1 de N, aos 231 dias, com 239,85 kg.ha-1.dia-1. A produção de capim-elefante respondeu às lâminas de irrigação em todas as idades de corte analisadas e a maior resposta, em acúmulo diário de BMS de capim-elefante, obtida no tratamento 100% ETc aos 82 dias com 43,46 kg.ha-1.mm-1. As produtividades obtidas nos tratamentos 135, 148 e 200% ETc, a partir dos 82 até 231 dias de idades de corte, foram as maiores e não diferiram significativamente. A produção de BMS de capim-elefante não respondeu ao aumento da adubação nitrogenada isoladamente em seis idades de corte (a partir de 82 até 231) e houve resposta ao aumento da adubação nitrogenada isoladamente aos 46 dias de idade entre as doses 44 e 1000 kg.ha-1 de N, com 3780 e 5005 kg.ha-1 de BMS, respectivamente. A maior resposta, em acúmulo de BMS de capim-elefante, ocorreu no tratamento de 800 kg.ha-1 de N aos 231 dias com 15,383 kg.ha-1.kg-1 de N. O IAF e a altura do capim-elefante responderam às lâminas de água e não responderam à adubação nitrogenada. O IAF e a altura podem ser utilizados como parâmetro na estimativa de produção de BMS de capim elefante até 112 e 202 dias após o corte, respectivamente. Não houve correlação entre o IAF e altura do capim-elefante. / Due to the potential use of elephant-grass biomass as a source of renewable fuel in semi-arid regions, this study aimed to evaluate the effects of six nitrogen rates (44, 200, 400, 600, 800 and 1000 kg.ha-1) and seven irrigation levels (0, 40, 54, 100, 135, 148 and 200% of crop evapotranspiration - ETc) in seven cropping ages (46, 82, 112, 139, 169, 202 and 231 days) on elephant-grass, Cameroon cultivar, dry biomass yield (BMS, kg.ha-1), height (m) and leaf area index (LAI, m2.m-2). The trial was conducted in a Quartzipsamment soil located in Beberibe, Ceará State, Brazil, semiarid region, from May 2012 to March 2013. The nitrogen rates were the main plots and the irrigation levels comprised the subplots, according to a randomized block design with four replications. Irrigation treatments perpendicularly arranged (line source system sprynkler) and nitrogen rates were arranged in parallel to the lateral irrigation line. The experimental block consisted of 36 plots with 5 x 15 m and the treatment without irrigation (L0), with 6 nitrogen rates and 4 replications, was carried out in separate location to avoid infuence of the irrigated area. The nitrogen source was ammonium sulphate, was topdressed onto soil surface, in three split applications during the trial. The irrigation timing and management definition was performed by soil water storage capacity determination and through the Penman-Monteith-FAO crop evapotranspiration calculation. Regarding to BMS production, elephant-grass responded to nitrogen fertilization and irrigation in 7 evaluated periods, and the highest BMS (kg.ha-1.day-1) accumulation response was obtained in the combined treatment 135% ETc and 400 kg.ha-1 N at after 231 days with 239.85 kg.ha-1.day-1. Regarding to irrigation depths treatments, the elephant-grass production increased in all analyzed periods, and the largest BMS (kg.ha-1.day-1) accumulation response was found in treatment 100% ETc after 82 days with 43.46 kg.ha-1.mm-1 applied. The yield in treatments 125, 148 and 200% ETc in cutting ages from 82 to 231 days were the highest and did not differ significantly. The elephant-grass did not respond to nitrogen rates after 6 periods evaluated (82 to 231 days) however the N fertilization responded at the age of 46 days with 3.780 e 5005 kg.ha-1 de BMS between treatments of 44 e 1000 kg.ha-1 de N, respectively and the most intense BMS accumulation response was observed in treatment 800 kg.ha-1 of N at 231 days with 15,4 kg.ha-1.kg-1 N applied. The LAI and height of elephant-grass responded to water depths and did not respond to nitrogen fertilization. Both can be adopted as an elephant grass BMS yield estimation parameter from the age of 112 to 202 days after cutting, respectively. However, BMS versus LAI and LAI versus height interaction showed no correlation between the data collection periods, thus those variables should not be adopted for yield estimation purpose for this crop.

O Brasil enfrenta, atualmente, um problema sério entre disponibilidade e demanda de energia, em parte pela melhoria do padrão de vida de algumas classes e o alto consumo da população. Esse consumo desenfreado traz como consequência uma preocupação constante na produção de energia em grande escala. Segundo a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL, 2010), cerca de 77% da energia elétrica gerada no país é fornecida por usinas hidrelétricas, devido à política governamental e o grande potencial hídrico do Brasil. O chuveiro elétrico é um dos itens dentre os eletrodomésticos que possui maior participação no consumo residencial, de 25 a 35% do total do gasto segundo a EPE (2012). Calcula-se que o chuveiro consome de 6,2 a 8,7% da energia produzida no país, sendo também responsável por 18% da demanda de pico do sistema elétrico (Rodrigues e Matajs, 2004). A aplicabilidade do aquecedor solar ecológico como tecnologia social, neste contesto, torna-se viável para a implantação em residências de baixa renda, pois propicia economia de energia elétrica e melhoria da qualidade de vida simultaneamente. Em Palmas - TO não existem estudos que mostram o desempenho deste tipo de sistema. Este estudo analisou um sistema de baixo custo composto por coletor solar feito de tubos de PVC rígido comercial, caixa de leite longa vida e garrafas PET para uma família de três pessoas nas condições ambientes de Palmas - TO. Os resultados mostraram que é possível obter uma economia de até 33,27% na substituição do chuveiro elétrico pelo aquecedor. O aquecedor solar alcançou a temperatura de 53º C, demonstrando sua eficiência térmica na utilização de materiais alternativos e de fácil acesso. Com um investimento inicial de implantação de R$ 286,36 e custo de manutenção de R$ 5,00/mês, apresentou uma economia de R$ 79,20/mês, confirmando a viabilidade econômica na implantação e utilização. / Brazil faces currently a serious problem between availability and demand for energy, in part by improving the standard of living of some classes and the high consumption of the population. This unbridled consumption brings about a constant concern in energy production on a large scale. According to the National Electric Energy Agency (ANEEL, 2010), about 77% of the electricity generated in the country is provided by hydroelectric plants due to government policy and the great hydroelectric potential of Brazil. The electric shower is one of the items from the appliance which has increased participation in residential consumption, 25-35% of total spending according to EPE (2012). It is estimated that the shower consumes 6.2 to 8.7% of the energy produced in the country, also accounting for 18% of the electric system peak demand (Rodrigues e Matajs, 2004). The applicability of ecological solar heater as social technology in this contest, it becomes feasible for implementation in low-income households, as it enables energy saving and improving the quality of life simultaneously. Palmas-TO there are no studies that show the performance of this type of system. This study analyzed an inexpensive composed of solar collector made of PVC commercial hard pipe system, long life and PET bottles milk carton for a family of three people in Palmas-TO ambient conditions. The results showed that it is possible to obtain savings of up to 33.27% in replacing the electric shower by the heater. The solar heater reaches the temperature of 53 C, demonstrating its thermal efficiency in the use of alternative materials and easily accessible. With an initial investment of R$ 286.36 deployment and maintenance cost of R$ 5.00 / month, showed a savings of R$ 79.20 / month, confirming the economic viability of the deployment and use.

Submitted by Ana Paula Lisboa Monteiro (monteiro@univates.br) on 2009-02-16T14:08:57Z No. of bitstreams: 1 MarcioGoerck.pdf: 1466197 bytes, checksum: 7385b7740c32bd657329a5040f6e09f0 (MD5) / Made available in DSpace on 2009-02-16T14:08:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MarcioGoerck.pdf: 1466197 bytes, checksum: 7385b7740c32bd657329a5040f6e09f0 (MD5) / A radiação solar pode ser utilizada diretamente como fonte de energia fototérmica para aquecimento da água em residências, serviços e indústrias. Como o potencial solar depende da radiação da região, este trabalho determinou o potencial energético de um coletor de tubos a vácuo instalado no Vale do Taquari-RS, sendo que os dados serão disponibilizados para auxiliar o planejamento e desenvolvimento do setor energético governamental e privado. O projeto consistiu em monitorar o volume de água que circula no sistema e o diferencial de temperatura entre a entrada e saída dos coletores como indicativo para a determinação do potencial de conservação de energia do sistema. Com os dados obtidos no diferencial de temperatura e o monitoramento da radiação solar no local de pesquisa foi verificada a média de radiação anual de 1312,85 kWh/m², a eficiência do coletor solar foi de 40% e a média de potencial energético diária de 1,21 kWh/m².

A utilização do hidrogênio como vetor energético produzido a partir de fontes renováveis é avaliada como uma das alternativas mais eficientes e ambientalmente amigáveis frente aos combustíveis fósseis. O presente trabalho tem por objetivo contribuir para a viabilização da produção de hidrogênio de alta pureza via eletrólise da água, propondo materiais catódicos de alta eficiência e economicamente atraentes. Carbono vítreo (CV), carbono pirolítico (CP) e grafite moldado (GM) foram testados como material catódico na produção de hidrogênio em solução aquosa de líquido iônico tetrafluoroborato de ácido 3-trietilamônio-propano sulfônico (TEA-PS.BF4). A caracterização física dos materiais de carbono indicou grandes diferenças de microestrutura entre o CV, CP e GM, o que afetou significativamente sua resposta eletroquímica na eletrólise da água. O mecanismo apresentado para todos os materiais estudados foi o de Volmer-Heyrovsky, onde a etapa de dessorção do H2 na superfície catalítica é a etapa determinante da taxa do processo. O eletrodo de GM apresentou o pior desempenho devido à formação de nanobolhas que coalesceram sem dessorver, levando à desativação de sítios catalíticos. Esse fenômeno é atribuído à presença de critalitos grandes e ordenados, com maior número de domínios hidrofóbicos. Os eletrodos de CV e CP apresentaram ótimo desempenho, quando comparados com cátodo de Pt e foram modificados com nanopartículas (NP) de níquel depositadas através da técnica de sputtering, a fim de testar o efeito catalítico na produção de H2. A presença das NP sobre os materiais de carbono não afetou o mecanismo da reação de produção de H2. Além disso, a presença de NP não alterou o desempenho do CV, e dificultou os processos de adsorção de H+ e dessorção do H2 da superfície do eletrodo. Por outro lado, no CP modificado, ocorreu o favorecimento da adsorção de H+ e dessorção do H2 bem como o aumento da densidade de corrente de troca, elevando a atividade catalítica que pode ser atribuída ao aumento da área de sítios ativos, devido à presença das NP suportadas sobre o CP. / The use of hydrogen as an energetic vector produced from renewable sources is evaluated as one of the most efficient and environmentally friendly alternatives to fossil fuels. The present study contribute to the viability of high purity hydrogen production by water electrolysis, proposing cathodic materials of high efficiency and economically attractive. Vitreous carbon (CV), pyrolytic carbon (CP) and molded graphite (GM) were tested as a cathodic material to the hydrogen production in an aqueous solution of ionic liquid tetrafluoroborate of 3-triethylammonio-propane sulfonic acid (TEA-PS.BF4). The physical characterization of carbon materials indicated large differences in the microstructure of CV, CP, and GM, and this significantly affected their electrochemical response in water electrolysis. The mechanism presented for all the materials studied was Volmer-Heyrovsky, where the desorption of H2 at the catalytic surface is the determining step. The GM electrode presented the worst performance due to the formation of nanobubbles that coalesced without desorption, leading to the deactivation of catalytic sites. This phenomenon is attributed to the presence of large and ordered crystallites, with a greater number of hydrophobic domains. The CV and CP electrodes presented an optimum performance when compared to the Pt cathode and were modified with nickel nanoparticles (NP) deposited by the sputtering technique in order to test the catalytic effect on H2 production. The presence of NP on carbon materials did not affect the mechanism of hydrogen production reaction. In addition, the presence of NP did not change the performance of the CV and difficulted the processes of adsorption of H+ and desorption of H2 from the surface of the electrode. On the other hand, the modified CP favored the adsorption of H+ and H2 desorption as well as the increase of the exchange current density, increasing the catalytic activity. It can be attributed to the increase active sites area, due to the presence of NP supported on the CP.

Microrganismos simbiontes são essenciais para a exploração de dietas de baixo valor nutricional, o desenvolvimento, crescimento e a reprodução de seus hospedeiros. Insetos que se alimentam de dieta rica em materiais celulósicos, como é o caso de cupins, apresentam protozoários e/ou bactérias associadas ao trato digestivo que auxiliam na quebra do polímero de celulose e na fixação de nitrogênio. A celulose e a hemicelulose são polímeros estruturais formados por unidades de glicose, sendo a hidrólise desses polímeros de grande interesse industrial para a produção de etanol. O modo mais eficiente de hidrolisar a celulose é pelo uso de enzimas, as celulases. Os cupins apresentam grande eficiência na digestão de celulose e hemicelulose, sendo que a compreensão do processo de digestão de celulose por esses insetos pode facilitar o desenvolvimento de tecnologia mais eficiente para a quebra desse polímero. Assim, este trabalho buscou i) isolar, identificar e caracterizar microrganismos associados ao trato digestivo dos cupins Armitermes euamignathus (Isoptera: Termitidae) e Coptotermes gestroi (Isoptera: Rhinotermitidae); ii) verificar o potencial da microbiota na degradação dos principais componentes da lignocelulose (celulose, xilana e pectina); iii) caracterizar o potencial hidrolítico e determinar as condições ótimas de hidrólise (pH e temperatura das diferentes enzimas produzidas). A análise da microbiota cultivável levou à identificação de 14 filotipos para A. euamignathus e de 11 para C. gestroi, distribuídos nos quatro principais filos, Proteobacteria, Firmicutes, Bacteroidetes e Actinobacteria. A caracterização da microbiota não-cultivável levou à identificação de 17 filotipos em operários e três em soldados de A. euamignathus, enquanto que em C. gestroi foi possível identificar seis filotipos em operários e oito em soldados. O filo Firmicutes foi o mais abundante em A. euamignathus, enquanto Proteobacteria predominou em C. gestroi. O isolamento de bactérias em meio seletivo para degradação de celulose, xilana ou pectina levou à seleção de oito filotipos para A. euamignathus e cinco para C. gestroi. Extratos brutos obtidos do cultivo dessas bactérias apresentaram atividade de hidrólise de pectina e xilana, mas não celulose. Ensaios para otimização das reações de degradação indicaram a presença de enzimas que atuam em diferentes faixas de pH ótimo. Assim, a microbiota associada aos cupins estudados foi bastante diversa, apresentando ainda diferenças entre as diferentes castas desses insetos. Essa microbiota também atua em parte do processo de degradação da celulose, demonstrando o potencial que bactérias associadas ao intestino de cupins podem apresentar para a identificação de enzimas digestivas que possam ser utilizadas no processamento da celulose. / Symbionts are essential for insect hosts as they enhance the nutritional value of their host diets and support host development, growth and reproduction. Insects that feed on diets rich in cellulose, such as termites, exhibit protozoa and/or bacteria within their digestive tract that aid in breaking the cellulose and in nitrogen fixation. Cellulose and hemicellulose are polymers formed by units of glucose, and the hydrolysis of these polymers is of great industrial interest for the production of ethanol. Cellulases are the most efficient enzymes to break cellulose. Termites have a huge capacity to digest cellulose and hemicellulose; thefore, understanding the process by which they digest cellulose may allow the development of more suitable technologies devoted to the industrial utilization of cellulose. This work aimed to i) isolate, identify and characterize microorganisms associated with the digestive tract of Armitermes euamignathus (Isoptera: Termitidae) and Coptotermes gestroi (Isoptera: Rhinotermitidae), ii) investigate the potential of symbionts in the degradation of the main components of lignocellulose (cellulose, xylan and pectin); iii) characterize the hydrolytic potential and determine the optimum hydrolysis conditions (pH and temperature) for the different enzymes produced. The analysis of culturable microorganisms led to the identification of 14 phylotypes for A. euamignathus and 11 for C. gestroi, which were distributed in four Phyla, Proteobacteria, Firmicutes, Bacteroidetes and Actinobacteria. The characterization of the non-culturable microbiota led to the identification of 17 phylotypes in workers and three in soldiers of A. euamignathus, while six phylotypes were identified in workers and eight in soldiers of C. gestroi. Firmicutes was the most abundant in A. euamignathus, while Proteobacteria predominated in C. gestroi. The isolation of bacteria in selective medium to degrade cellulose, xylan or pectin led to the selection of eight phylotypes from A. euamignathus and five from C. gestroi. Crude extracts obtained from the cultivation of these bacteria showed hydrolytic activity towards to xylan and pectin, but not cellulose. Assays for optimization of enzymatic reaction indicated the presence of enzymes that act at different pH ranges great. As a conclusion, symbiont diversity was quite different between the termites species and in between the castes of these species. But the microbiota isolated also acts in the degradation of cellulose, demonstrating the potential for the gut-associated bacteria of termites may present for the identification of digestive enzymes which can be used in the processing of cellulose.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Energia). Universidade do Porto. Faculdade de Engenharia. 2010