Orientador: Cristiane Mansur de Moraes Souza. / Tese (Doutorado em Desenvolvimento Regional) - Programa de Pós-Graduação em Desenvolvimento Regional, Universidade Regional de Blumenau, Blumenau.

Atualmente as organizações industriais notaram a importância de se preservar o meio ambiente e está demonstrando um crescente interesse em atuar de forma sustentável na utilização de matérias-primas para geração de produtos. Diante disso, métodos e ferramentas que permitam a identificação das relações existentes entre produtos e processos e o ambiente faz-se necessário. O presente estudo teve como objetivo avaliar o desempenho ambiental e energético do ciclo de vida da produção de etanol de batata-doce cultivada no Tocantins, e a Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) foi a ferramenta que permitiu analisar os potenciais impactos ambientais causados pela produção do etanol, desde a extração da matéria-prima a sua produção na usina, avaliando as fases agrícola e industrial do seu ciclo de vida. Com base nos resultados da ACV foi possível identificar que as categorias de impacto ambiental Mudança Climática, Eutrofização e Acidificação Terrestre tiveram as maiores contribuições relacionados à fase agrícola, cujas emissões de gases acidificantes, emissões de GEE e “usos de recursos energéticos não-renováveis” estiveram relacionadas ao uso de fertilizantes sintéticos e ao uso de combustíveis fósseis principalmente no processo de plantio e manejo no cultivo da batata-doce, o que indica a necessidade de uma utilização mais eficiente desses recursos. Na avaliação energética constatou-se o que a produção do etanol de batata-doce é viável em relação à energia líquida gerando o total de 1,36 MJ para cada unidade de energia consumida, e 1,76 MJ produzido para cada unidade de energia fóssil despendida para sua fabricação. / Currently industrial organizations noted the importance of preserving the environment and is demonstrating a growing interest in acting in a sustainable way in the use of raw materials for generation of products. Therefore, methods and tools that enable the identification of the relationship between products and processes and the environment is necessary. This study aimed to evaluate the energy and environmental performance of the life cycle of sweet potato ethanol production grown in Tocantins, and the Life Cycle Assessment (LCA) was the tool that allowed us to analyze the potential environmental impacts for ethanol production, from extraction of raw materials to production at the plant, evaluating the agricultural and industrial phases of their life cycle. Based on LCA results was possible to identify the categories of environmental impact climate change, eutrophication and acidification Land had higher contributions related to the agricultural phase, whose emissions of acidifying gases, greenhouse gas emissions and "non-renewable energy resources use were" related to the use of synthetic fertilizers and the use of fossil fuels especially in the planting and management of sweet potato process, which indicates the need for a more efficient use of those resources. In the energy assessment it was found that the production of sweet potato ethanol is feasible in relation to net energy generating total of 1.36 MJ for each unit of energy consumed, and 1.76 MJ produced for each unit of fossil energy expended to manufacture.

O objetivo deste trabalho foi utilizar a radiação ionizante na reciclagem de pneus inservíveis de automóvel. As amostras de borracha de pneus inservíveis foram irradiadas com doses de radiação de 200, 400 e 600kGy, em um acelerador de elétrons. Posteriormente, elas foram caracterizadas por termogravimetria (TG), calorimetria exploratória diferencial (DSC), ensaios mecânicos de tração, espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Por TG foi possível observar os efeitos da radiação na perda de massa do material. Por DSC observou-se as curvas exotérmicas associadas à decomposição e valores de variação de entalpia (ΔH). Foram estudadas as propriedades mecânicas das amostras da matriz elastomérica com o pó de pneu inservível e verificado o seu comportamento frente à radiação ionizante. Os espectros FTIR foram obtidos na região de 4000 650cm-1. Observou-se que não foi possível observar alteração nos picos devido à irradiação. Nos ensaios por MEV as micrografias foram ampliadas de 32 vezes até 1000 vezes e observadas nos tamanhos de 1mm até 20μm. Observou-se nas doses de 200 e 400kGy, rugosidades correspondentes a quebras ou rupturas, possivelmente causadas pela radiação. Na dose de 600kGy, foi possível observar cavidades causadas pela radiação. Observou-se que para todas as doses houve degradação. Para as amostras dos corpos de prova sem pó e com pó de pneus inservíveis com 10%, 30% e 50% de pó as micrografias foram observadas nas ampliações de 100μm e 200μm. Também foi possível observar a incorporação do pó de pneus inservíveis de automóvel na matriz elastomérica das amostras não irradiadas e irradiadas. / The aim of this study was to use ionizing radiation in the recycling of scrap tires of automotive. Samples of rubber unserviceable tires were irradiated with radiation doses 200, 400 and 600kGy in an electron accelerator. Subsequently, they were characterized by thermogravimetry (TG), differential scanning calorimetry (DSC), tensile strenght mechanical test, spectrophotometry Fourier transform infrared (FTIR) and scanning electron microscopy (SEM). By thermogravimetry was possible to observe the effects of radiation in the mass loss of material. In the DSC curves were observed exothermic decomposition peaks and associated values of enthalpy variation (ΔH). The mechanical properties of the elastomeric matrix with unserviceable tires powder were studied and its behavior to ionizing radiation was analyzed. FTIR spectra were obtained in the 4000 - 650cm-1 region. It was observed that there was no change in the peaks due irradiation. For SEM the micrographs were enlarged from 32 times up to 1000 times and observed in sizes from 1mm up to 20μm. It was observed at doses of 200 and 400kGy, roughness corresponding to breaks or ruptures possibly caused by radiation. In 600kGy radiation dose was observed cavities caused by radiation. It was observed that at all doses occurred degradation. For samples without powder and with 10, 30 and 50% of unserviceable tires powder it was obtained micrographs of 100μm and 200μm amplification. Also it was possible to observe the incorporation of unserviceable tires powder of automotive in the elastomeric matrix of non-irradiated and irradiated samples.

As atividades antrópicas geram altas taxas de fragmentação e atualmente caracterizam uma ameaça à manutenção da biodiversidade. Neste contexto, a recuperação de ecossistemas vem se tornando uma atividade crescente, como iniciativa de frear o processo de extinção. Assim, o desenvolvimento de estratégias que priorizem a restauração de baixo custo é uma alternativa viável e atraente. Porém, esta depende de fatores, como a capacidade de dispersão das sementes que pode ter interferência da paisagem. Assim, o seguinte estudo teve o objetivo de avaliar como a estrutura da paisagem afeta o banco de sementes e seus possíveis dispersores, favorecendo a restauração passiva.Selecionamos 10 paisagens, envoltos por pelo menos dois destes três tipos de matriz: cana-de-açucar, pastagem e café. O banco de sementes foram coletados emdistâncias pré-estabelecidas do interiordo fragmento florestal à matriz. Além disso, um levantamento da avifauna local foi realizado nos mesmos remanescentes. Para examinar a relação entre o banco de sementes e a paisagem foram utilizados modelos lineares e não lineares. As métricas de paisagem testadas nos modelos foram: porcentagem de cobertura florestal, complexidade da forma, índice de isolamento e índice de permeabilidade. Encontramos que a estrutura da paisagem, direta e indiretamenteafetam o banco de sementes via aves dispersoras. A paisagem influencia diretamente a manutenção da avifauna dispersora, afetando indiretamente o banco de sementes zoocóricas e,consequentemente, a possibilidade de restauração bem-sucedida. Matrizes mais permeáveis, formas mais simples, maior conectividade entre os fragmentos e maior porcentagem de mata garantiram maior freqüência de ocorrência de aves dispersoras que, por sua vez, asseguraram a manutenção do banco de sementes zoocóricas. Desta forma, através da compreensão destes efeitos diretos e indiretos, sugerimos que os aspectos estruturais da paisagem, devem ser considerados em estratégias de gestão e restauração de áreas florestais. / Anthropic activity causes high rates of landscape fragmentation, which threaten biodiversity worldwide. In this context, the recovery of ecosystems has become an increasingly important strategy to ward off extinction. The development of strategies to prioritize restoration at low costs are viable and attractive alternatives. However, this process depends on factors such as seed dispersion capacity, which may be affected by the landscape. This study aims to evaluate the influence of landscape structure on seed bank and its potential dispersal. We selected 10 landscapes, immerse into at least two of these three types of matrices: sugar cane, cattle pasture and coffee. Seed bank was collected into the matrix at pre-established distances from forest patches. Furthermore, we performed bird sampling in the same matrices. To examine the relation between the seed bank and the landscape, we used linear and non-linear models. Competing landscape models included: amount of forest, patch shape complexity, isolation and matrix permeability. We found that the landscape structure directly and indirectly affects the seed bank via dispersing birds. The landscape directly influences the maintenance of the dispersing birds, indirectly affecting the zoochoric seed bank and, consequently the possibility of successful restoration. Higher matrix permeability, more regular shapes, higher connectivity among fragments and higher percentage of forest ensures higher rate of occurrence of dispersing birds, which in turn, ensure the maintenance of the zoochoric seed bank. Thus, through the understanding of these direct and indirect effects, we suggest the structural aspects of the landscape must be considered in management decisions and restoration strategies of forest areas. / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais - FAPEMIG

A erosão hídrica é um dos principais processos de degradação do solo e as alterações da cobertura vegetal podem intensificá-la. Assim, os estudos de modelagem de erosão hídrica associados às análises multitemporais do uso do solo são importantes para avaliar os efeitos de tais mudanças na produção de sedimentos. Portanto, diante das alterações no uso solo de 1986 a 2011, o objetivo desse trabalho foi estimar a erosão hídrica nas unidades de solo Latossolo vermelho distrófico nos relevos plano (LVd1), suave ondulado (LVd2) e ondulado (LVd3) da sub-bacia hidrográfica do Ribeirão Caçús, sul do Estado de Minas Gerais, Sudeste do Brasil, a partir da Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE) e comparar com a tolerância de perda de solo (TPS). A RUSLE, criada no fim do século XX, é uma adaptação da Universal Soil Loss Equation (USLE), pois seus parâmetros são calculados com ajustes às variações sazonais e técnicas de sistema de informação geográfica (SIG). Esses modelos são mais aplicados na estimativa da erosão hídrica, devido à simplicidade e a disponibilidade de informações. Ambos são baseadas na formula: A = R*K*LS*C*P, em que: A é aperda de solo; R é a erosividade da chuva; K é a erodibilidade do solo; LS é o fator topográfico; C é o fator uso e manejo do solo e P é o fator práticas conservacionistas. Neste trabalho, o fator R foi obtido da literatura; o fator K foi obtido pela aplicação de modelo indireto de estimativa; o fator LS foi obtido com técnicas de SIG, a partir de Modelo Digital de Elevação (MDE); o fator C foi obtido por mapeamento multitemporal do uso do solo, por meio de técnicas de SIG e sensoriamento remoto a partir de imagens de satélite, e os valores de C para os respectivos usos do solo foram obtidos da literatura. O fator P, o mais carente de dados na literatura, foi desconsiderado. Os resultados apontam que as alterações no uso do solo intensificaram o processo erosivo. Em termos de área, valores de perda de solo acima da TPS aumentaram de 7,9%, em 1986, para 8,4%, em 2011. Este crescimento foi devido à diminuição das áreas de pastagens e de mata nativa e aumento das áreas com solo exposto e de cultivos de café, milho e cana-de-açúcar. O modelo RUSLE em SIG é uma ferramenta útil e simples, que permite identificar áreas de solo degradado e auxiliar na definição de medidas de conservação e recuperação do solo. / Water erosion is one of the main soil degradation processes and land cover changes can intensify it. Thus, modeling soil erosion studies associated with the multitemporal analysis of land use are important to assess the effects of such changes in sediment production. Therefore, according with the land use changes from 1986 to 2011, the objective of this work was to estimate the water erosion in Latosols of Ribeirão Caçús watershed, southern Minas Gerais State, southeastern Brazil, by the Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE) and to compare with the soil loss tolerance (SLT). The RUSLE, created in the end of the twentieth century, is an adaptation of the Universal Soil Loss Equation (USLE), because its parameters are calculated with adjustments in seasonal variations and the geographic information system (GIS) techniques. These models are more applied in water erosion estimate due to availability and simplicity of information. Both are based on the formula: A = R*K*LS*C*P, where: A is the soil loss; R is the rainfall erosivity; K is the soil erodibility; LS is the topographic factor; C is the soil management and use factor and P is the support practice factor. In this work the R factor was obtained from literature; the K factor was obtained by application of estimating indirect model; the LS factor was obtained from digital elevation model (DEM); the C factor was obtained by soil use multitemporal mapping using GIS and remote sensing techniques from satellite images, and the C values were obtained from literature. The P factor is the poorest in literature and was not considered. Results indicate that changes in land use intensified the erosive process. In terms of area, soil loss values above of the SLT increased from 7.9% in 1986 to 8.4% in 2011. This growth was due to the decrease of pasture lands and native forest and increase of bare soil and sugarcane, corn and coffee crops areas. The RUSLE model associated with GIS is one simple and useful tool that allows identifying areas of soil degraded and to auxiliary in definition of soil recovery and conservation measures. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES

O sistema viário brasileiro apresenta um grande número de obras-de-arte especiais (OAEs) em concreto - pontes, viadutos, túneis, passarelas, etc - com problemas de degradação, cujas causas encontram-se tanto na falta de recursos financeiros para a realização de inspeções e manutenções periódicas, quanto nas condições ambientais no entorno dessas estruturas.A presente Tese traz uma discussão sobre a importância do conhecimento e da consideração das condições ambientais brasileiras e dos parâmetros ambientais ao se estudar a degradação das obras-de-arte especiais em concreto. Uma proposta de uma metodologia para inspeção das pontes e viadutos brasileiros em concreto armado, considerando a influência do entorno da obra e dos parâmetros ambientais na degradação dessas estruturas e no surgimento e desenvolvimento de suas manifestações patológicas, é apresentada. Essa proposta de metodologia, expressa sob a forma de uma planilha de inspeção, considera os aspectos estruturais, patológicos e ambientais relacionados com as OAEs, visando contribuir com a conservação das pontes e viadutos brasileiros e com a redução dos custos dos serviços de recuperação ou reconstrução dessas estruturas.

A necessidade de reduzir o tempo ocioso de equipamentos industriais devido a intervenções de manutenção tem motivado o desenvolvimento de técnicas de controle que almejam estender a vida útil dos componentes da planta respeitando as especificações de desempenho estabelecidas. Para esse propósito, podem ser usados métodos para monitoramento da degradação dos componentes e previsão da ocorrência de falhas. Neste trabalho, considera-se o problema de controle de um sistema na presença de efeitos de degradação que reduzam a efetividade dos atuadores. Mais especificamente, no caso da taxa de degradação depender do esforço de controle, mostra-se que a dinâmica do sistema sob o efeito da degradação pode ser representada por um modelo bilinear. Uma técnica de controle preditivo própria para uso com modelos bilineares é então adotada para levar em conta a perda de efetividade dos atuadores. Para comparação, empregam-se também controladores preditivos mais simples que desconsideram os efeitos de degradação ao longo do horizonte de predição. Resultados de simulação comprovam que a abordagem de controle que emprega o modelo bilinear é mais adequada para tratar o problema de degradação dos atuadores. Com efeitos, as leis de controle preditivo mais simples resultam em perda de estabilidade. Adicionalmente, mostra-se que o controlador preditivo com modelo bilinear pode ser empregado para distribuir o esforço de controle entre atuadores redundantes, caso os efeitos de degradação se tornem pronunciados.

As estruturas de concreto localizadas em meio ambiente marinho sofrem processos de degradação principalmente pela presença do agente agressor cloreto. Tal agente, proveniente da água do mar e transportado através do aerosol marinho, é um dos principais responsáveis por danos relacionados à corrosão das armaduras do concreto. Sabe-se que esse mecanismo de degradação está diretamente relacionado com as variáveis ambientais, porém, observa-se que o tema ainda apresenta muitos caminhos a serem explorados na literatura. Dentro deste contexto podem-se inserir as mudanças climáticas. Os conhecimentos a respeito dos efeitos ocasionados pelas mudanças climáticas nas obras civis vêm se aprofundando nas últimas décadas, mas ainda é um tema carente de informações, principalmente em se tratando da penetração dos íons cloretos no concreto. Portanto, tendo em vista o comentado, a presente tese teve como objetivo estudar a influência das mudanças climáticas na penetração de íons cloretos em estruturas de concreto localizadas em ambiente marinho. A metodologia consistiu primeiramente na caracterização da região de interesse, representada pelo município de Ubatuba, selecionando dados de temperatura e umidade relativa do ar para três distintos cenários ambientais. Também foram discutidos métodos de estimativa da umidade relativa do ar disponíveis na literatura. Em seguida, foram analisados diferentes modelos de predição da penetração de íons cloretos para os diferentes cenários ambientais estabelecidos, averiguando a influência das alterações nas variáveis ambientais na penetração dos cloretos. Dentre os resultados atingidos, verificou-se que, para a região de estudo, considerando um tempo de vida útil de projeto inicial igual a 50 anos, em um período de aproximadamente 25 anos, as mudanças climáticas foram responsáveis pela redução em 1,75 anos no tempo de vida útil de projeto. Já para um período de 100 anos, também assumindo um tempo de vida útil de projeto inicial igual a 50 anos, e considerando projeções futuras esperadas em variáveis climáticas devido às mudanças climáticas, essa redução foi em média de 13 anos. Dessa maneira, observou-se que, principalmente a longo prazo, as alterações climáticas podem contribuir significativamente para a penetração de cloretos no concreto, e consequentemente, para a degradação dessas estruturas.

A exigência de continuidade operacional em processos críticos mesmo sob a ação de falhas de atuadores requer sistemas de controle que sejam capazes de manter o sistema em funcionamento, mesmo com desempenho afetado, até uma possível intervenção de manutenção. Neste contexto, o controle preditivo se mostra uma estratégia apropriada para mitigação dos efeitos de falhas, por permitir o tratamento explícito de restrições de entrada e saída do sistema. Este trabalho apresenta uma abordagem de controle preditivo para acomodação de falhas que resultem em uma perda de efetividade dos atuadores. Para esse propósito, assume-se que o atuador esteja sujeito a efeitos de degradação que progridam com taxa proporcional ao esforço de controle. Por simplicidade, considera-se que a perda de efetividade ocorra de forma abrupta quando a degradação atinge um limiar intermediário entre a condição nominal de operação e a perda total do atuador. Sob essas condições, a dinâmica do sistema pode ser representada por um modelo de sistema h?brido utilizando a representação MLD (Mixed Logical Dynamical). Como resultado, a lei de controle preditivo envolve a solução de um problema de programação mista inteira a ser resolvido a cada instante de amostragem. A abordagem proposta é ilustrada por meio de simulações numéricas.

Este Trabalho apresenta um ciclo completo de desenvolvimento incluindo manufatura, instalação e testes de uma Superfície Óptica Refletora conhecida na literatura como Optical Solar Reflector - OSR, utilizadas como radiador térmico de satélites. O OSR é basicamente um espelho de segunda superfície composto por uma lâmina de borossilicato ou sílica fundida, com um filme fino de prata depositado na face não exposta ao ambiente espacial. Esses radiadores são utilizados em determinadas partes do satélite para a rejeição de calor para o meio espacial. No Brasil utiliza-se, no lugar de OSR, superfícies pintadas com tinta branca que, embora de custo menor, sofrem degradação das propriedades ópticas quando expostas ao ambiente espacial, e por consequência aumentando a temperatura interna do satélite no final de sua vida útil. Este projeto visa oferecer uma alternativa para substituição da tinta por esse modelo de radiador, considerando suas características de baixa degradação ao longo da vida orbital do satélite. No processo de manufatura do OSR, utilizou-se o borossilicato com 115m de espessura e o filme metálico foi depositado pelo processo Electro Beam de deposição de filme fino utilizando-se o equipamento do CTE-INPE. Tendo o OSR fabricado, foram pesquisados alguns tipos de adesivo para a fixação dos mesmos no satélite, sendo considerada tanto a adesão a resistência a dilatação e contrações térmicas devido aos ciclos térmicos no qual o satélite é exposto durante a sua vida orbital. Um radiador simples foi montado em uma placa de alumínio e foram submetidos a testes de vibração, medidas de absortividade ( S) e emissividade ( IR , e testes vácuo-térmico e de choque térmico. Estes testes comprovaram as boas propriedades termo ópticas do refletor, e validaram a aderência da prata no borossilicato, assim como a aderência da cola escolhida para a fixação dos OSR';s na estrutura do satélite. Todos os testes foram executados no Laboratório de Integração e Testes do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (LIT- INPE).