2010 - Institutos Lactec

Transcrição

Livro de Resumos Estendidos
2009 | 2010
1
Seminário Anual de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e
Inovação do LACTEC – PIBITI/ CNPq. (4.: 2010: Curitiba, PR).
Tecnologia e Inovação, Caminhos para o desenvolvimento. /
Organizadores: Kleber Franke Portella, Paula Negreli Cardoso,
26 e 27 de outubro 2010. 252 p.
Evento realizado pelo INSTITUTO DE TECNOLOGIA PARA O
DESENVOLVIMENTO – LACTEC.
1. Inovação Tecnológica. 2. Inovação. 3. Empreendedorismo
I. Cardoso, Paula Negreli II. Portella, Kleber Franke. III. Título.
CDD 608.7
LACTEC
2
IV Seminário Anual de Iniciação em
DESENVOLVIMENTO TECNOLÓGICO e INOVAÇÃO do Lactec, Pibiti / Cnpq
EDITORIAL
O quarto ciclo do PIBITI/CNPq do LACTEC encerrou-se em julho/2010, contando mais uma vez com as 30 bolsas de estudo fornecidas
pelo CNPq aos alunos de graduação interessados em iniciação tecnológica
e inovação.
Entre agosto de 2009 e julho de 2010, alunos de graduação de 7
Instituições de Ensino Superior participaram do PIBITI/CNPq, sendo: 2 Universidades Federais, UFPR e UTFPR, representando 85% dos alunos participantes do programa; e de outras 5 Universidades e Faculdades particulares
– PUCPR, POSITIVO, SOCIESC, CAMÕES E UNIFACS (SALVADOR, BAHIA). Dos
37 alunos que participaram deste ciclo, atualmente 2 estão em programas de
mestrado, prosseguindo com projetos de Ciência e Tecnologia no LACTEC, 2
estão em intercâmbio no exterior e 1 foi efetivado, sendo hoje funcionário
do Instituto.
Com grande satisfação, a Equipe Coordenadora do Programa de
Iniciação Tecnológica do LACTEC reuniu nesta obra o resultado dos 30 trabalhos de pesquisa realizados no quarto ciclo do PIBITI/CNPq, com o objetivo
de divulgar para outras instituições de ensino do país, os resumos estendidos
elaborados pelos bolsistas e apresentados no IV Seminário Anual de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação, PIBITI/CNPq. Neste livro
estão também, os resumos estendidos de 2 bolsistas CNPq, que, convidados
pelo Comitê Institucional do LACTEC, apresentaram também os resultados
de suas pesquisas no IV Seminário.
De uma forma geral, o Comitê Editorial deste livro de resumos espera que esta iniciativa passe a fomentar discussões e integrações com outros grupos de pesquisa nacionais, ampliando as expectativas e os retornos
ao setor tecnológico.
2009 | 2010
3
Como agradecimento geral, deve ser feito menção ao fomento
disponibilizado pelo CNPq ao LACTEC, pelas verbas de bancada adicionais
e infra-estrutura a estes projetos, bem como aos Professores Orientadores e
Bolsistas que não mediram esforços em abraçar esta iniciativa de disseminar
e aprofundar seus conhecimentos em Ciência, Tecnologia e Inovação.
Os bolsistas desenvolveram as atividades dos projetos nos seguintes departamentos:
DPEC – Departamento de Estruturas Civis
DPEE – Departamento de Eletroeletrônica
DPRA – Departamento de Recursos Ambientais
DPTM – Departamento de Tecnologia em Materiais
4
Vanessa Pisseti Muniz Maciel
Newton Pohl Ribas
Diretora Administrativo-Financeira
Diretor Superintendente
Ivo Brand
Maurício Müller
Diretor de Desenvolvimento Tecnológico
Diretor de Operações Tecnológicas
PROGRAMA INSTITUCIONAL DE BOLSAS DE INICIAÇÃO EM
DESENVOLVIMENTO TECNOLÓGICO E INOVAÇÃO
PIBITI/LACTEC
Coordenador e Editor
Prof. Dr. Kleber Franke Portella
Gestão Administrativa DPGT
Paula Negreli Cardoso
CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO
E TECNOLÓGICO – CNPq
Presidente
Carlos Alberto Aragão de Carvalho Filho
Coordenadora de Programas Acadêmicos – COPAD
Maria Isabel Craveiro Tavares Pereira
2009 | 2010
5
Comitê Institucional
Prof. Dr. Alexandre Rasi Aoki
Prof. Dr. Carlos Eduardo Belz
Prof. Dr. Carlos Mario Garcia
Prof. Dr. Edemir Luiz Kowalski
Prof. Dr. Guilherme Cunha da Silva
Prof. Dr. Luiz Alkimin de Lacerda
Prof. Dr. Marcos Antonio Coelho Berton
Profa. Dra. Marilda Munaro
Prof. Dr. Patricio Rodolfo Impinnisi
Prof. Dr. Paulo César Inone
Prof. Dr. Rogério Carrazedo
Prof. Dr. Rogers Demonti
Prof. Dr. Vitoldo Swinka Filho
6
Comitê Externo
Prof. Dr. Fernando Wypych – UFPR
Prof. Dr. Sérgio Scheer – UFPR
Prof. Dr. Wido H. Schreiner – UFPR
Profa.Dra.Neida Mª. Patias Volpi – UFPR
SUMÁRIO
DETERMINAÇÃO DA CAPACIDADE DE CARGA E DESCARGA DE BATERIAS
11
DE CHUMBO-ÁCIDO
IDENTIFICAÇÃO DE MICRO-ORGANISMOS ASSOCIADOS À BIOCORROSÃO
EM USINAS HIDROELÉTRICAS POR ESPECTROSCOPIA NO INFRAVERMEL17
HO PRÓXIMO (NIRS).
DIAGNÓSTICO DE ARBORESCÊNCIAS EM CABOS ISOLADOS DE MÉDIA
TENSÃO
25
AVALIAÇÃO DOS PROCESSOS DE DEGRADAÇÃO NOS MATERIAIS POLIMÉRICOS OCASIONADOS PELO OZÔNIO GERADO DURANTE O ENSAIO
DE TENSÃO APLICADA
33
DESENVOLVIMENTO DE UM MODELO MATEMÁTICO DE ANÁLISE DE
RISCO DE BIOINVASÃO AQUÁTICA POR L. FORTUNEI
41
DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA DE CARGA PULSADA PARA BATERIAS / COMPORTAMENTO DE BATERIAS CHUMBO ÁCIDAS SELADAS
FRENTE A CICLOS DE CARGA PULSADA
51
ANÁLISE DE PATOLOGIAS EM CONCRETO UTILIZANDO RADIOGRAFIA E
TOMOGRAFIA COMPUTADORIZADA INDUSTRIAL
59
CULTIVO, ISOLAMENTO E ANÁLISE BIOQUÍMICA E MOLECULAR DE PSEUDOMONAS SP. ASSOCIADAS À BIOCORROSÃO EM USINAS HIDROELÉTRICAS 67
DESENVOLVIMENTO DE UM MODELO DE AVALIAÇÃO DA EFICIÊNCIA DA
ESCADA DE PEIXES DA UHE ILHA DOS POMBOS
75
SISTEMA NEBULOSO PARA PREVISÃO DE CARGA POR BARRAMENTO
83
2009 | 2010
7
ESTUDO E DESENVOLVIMENTO DE CONCRETO COM MISTURAS CIMENTÍCIAS MINERAIS E FOTOCATALÍTICAS PARA REDUÇÃO DE GASES
DO EFEITO ESTUFA: APLICAÇÃO EM ESTRUTURAS ARMADAS DE REDES
DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA
91
DESENVOLVIMENTO DE SISTEMA DE CARGA PULSADA PARA BATERIAS 97
ESTUDO DO DESEMPENHO DE PLANTAS DE CÉLULAS A COMBUSTÍVEL
103
DE ÁCIDO FOSFÓRICO
TAXA DE DEGRADAÇÃO DE ESTRUTURAS EM FUNÇÃO DA SALINIDADE
NO SUL E NO NORDESTE DO BRASIL: ESTUDOS DE CASO NO LITORAL
111
PARANAENSE E EM SALVADOR/BA
COMPORTAMENTO DA RESISTÊNCIA ELÉTRICA SUPERFICIAL E VOLUMÉTRICA DE AMOSTRAS DE BORRACHA NATURAL RETIRADAS DE LENÇÓL
119
ISOLANTE EXPOSTAS A ALTAS CONCENTRAÇÕES DE OZÔNIO
CARACTERIZAÇÃO DE ELETRÓLITOS SÓLIDOS A BASE DE CÉRIA OBTIDOS POR REAÇÃO DE COMBUSTÃO
127
ESTUDO DE DEFORMAÇÕES EM ESTRUTURAS DE CONCRETO COM
FIBRAS ÓTICAS
135
PATOLOGIAS EM ESTRUTURAS DE CONCRETO/ ATAQUE POR PERCOLAÇÃO DE ÁGUA EM ESTRUTURA TIPO CCR: ESTUDO DE CASO NA USINA
SANTA CLARA COM EXTENSÃO PARA JORDÃO E CAXIAS
141
PROPRIEDADES DE TINTAS ANTICORROSIVAS ATRAVÉS DE FENÔMENOS
149
DE TRANSPORTE
CUSTOMIZAÇÃO DO APLICATIVO GID PARA GERAÇÃO DE MALHAS DE
DISCRETIZAÇÃO PARA PROGRAMAS DE ANÁLISE NUMÉRICA COMERCIAIS OU ELABORADOS IN-HOUSE
157
DESENVOLVIMENTO DE METODOLOGIA PARA AVALIAÇÃO DA INTERFACE
REVESTIMENTO/NÚCLEO/TERMINAIS DE ISOLADORES POLIMÉRICOS
165
TIPO BASTÃO
8
GEORREFERENCIAMENTO DE ANÁLISES DE CORROSÃO LABORATORIAIS E NUMÉRICAS UTILIZANDO O ARCVIEW
171
DESENVOLVIMENTO DE TECNOLOGIA PARA LINHAS DE DISTRIBUIÇÃO
DE 34,5 KV EM ÁREAS DE INCIDÊNCIA SALINA.
179
COMPORTAMENTO DE BATERIAS CHUMBO ÁCIDAS SELADAS FRENTE A
CICLOS DE CARGAS PARCIAIS PULSADA
187
CARGA PULSADA EM BATERIAS CHUMBO ÁCIDAS
197
PESQUISA E OTIMIZAÇÃO DE MÉTODOS DE COMPACTAÇÃO DE CCR
203
AVALIAÇÃO DO ENVELHECIMENTO DE INVÓLUCROS POLIMÉRICOS DE
PÁRA-RAIOS 15KV UTILIZADOS EM REDES DE DISTRIBUIÇÃO
209
CONTROLE DO MOLUSCO INVASOR LIMNOPERNA FORTUNEI EM SISTEMAS DE RESFRIAMENTO DE USINAS HIDRELÉTRICAS COM INJEÇÃO DE
215
OZÔNIO
AFERIDOR DE MEDIDORES DE ENERGIA ELÉTRICA SEM INTERRUPÇÃO
223
NO FORNECIMENTO DE ENERGIA
PREPARAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE ELETRÓLITOS SÓLIDOS A BASE
DE CÉRIA DUPLAMENTE DOPADA COM ÍTRIA E LANTÂNIA
231
SISTEMA DE AUTOMAÇÃO E TRATAMENTO DE DADOS DE ENSAIOS REALIZADOS EM GONIFOTÔMETRO TIPO C
241
DESENVOLVIMENTO E IMPLANTAÇÃO DE SISTEMA DE CONTROLE DE
GONIOFOTÔMETRO TIPO C PARA ENSAIO EM LUMINÁRIAS DE ILUMINA247
ÇÃO PÚBLICA
2009 | 2010
9
10
DETERMINAÇÃO DA
CAPACIDADE DE CARGA E
DESCARGA DE BATERIAS
DE CHUMBO-ÁCIDO
CNPq - 128131/2009-8
Autor: Alexandre Mateus Zavadniak
Bolsista PIBITI/CNPq - LACTEC - 2009/2010
Endereço Eletrônico: [email protected]
Departamento: DPEE
Orientador: Rogers Demonti
Área de conhecimento: 3.04.04.00-2: Sistemas Elétricos de Potência
Palavras-chave: Baterias Chumbo-ácido, teste de baterias.
2009 | 2010
11
12
INTRODUÇÃO
Com o crescente aumento de sistemas eletrônicos, os quais utilizam baterias como fonte de alimentação, existe a necessidade de um melhor
gerenciamento da energia cedida pela bateria. Foram pesquisados vários
métodos e curvas de carga e descarga de baterias, com o objetivo de observar o comportamento das baterias de chumbo-ácido assim como pesquisar
o melhor método de testar e gerenciar estas baterias.
OBJETIVOS
• Pesquisar e estudar métodos de carga e descarga de baterias de
chumbo - ácido;
• Aprendizagem dos algoritmos de programação do micro-controlador AT90PWM2B;
• Estudo do circuito integrado BQ26221 para determinar os parâmetros da bateria de chumbo – ácido;
• Montagem do protótipo para determinação dos parâmetros da
bateria;
• Desenvolvimento do algoritmo para determinar os parâmetros
da bateria, utilizando o micro controlador AT90PWM2B e o circuito integrado
BQ26221;
• Montagem do protótipo para executar o processo de carga e descarregar a bateria.
METODOLOGIA
Inicialmente foi coletado e selecionado todo material disponível
relacionado com processo de carga e descarga de baterias. Logo em seguida,
foi dado início ao estudo da programação do micro-controlador AT90PWM2B,
sendo elaborados vários algoritmos de programação. Com o domínio da linguagem de programação foi desenvolvido módulo de testes da bateria, utiliLivro de Resumos Estendidos
2009 | 2010
13
zando o circuito integrado BQ26221.
RESULTADO
COMUNICAÇÃO HDQ
Após o término do estudo inicial, onde foi estudado o conceito e
a base do projeto, deu início ao protótipo do circuito que iria providenciar
os parâmetros da bateria, como por exemplo, capacidade de carga, temperatura, tensão, entre outros. O circuito integrado utilizado é o componente
BQ26221, que possui um protocolo de comunicação conhecido como HDQ,
que é constituído de uma comunicação serial por um fio, tanto a transmissão quanto a resposta do componente tem origem pela mesma ligação física: O esquemático utilizado para comunicação foi retirado do Datasheet do componente BQ26221, graças a este circuito foi desenvolvido um
código de programação em C, para enfim termos os dados da bateria. Tendo
em vista todos os parâmetros foi efetuado um protótipo, sendo consideradas
algumas mudanças e adaptações no circuito. Logo em seguida, um Software
foi desenvolvido e testado para gerar a comunicação.
PARÂMETROS HDQ
No decorrer do programa varias funções fazem parte de um protocolo para que ocorra a perfeita comunicação do CI (escravo) com o micro-controlador (mestre). Normalmente o canal de comunicação fica em nível
lógico alto, quando ocorre um bit de parada, o escravo entende que ele receberá um byte de comando ou de leitura. Em seguida, é enviado pelo mestre
um byte de dados, que se obedecerem aos parâmetros de comunicação, será
interpretado pelo escravo e, logo em seguida, respondido.
CURVA DE CARGA
O método adotado foi por nível de corrente e por nível de tensão.
Este método é adequado, pois não aumenta consideravelmente a temperatura da bateria, assim preservando as suas propriedades. Esta curva de carga
é específica para baterias de chumbo – ácido e não deve ser aplicada em
outras.
Para concretizar este método de carga foi baseado em um conver14
sor boost, operando em modo de condução descontínua, tendo alimentação
da rede por uma ponte retificadora de diodos. O conversor vai ser controlado
por um sinal PWM gerado pelo microcontrolador AT90PWM2B, sendo ele responsável pelo controle e por monitorar a segurança do sistema.
CURVA DE DESCARGA
Inicialmente o objetivo era realizar uma descarga com tensão contínua, entretanto é uma característica da tensão de descarga ter uma variação. Foi proposto que quando a tensão por célula chegar a 1,95 V, a bateria
vai ser considerada descarregada. O circuito utilizado para descarregar a bateria é um sistema controlado por um sinal PWM, que é controlada a corrente
da bateria para um resistor de 540 Ω de 30 W de potência.
CIRCUITO DE CARGA E DESCARGA
Como já foi observado nos tópicos anteriores, foi utilizado um
conversor boost para carga e um buck para descarga. Estes dois circuitos são
controlados por sinais de PWM distintos e independentes. Estabelecido esta
relação, foi projetada uma placa de circuito impresso com o objetivo de concretizar um sistema de carga e descarga.
CONCLUSÃO
Este projeto permitiu a construção de um protótipo de acompanhamento da carga e descarga de baterias utilizando técnicas de Eletrônica
de Potência com os conversores buck e boost.
O conhecimento adquirido neste estudo permitirá a continuidade
em projetos de maior potência e aplicação em baterias de íons de lítio, por
exemplo.
AGRADECIMENTOS
O autor agradece ao PIBITI/CNPq, Programa Institucional de Bolsas de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação, Universidade
2009 | 2010
15
Federal do Paraná e ao LACTEC, pelo apoio financeiro, acadêmico e de infra-estrutura para a elaboração deste projeto de pesquisa e desenvolvimento.
REFERÊNCIAS
[1] S. Oliveira Jr., Demercil. Tomaselli, Luis C.; “Estudo de um conversor CC-CC
buck-boost”.
[2] Texas Instruments, 2009; “High-performance battery monitor ic with coulomb counter, voltage and, temperature measurement”.
[3] Balogh, Laszlo; Texas Instruments Incorporated; “Implementing Multi-state Charge Algorithm with the UC3909 Switchmode Lead-Acid Battery Charger Controller”.
[4] Texas Instruments, 2005; “Switchmode Lead-Acid Battery Charger”.
[5] 2008 Atmel Corporation; “8-bit AVR Microcontroller with 8K Bytes in-System Programmable Flash”.
16
IDENTIFICAÇÃO DE
MICRO-ORGANISMOS
ASSOCIADOS À
BIOCORROSÃO EM
USINAS HIDROELÉTRICAS
POR ESPECTROSCOPIA NO
INFRAVERMELHO
PRÓXIMO (NIRS)
CNPq - 102535/2010-8
Autor: Amid Tony Ibrahim
Departamento: DPTM
Orientador: Carlos Mario Garcia
Área de conhecimento: 1.06.03.02–6: Eletroquímica; 2.12.02.00-1: Microbiologia
Palavras-chave: corrosão microbiológica, biocorrosão, identificação de
micro-organismos
2009 | 2010
17
18
RESUMO ESTENDIDO
O clima e as variações de suas condições favorecem consideravelmente, no Brasil, à formação e o desenvolvimento de biofilmes na superfície
de materiais imersos em águas naturais. Esses biofilmes, por consequência,
acabam por promover condições suficientes para que micro-organismos capazes de produzir substâncias que causam algum tipo de dano ao material,
como a corrosão nos metais e a degradação de estruturas de concreto e madeira, se desenvolvam e se multipliquem.
A biocorrosão afeta diversos setores comerciais: indústrias em
geral (naval, química, refinarias, etc.), tubulações enterradas, vedações de
tanques de combustíveis em aviões e navios, usinas de geração de energia
(como a hidroelétrica), entre outros.
Dentre as bactérias responsáveis pelo fenômeno em questão é
importante citar as do gênero Pseudomonas sp. Bactérias desse gênero são
classificadas como gram-negativas e são distribuídas pelo mundo, habitando, preferencialmente, ambientes úmidos
Já os fungos são micro-organismos eucariotos, com a capacidade
de crescer em qualquer substrato ou ambiente, desde rochas (WARSCHEIDT;
BRAAMS, 2000), superfícies metálicas, e até sobre e no interior de diversas
espécies de plantas.
Uma alternativa complementar aliada às técnicas de morfologia e
biologia molecular na identificação de isolados microbianos é a espectroscopia no infravermelho próximo (NIRS – Next Infrared Spectroscopy).
A NIRS é um método rápido, não gera resíduos, sendo uma tecnologia ecologicamente correta. Requer pouca quantidade de amostra, pode
ser aplicada in situ, geralmente dispensando o tratamento prévio da amostra
e, principalmente, não é invasivo nem destrutivo (PASQUINI, 2003; MUNCK,
2007).
2009 | 2010
19
OBJETIVOS
O objetivo principal deste trabalho foi a caracterização dos principais micro-organismos formadores de biofilmes isolados de superfícies metálicas (corpos-de-prova – CP’s – instalados no Rio Itajaí-Açu), por meio de
NIRS, para avaliação de sua influência na corrosão dos metais da Usina de
Salto Pilão.
METODOLOGIA
A identificação de micro-organismos capazes de formar biofilmes,
associados à corrosão, foi feita por métodos clássicos e, a partir dos resultados desses métodos, os mesmos micro-organismos vêm sendo caracterizados por técnicas de biologia molecular.
A caracterização destes micro-organismos, no presente trabalho,
foi realizada por NIRS (Espectroscopia no Infravermelho Próximo), com o objetivo de identificá-los ao nível de gênero e espécie e também por técnicas
de microbiologia clássica.
Para a identificação de isolados fúngicos realizou-se a técnica do
microcultivo (KERN; BLEWINS, 1999), objetivando a caracterização morfológica das colônias.
Para as bactérias do gênero Pseudomonas sp., as colônias foram
repicadas, com o auxílio de uma alça de platina devidamente esterilizada, em
placa de Petri contendo meio TSA (Trypticase Soy Agar), sendo incubadas a
37ºC por 1 dia. Posterior a essa etapa, inocularam-se colônias dessas bactérias em 5 mL de solução salina esterilizada. A turbidez da amostra foi comparada com a escala de Macfarland com o objetivo de se obter uma amostra
com cerca de 108 células/mL. Foram preparadas 9 amostras, sendo 2 delas
padrões da espécie Pseudomonas aeruginosa para posterior comparação.
Todos os espectros gerados foram obtidos usando um espectrofotômetro série Excalibur BIORAD, FTS 3500 GX, equipado com beamsplitter. Para as bactérias, foram realizados 32 scans na faixa de comprimentos de
onda de 7500 a 600 cm-1 e resolução de 2 cm-1. A aplicação das amostras foi
feita em ATR (Reflectância Total Atenuada) com cristal de selenito de zinco.
Aplicou-se cerca de 100 L sobre o espaço contendo selenito de zinco (FIGURA 5) e foram gerados 5 espectros de Transmitância versus comprimento
20
de onda para cada amostra, com a finalidade de se aumentar a precisão dos
resultado.
RESULTADOS
Os principais gêneros fúngicos encontrados foram Aspergillus
sp, Paecilomyces sp, Penicillium sp, Trichoderma sp, Phoma sp, Rhizopus sp,
Chaetomium sp, Cladosporium sp, Epicocum sp, Stysanus sp, e Beauveria sp.
(FIGURA 1).
FIGURA 1 – MICROMORFOLOGIA DOS FUNGOS ISOLADOS DOS CP’S
(MICROSCOPIA ÓTICA 400X). GÊNEROS: (A) ASPERGILLUS SP; (B) EPICOCCUM
SP; (C) TRICHODERMA SP; (D) PHOMA SP; (E) PENICILLIUM SP; (F) CHAETOMIUM
SP; (G) BEAUVERIA SP; (H) STYSANUS SP; (I) CLADOSPORIUM SP.
FONTE: O AUTOR.
Foram analisadas 9 amostras bacterianas ao todo por NIRS, sendo
7 amostras obtidas nas respectivas coletas feitas anteriormente e 2 padrões
2009 | 2010
21
ATCC (American Type Culture Collection) de Pseudomonas aeruginosa para
posterior comparação. Toda a realização do NIRS foi feita diferenciando Pseudomonas aeruginosa das restantes. Inicialmente, foi feita um regressão por
mínimos quadrados (PLS 1) (Gráfico 1). Após, foi realizado um pré-tratamento chamado Smoothing, usado com o objetivo de se reduzir os ruídos nos
dados sem reduzir o número de variáveis. É uma transformação orientada
em linha, isto é, o conteúdo de uma célula é suscetível de ser influenciada
por quem se encontra ao seu lado horizontalmente. Os valores de correlação
e validação encontrados foram, respectivamente, 0.822 e 0.770.
GRÁFICO 1 - REGRESSÃO INICIAL.
FONTE: O AUTOR.
Observando o gráfico, é possível perceber que todos os isolados
de Pseudomonas aeruginosa (e as suas respectivas repetições) agruparam-se
em um mesmo local do gráfico, distanciando-se dos grupos restantes. Isso
comprova que realmente existe diferença entre a vibração e a rotação entre
as moléculas constituintes de P. aeruginosa e de outras Pseudomonas.
Retiraram-se três amostras aleatoriamente com o intuito de se realizar um novo pré-tratamento smoothing com uma predição. Uma predição
serve, em termos gerais, para comprovar a veracidade dos valores encontrados: a sua análise mostra os valores da predição propriamente dita e os seus
respectivos desvios padrões. Se o valor da predição for próximo de 0, significa que a amostra retirada é do gênero Pseudomonas sp., e se for próximo de
1, significa que o isolado é da espécie Pseudomonas aeruginosa.
22
Observando os gráficos obtidos posteriormente aos tratamentos realizados, foi possível encontrar os valores de predição e desvio padrão
mostrados na tabela 1.
Amostra
8_3*
7_5
ATCC 49189_2
Predição
0.475
-0.107
0.878
Desvio padrão
0.286
0.251
0.215
Esperado
0
0
1
*A_B: A é o número da amostra e B corresponde a qual repetição se refere
TABELA 1 – VALORES DE PREDIÇÃO E DESVIO PADRÃO PARA CADA AMOSTRA
RETIRADA ALEATORIAMENTE.
FONTE: O AUTOR.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem ao PIBIT/CNPq, Programa Institucional de
Bolsas de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação, ao LACTEC,
pelo apoio financeiro, acadêmico e de infra-estrutura para elaboração desse
projeto de pesquisa e de desenvolvimento, às professoras Ida Chapaval Pimentel e Patrícia do Rocio Dalzoto por co-orientarem o projeto, ao LabMicro
(Laboratório de Microbiologia e Biologia Molecular – UFPR) pelo apoio de
infra-estrutura, e ao bolsista Diogo Filipe Rosso pela apoio na realização do
trabalho.
REFERÊNCIAS
ABRAMS, C.B. IR Tutor. Columbia University, Perkin Elmer Ltd. Beaconsfield,
Bucks. 1992.
GÖRS, S.; et al., Fungal and algal biomass in biofilms on artificial surfaces
quantified by ergosterol and chlorophyll as biomakers, International Biodeterioration & Biodegradation, n. 60, p. 50-59, 2007.
HEITZ, E.; FLEMING, H. –C; SAND, W. Microbially influenced corrosion of materials, Springer – Verlag, Berlin Heidelberg, (1996).
2009 | 2010
23
WARSCHEIDT, T.; BRAAMS, J. Biodeterioration of Stone: a review, International
Biodeterioration & Biodegradation, v.46, p. 343-368, 2000.
VICENTE, V. A. Isolamento e caracterização de fungos da cromoblastomicose. Piracicaba, 2000. 200p. Tese (Doutorado) - Escola Superior de Agricultura
“Luiz de Queiroz”, Universidade de São Paulo.
PASQUINI, C. Near infrared spectroscopy: Fundamentals practical aspects
and analutical applications. Journal of the Brazilian Chemical Society, v.14,
p.138-219, 2003.
24
DIAGNÓSTICO DE
ARBORESCÊNCIAS EM
CABOS ISOLADOS DE
MÉDIA TENSÃO
CNPq - 101532/2010-5
Autor: Bruno Henrique Batalhão Otto
Bolsista PIBITI/CNPq - LACTEC - 2010
Departamento: DPTM
Orientador: Vitoldo Swinka Filho
Área de conhecimento: 1.05.07.15-9: Materiais Dielétricos e Propriedades Dielétricas
Palavras-chave: Ruptura dielétrica, Arborescências, Cabos Isolados
2009 | 2010
25
26
INTRODUÇÃO
Grande parte das redes de distribuição de energia utiliza em sua
malha cabos elétricos de média tensão isolados em XLPE. Porém, como qualquer outro material, o polietileno em uso fica a mercê de varias condições
adversas, como por exemplo: esforços mecânicos, gradiente de temperatura,
campo elétrico aplicado, freqüência de operação e umidade. Esses fatores,
individual ou conjuntamente, levam o cabo ao envelhecimento e degradação. O fenômeno que mais se observa em cabos degradados são as arborescências úmidas e elétricas. O principal fator que altera o isolamento são as
arborescências úmidas.
Porém, com o tempo, uma arborescência úmida pode se tornar
uma arborescência elétrica, que causa uma pré-ruptura e rapidamente leva a
uma ruptura da isolação do cabo, que ocasiona uma queda no fornecimento
de energia.
Esse projeto consiste em complementar e deixar funcional o projeto anterior onde se desenvolveu o sistema de análise dessas arborescências.
Um projeto nesse nível e desenvolvido em território nacional iria baratear os
custos no diagnóstico da malha de distribuição além de auxiliar na prevenção de futuros problemas causados por degradação antecipada.
OBJETIVOS
Complementar e viabilizar o método computacional desenvolvido pelo bolsista anterior [1] para avaliar a degradação de cabos de média
tensão isolados em XLPE.
2009 | 2010
27
METODOLOGIA
Com o objetivo de realizar um estudo mais aprofundado sobre
o assunto adotou-se a seguinte metodologia: Após um período de estudos
em [4] e [5] passou-se a um período de simulações utilizando o software NI
Multisim 10.0, da National Instruments. Foram simulados cabos da maneira
anteriormente exemplificada em circuitos visando proporcionar um primeiro
contato com os instrumentos de medição, como o osciloscópio, e, também,
entender o funcionamento do cabo sob tensão. A Figura 5 representa uma
das simulações realizadas, aonde se verifica a diferença de fase na corrente
entre um cabo novo e um cabo degradado:
FIGURA 1 – SIMULAÇÃO DE CIRCUITO USANDO PROGRAMA MULTISIM.
- Após a familiarização com os instrumentos e com os fenômenos, a
simulação foi transformada de virtual para real, utilizando uma placa matriz de
contatos (protoboard) para verificar se realmente a simulação virtual condizia
com a realidade. A Figura 6 apresenta uma foto de uma das medições realizadas, simulando um cabo na rede, e conferindo na prática como a corrente
capacitiva influi na diferença de fase entre tensão e corrente total.
28
FIGURA 2 – SIMULAÇÃO DE CIRCUITO USANDO PROTOBOARD.
Seguindo nessa linha de estudos, partiu-se para uma parte mais
avançada, tentando entender melhor o comportamento do XLPE, realizando
uma série de testes em materiais dielétricos plásticos, utilizando o equipamento Solartron Analytical Model 1260A Impedance / Gain-Phase Analyzer
e circuitos eletrônicos simulando cabos, aonde foi observada a influência da
freqüência na impedância e no ângulo de fase. A Figura 3 representa os resultados, onde vemos um gráfico baseado nos dados experimentais apontando
a variação da impedância do cabo simulado em função da freqüência.
2009 | 2010
29
FIGURA 3 – GRÁFICO MOSTRANDO A VARIAÇÃO DA IMPEDÂNCIA PELA
FREQÜÊNCIA.
A Figura 4 apresenta a variação do ângulo de fase em função da
freqüência.
FIGURA 4 – GRÁFICO MOSTRANDO A VARIAÇÃO DO ÂNGULO DE FASE PELA
FREQÜÊNCIA.
30
Por fim ocorreu certo contato com a placa captadora de dados e
o software desenvolvido para tratar esses dados, porem, não houve tempo
suficiente para uma compreensão de seu funcionamento complexo.
RESULTADOS
Pelo escasso tempo dedicado ao projeto não foi possível chegar a
um resultado mais aprofundado, nem calibrar a placa de captação de dados
e o software para um correto funcionamento.
CONCLUSÃO
O sistema mostra-se eficiente na aquisição de dados e na separação da terceira harmônica, porém pelo fato de os dados serem de uma ordem de grandeza muito pequena ocorre muita influência de ruídos externos
no resultado final, o que atrapalha na análise final deles.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem ao PIBITI/CNPq, Programa Institucional de
Bolsas de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação, a UTFPR,
Universidade Tecnologica Federal do Paraná, ao grupo de pesquisa supervisionado pelo pesquisador Vitoldo Swinka Filho e ao LACTEC, pelo apoio
financeiro, acadêmico e de infra-estrutura para a elaboração deste projeto de
pesquisa e desenvolvimento.
REFERÊNCIAS
[1] SOMBRIO, G; SWINKA FILHO, V. Desenvolvimento de sistemas de medidas
para diagnóstico de arborescências em cabos isolados de média tensão. Curitiba: INSTITUTO DE TECNOLOGIA PARA DESENVOLVIMETO (LACTEC), 2008. 14
p. Relatório de atividade.
[2] M. D. TEIXEIRA; J. C. OLIVEIRA; C. R. PACHECO; O. C. N. SOUTO. Avaliação do
2009 | 2010
31
estado operacional de cabos isolados sob condições adversas: estratégias e
proposta de diagnostico. V SBQEE – Seminário Brasileiro sobre Energia Elétrica, Aracaju, Brasil, Agosto de 2003.
[3] F. N. LIMA, Dr; B. C. CARVALHO, Dr; A. P. FINAZZI, M.Sc; J. C. OLIVEIRA, PhD;
D. A. ANDRADE, PhD; R. M. T. SILVA. Diagnostico da condição operativa de
cabos isolados degradados por arborescência sob ação de suprimentos com
distorções. P&D aprovado pela ANEEL e financiado através do Convenio UFU
– CEB – Contrato numero 0110/2006-CEB.
[4] F. J. KELLER; W. E. GETTYS; M. J. SKOVE. Fisica – Volume 2. Primeira edicao,
Editora Makron Books, 1999.
[5] J. A. EDMINISTER. Schaum’s Outline of Theory and Problems of Eletric Circuits. Traduzido por S. C. FEITAL, Editora McGraw-Hill do Brasil, 1971.
32
AVALIAÇÃO DOS
PROCESSOS DE
DEGRADAÇÃO NOS
MATERIAIS POLIMÉRICOS
OCASIONADOS PELO
OZÔNIO GERADO
DURANTE O ENSAIO DE
TENSÃO APLICADA
CNPq - 108379/2009-4
Autor: Camila Mariana de Oliveira Wolski
Departamento: DPTM
Orientador: Marilda Munaro
Área de conhecimento: 1.05.07.15-9: Materiais Dielétricos e Propriedades Dielétricas
Palavras-chave: Propriedades térmicas e mecânicas, degradação causada por
ozônio, materiais poliméricos, ferramentas de linha viva
2009 | 2010
33
34
RESUMO ESTENDIDO
INTRODUÇÃO
As concessionárias adotam serviços de manutenção em redes
energizadas ou “linhas vivas”, com o objetivo de diminuir a freqüência da interrupção do fornecimento da energia elétrica. Os profissionais responsáveis
por essas atividades utilizam equipamentos de proteção isolantes como luvas, mangas, bastões e outros, normalmente confeccionados com material
polimérico, para impedir a circulação de correntes elétricas que possam causar qualquer dano físico para os técnicos.
Este ferramental é ensaiado periodicamente, para verificar se está
em condições de uso, não oferecendo risco à vida dos eletricistas. Durante
estes ensaios é gerado ozônio, que degrada as ferramentas de segurança,
assim o presente trabalho tem objetivo de estudar o efeito do ozônio nos
materiais isolantes utilizados na proteção individual ou coletiva dos eletricistas sob condições de uso, como tensão mecânica, para que materiais inadequados não sejam colocados em serviço.
OBJETIVOS
Avaliar a degradação causada pelo ozônio em equipamentos de
proteção individual utilizado pelos eletricistas.
METODOLOGIA
Seleção e Preparação das Amostras
As avaliações foram feitas em amostras obtidas de equipamentos
comerciais utilizados na segurança das equipes de serviço em linha viva: o
lençol isolante (borracha natural) e cobertura circular (polietileno).
2009 | 2010
35
Geração de Ozônio
Os corpos de prova foram condicionados em câmara de ozônio
com concentração de 30±2 ppm, controlada por analisador. A concentração
foi determinada nas medições feitas durante os ensaios elétricos periódicos.
Parte das amostras foram mantidas em deformação constante, em dispositivo no interior da câmara.
Tração
O ensaio de tração para os materiais elastoméricos foi realizado
conforme norma ASTM D 412 em equipamento INSTRON modelo 4467 com
célula de carga 100 kg, com velocidade de separação das garras de 50 mm/
min, com corpos de prova em forma de gravatas modelo NBR NM-IEC 608111-1.
Microscopia Óptica
Foi utilizado o microscópio digital da marca Dino-Lite modelo
313T, para observar as alterações macroscópicas nas superfícies.
RESULTADOS
Amostras de cobertura circular foram condicionadas em câmara
de ozônio, nos seguintes tempos: 30, 90 e 120 minutos sob tensão e comparadas à amostra sem envelhecimento. Não foram observadas alterações
significativas, o que já era esperado, pois o polietileno não apresenta instaurações, que são mais afetadas pela ação oxidante do ozônio, possuindo boa
resistência a essa solicitação.
As amostras de lençol foram condicionadas em câmara de ozônio,
nos seguintes tempos: 30 (L30), 90 (L90), 120 (L120) e 240 (L240) minutos
sem tensão e 15 (LT15), 30 (LT30) e 45 (LT45) minutos sob tensão e comparadas à amostra sem envelhecimento (LN).
Na Figura 1 estão apresentadas imagens obtidas por microscopia
óptica, da superfície das amostras de lençol isolante, sob estresse mecânico,
antes e após a exposição ao ozônio. As imagens foram obtidas apenas para
as amostras sob tensão, pois as amostras não tensionadas não apresentaram
alterações macroscópicas. Nota-se a presença macrofissuras que se tornam
mais profundas com aumento do tempo de exposição.
36
A)
B)
Lateral docorpo de prova
C)
D)
FIGURA 1 – IMAGENS OBTIDAS POR MICROSCOPIA ÓPTICA DAS AMOSTRAS:
A) LN, B) LT15, C) LT30 E D) LT45, TODAS COM AMPLIAÇÃO DE 50 VEZES.
Na Figura 2 estão apresentados os resultados de tensão máxima e
alongamento ruptura para as amostras expostas ao ozônio sem tensão mecânica e sob tensão mecânica. O alongamento à ruptura e a tensão máxima
para as amostras envelhecidas sem deformação, apresentou pouca variação,
enquanto, para as amostras expostas ao ozônio deformadas, a variação é
maior, mesmo para pequenos intervalos de tempo de exposição.
2009 | 2010
37
FIGURA 2 – VARIAÇÃO DO ALONGAMENTO E TENSÃO MÁXIMA EM FUNÇÃO DO
TEMPO DE EXPOSIÇÃO AO OZÔNIO.
CONCLUSÕES
As amostras em polietileno (cobertura circular) não foram afetadas pela ação do ozônio, mesmo com alta concentração e longos tempos de
exposição.
O material elastomérico (lençol isolante) exposto ao ozônio sem
estresse mecânico não apresentou alterações visuais e as propriedades mecânicas não foram afetadas significativamente. No entanto, o material elastomérico envelhecido sob esforço mecânico apresentou fissuras macroscópicas, que se tornaram mais profundas com o aumento do tempo de exposição
ao ozônio reduzindo as suas propriedades mecânicas.
As ferramentas de linha viva necessitam ser ensaiadas periodicamente para garantir a segurança dos eletricistas, porém, durante os ensaios,
elas são expostas ao ozônio e muitas vezes sob tensão mecânica, o que, como
foi demonstrado resulta na danificação do equipamento. Para prolongar sua
vida útil, é necessário reduzir a concentração, o tempo de exposição do material ao ozônio e/ou proteger o material da ação do ozônio.
AGRADECIMENTOS
Bolsas de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação, COPEL e ao
38
LACTEC, pelo apoio financeiro, acadêmico e de infra-estrutura para a elaboração deste projeto de pesquisa e desenvolvimento.
REFERÊNCIAS
OLIVEIRA, Suely Monteiro. Estudo de Interatividade de Cargas de Látex para
uso de Material de Linha Viva. Dissertação de Mestrado do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais do CEFET-PR, Curitiba,
2004.
Manual de Instruções Técnicas COPEL. Manutenção de Redes de Distribuição. Módulo: Procedimentos de Ensaios de Ferramentas e Equipamentos de
Linha Viva. COPEL, 2006.
IEC 60903. Live Working – Gloves of Insulating Material. 2002.
RODRIGUES, F. H. A et al. Ozonation of unstretched natural rubber film from
Hevea brasiliensis studied by ozone consumption and 13C NMR. In: Polymer
International, 2004, p. 733-739.
TSE, M. F. Ozone Cracking and Flex Cracking of Crosslinked Polymer Blend
Compounds. Journal of Applied Polymer Science, 2006, p. 2183-2196.
KOLCIO, N. Electrical Aspects of Testing Insulating Gloves. In: IEEE Transactions on power Apparatus and Systems, 1983, p.102.
J. V. GULMINE, Processos de envelhecimento e correlações estrutura-propriedades do XLPE Tese de Doutorado, Universidade Federal do Paraná, 1999.
RADHAKRISHNAN, C. K. et al. Thermal, ozone and gamma ageing of styrene
butadiene rubber and poly(ethylene-co-vinyl acetate) blends. In: Polymer
Degradation and Stability 91 (2006), 902-910.
IVAN, G.; GIURGINCA, M. Ozone destruction of some trans-polydienes. In:
Polymer Degradation and Stability 62 (1998), 441-446.
2009 | 2010
39
40
DESENVOLVIMENTO DE UM
MODELO MATEMÁTICO DE
ANÁLISE DE RISCO DE
BIOINVASÃO AQUÁTICA
POR L. FORTUNEI
CNPq - 107403/2009-9
Autor: Cleverson Jacob Alves dos Santos
Bolsista PIBITI/CNPq - LACTEC – 2009/2010
Departamento: DPRA
Orientador: Carlos Eduardo Belz
Área de conhecimento: 2.00.00.00-6: Ciências biológicas;
2.05.00.00-9: Ecologia; 2.05.03.00-8: Ecologia Aplicada
Palavras-chave: Mexilhão-dourado, bioinvasão,
Limnoperna fortunei, risco, modelagem
2009 | 2010
41
42
RESUMO ESTENDIDO
INTRODUÇÃO
O problema das bioinvasões não é novidade para o homem, porém o aumento do comércio internacional e a globalização têm aumentado
o ritmo de dispersão de espécies exóticas entre e dentro dos continentes.
Nos novos ambientes as espécies exóticas estão livres de seus predadores, doenças e competidores. Elas podem adaptar-se à nova condição
ambiental, tornando-se invasoras, e, muitas vezes, com capacidade de alterar
ecossistemas inteiros, desde a alteração das características físicas e químicas
dos hábitats, a competição e o deslocamento nativas do plâncton, do bentos
e da ictiofauna, até a extinção de espécies (Silva & Souza, 2004), além das
perdas econômicas em escala local, regional e até nacional (Kareiva, 1996).
Um exemplo disso é a infestação da bacia do rio da Prata pelo mexilhão dourado (Limnoperna fortunei), proveniente do sudeste asiático, que
afeta sistemas de geração de hidroeletricidade e de abastecimento de água,
provocando, além dos danos ecológicos, perdas econômicas significativas.
Desde sua introdução, em 1991, na Argentina (Darrigran, 2001), o mexilhão
seguiu invadindo ambientes ao norte argentino, alcançando entre 1999 a
2004, vários pontos do Brasil, nos estados do Rio grande do Sul, Paraná, Mato
Grosso do Sul, Mato Grosso, Minas Gerais e São Paulo.
A dispersão de mexilhão dourado na região norte pode, a princípio, ocorrer de duas formas diferentes: através dos portos da região ou através das conexões entre as bacias hidrográficas. As razões pela quais os portos
e as bacias hidrográficas são vulneráveis à bioinvasão incluem a elevada habilidade de dispersão de espécies aquáticas quando comparada a espécies
terrestres (BEISEL, 2001), além da intensa atividade humana, como navegação, pesca, recreação (RAHEL 2000, RICCIARDI, 2001).
Embora a invasão ainda não tenha ocorrido nos estados da região
norte do Brasil, existe a expectativa de que isso poderá ocorrer caso não haja
2009 | 2010
43
investimentos em medidas preventivas.
OBJETIVOS
Desenvolver de um modelo matemático de análise de risco de
bioinvasão por L. fortunei na UHE de Tucuruí, contemplando a análise de riscos ambientais e dos vetores de dispersão de espécies invasoras. O estudo
tem como objetivos específicos:
• Caracterização das condições ambientais da área de estudo;
• Caracterização de dados ambientais, econômicos e sociais das
áreas de entorno do reservatório da UHE Tucuruí;
• Caracterização dos mecanismos de dispersão do mexilhão dourado na área de abrangência do estudo;
METODOLOGIA
O reservatório de Tucuruí está localizado no sudeste do Estado do
Pará, entre as latitudes 3° 45’ e 5° 15’ S e longitudes 49° 12’ e 50° 00’ W. A
altitude local é de 72 m. O reservatório é resultante do barramento do rio Tocantins próximo à cidade de Tucuruí, que ocorreu em 1984, inundando uma
área de 2430 km2.
Para a avaliação das condições ambientais do reservatório de Tucuruí, foram considerados os dados de qualidade da água obtidos pela análise química conforme metodologia de Golterman et al. (1978), feita pela Usina
de Tucuruí, no período de janeiro de 2005 a junho de 2009.
Dentre os dados fornecidos pela Eletronorte, foram analisados os
seguintes parâmetros: temperatura (°C), oxigênio dissolvido (mg/L), pH, concentração de cálcio (mg/L), concentração de fósforo total (μg/L), concentração de sólidos totais em suspensão (STS) (mg/L) e turbidez (NTU).
Para avaliação do potencial dos portos como vetores de dispersão
de espécies invasoras nas bacias Amazônica e do Tocantins-Araguaia, foram
considerados os dados do histórico de navegação dos portos de Manaus e
de Macapá, durante o período de janeiro de 2008 a dezembro de 2009, e
também de cinco portos do estado do Pará (Belém, Santarém, Vila do Conde,
44
Miramar e Outeiro), entre janeiro de 2005 e julho de 2009, disponibilizados
livremente em seus respectivos sites na internet.
Entre os dados considerados, estão a procedência e o destino dos
navios atracados e, exceto para o porto de Manaus, a carga transportada.
Primeiramente, foi montado o banco de dados para cada estado,
para posterior análise de quais procedências, destinos e cargas eram mais recorrentes em cada porto. Finalmente, foram indicadas em um mapa as principais rotas dos navios que atracam nos portos da região norte.
Todas as análises estatísticas foram feitas no software R.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os aspectos limnológicos do reservatório podem apresentar um
papel de maior ou menor importância diante da pressão colonizadora e expansiva do mexilhão dourado. A temperatura da água ficou em média 29,59
± 0,68 °C enquanto o oxigênio dissolvido tem valor médio de 4,52 ± 1,18
mg/L. A concentração de cálcio, que apresenta um papel decisivo na viabilidade das populações de mexilhão dourado, tem valor de 3,86 ± 0,61 mg/L. O
intervalo onde existe correlação entre a disponibilidade de cálcio e a aptidão
do reservatório para acolher e desenvolver mexilhão dourado é entre 6 e 35
mg/L. Para valores abaixo do mínimo, na há possibilidade de que se desenvolva a espécie e, acima do máximo, deixa de ser limitante. O pH da água
também é uma variável limitante para o mexilhão dourado: abaixo de 6,5
são letais para mexilhões adultos; as larvas não sobrevivem se o pH estiver
acima 6,9 e, a partir de 7,4, o ciclo biológico desenvolve-se sem limitações.
No reservatório de Tucuruí, o pH obteve média 7,09 ± 0,29. Outra variável
que interfere no desenvolvimento de L. fortunei é o estado trófico, que indica a produtividade do reservatório. Os ambientes mais idôneos parecem
ser os mesotróficos, enquanto que os oligotróficos (pouco produtivos) e os
hipereutróficos (com hipolímnio anóxico) não são adequados. O Índice de
Estado Trófico (LAMPARELLI, 2004) tem valor médio de 62,15 ± 4,31, sendo o
reservatório classificado como eutrófico.
No Amapá, o porto de Santana possui forte vocação exportadora,
sendo que 46% da sua frota são provenientes da Europa. Da mesma maneira,
no porto de Outeiro – PA, navios europeus representam 17% da frota. Nestes
2009 | 2010
45
portos, o transporte de madeira se destaca com 46% e 61%, respectivamente. Nos demais portos da região norte, foi identificado fluxo de navios entre
os portos, sem a presença de embarcações estrangeiras. Entre as cargas comuns que são movimentadas nestes portos, além de minério, destacam-se o
gênero inflamável, como óleo diesel e gasolina comum, e o gênero alimentício, como soja e trigo.
O Índice de Vulnerabilidade de Mexilhão Dourado (IVMD), criado
para avaliação da vulnerabilidade de um reservatório susceptível a receber e
desenvolver uma população de mexilhão dourado tem uma estrutura múltipla, integrada por seis blocos descritos a seguir.
• Bloco 1: Características Ecológicas do Reservatório, refere-se aos
aspectos limnológicos do reservatório, que podem apresentar um papel de
maior ou menor importância diante da expansão do mexilhão dourado. Variáveis: tempo de residência, oscilação do nível da água, profundidade, temperatura, estado trófico, concentração de cálcio, pH, número de espécies aquáticas exóticas, número de moluscos invasores.
• Bloco 2: Vetores de Dispersão, refere-se a aspectos vinculados
a vetores de dispersão que ocorrem no reservatório. Variáveis: número de
acessos, controle de acessos, navegabilidade, intensidade da pesca recreativa, intensidade do transporte fluvial de pessoas e mercadorias, presença
de hidrovias e eclusas, intensidade do comércio de areia e intensidade do
comércio de alevinos.
• Bloco 3: Condições Geográficas da Bacia Hidrográfica, informa
da possibilidade de dispersão que pode ter o mexilhão dourado até um determinado reservatório em função de suas condições geográficas. Variáveis:
distância do foco, conectividade e tipo de reservatório.
• Bloco 4: Efeitos Socioeconômicos e Ecológicos, mede o grau
de transcendência social, econômica e ecológica, da presença do mexilhão
dourado num reservatório, segundo os usos não recreativos atribuídos e seu
valor de conservação natural. Variáveis: usos da água, número de espécies
do ecossistema, número de espécies em risco, número e tipo de espaços de
interesse natural.
• Bloco 5: Risco Direto de Contaminação, recolhe-se um risco que
de forma indireta medido com variáveis de outros blocos, porém não de forma proporcional à sua relevância.
• Bloco 6: Variáveis Excludentes, acolhe aquelas variáveis que podem apresentar valores extremos que atuem como fatores determinantes de
46
primeira ordem. Variáveis: temperatura, concentração de cálcio, pH e salinidade.
A interpretação do IVMD pode ser abordada a partir de dois enfoques. O primeiro refere-se ao valor global obtido, que resume a vulnerabilidade de cada reservatório. No reservatório de Tucuruí, o valor obtido, em uma
escala de 0 a 100, foi de 85,07, indicando uma vulnerabilidade muito alta. O
segundo enfoque decompõe o IVMD em dois blocos: um, referente à suas
características mais intrínsecas e às variáveis excludentes (CER, VD, CGBH, VE)
e outro, referente à potencial gravidade dos efeitos de sua presença (ESEE).
Desta forma é possível reconhecer, além do valor global do índice, quais são
os aspectos e componentes de maior importância no resultado final. Neste
caso, o resultado obtido foi intermediário, próximo de uma elevada vulnerabilidade combinada com alta gravidade dos potenciais efeitos.
CONCLUSÕES
Considerando os efeitos ambientais, sociais e econômicos causados pelo mexilhão dourado, a avaliação antecipada de risco de bioinvasão
permite planejar medidas preventivas, tais como controle da navegação e
do comércio de areia, assim como implantar programas de controle físico,
químico ou biológico na usina hidrelétrica.
O presente trabalho contribuiu para esta avaliação em macro escala, podendo ser aplicado em reservatórios tropicais.
AGRADECIMENTOS
O autor agradece ao PIBITI/CNPq, Programa Institucional de Bolsas
de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação, a Centrais Elétricas do Norte do Brasil S/A – ELETRONORTE, ao orientador Carlos Eduardo
Belz, ao Jair Duarte e ao LACTEC, pelo apoio financeiro, acadêmico e de infra-estrutura para a elaboração deste projeto de pesquisa e desenvolvimento. .
2009 | 2010
47
REFERÊNCIAS
BEISEL, J. N. 2001. The elusive model of a biological invasion process: time
to take differences among aquatic and terrestrial ecosystems into account?
Ethology, Ecology& Evolution.
BELZ, C. E.. 2006. Análise de risco de bioinvasão por Limnoperna fortunei
(Dunker, 1857): um modelo para a bacia do rio Iguaçu, Paraná. Tese de doutorado. Universidade Federal do Paraná. Departamento de zoologia. Curitiba,
Paraná.
BORGES, Ana L. I.; TAVARES, A. C. C.; LISBOA, R. C. L. 2004. Briófitas da Ilha de
Germoplasma, reservatório de Tucuruí, Pará, Brasil. Acta bot. bras. vol.18 nº3,
São Paulo, Jul/Set 2004.
CARLSON, R.E. 1977. A trophic state index for lakes. Limnol. Oceanogr., Baltimore, v. 22, n. 2, p. 361-369.
CARLTON, J. T. 1999. The scale and ecological consequences of biological
invasions in the World’s oceans. Invasive Species and Biodiversity Management. p. 195- 212. Kluwer Academic Publishers, Netherlands.
CETESB – Companhia Ambiental do Estado de São Paulo – Secretaria de Estado do Meio Ambiente. Disponível em: <http://www.cetesb.sp.gov.br/Agua/
rios/indice_iva_iet.asp> Acesso em: 10 de dezembro de 2009.
COMPANHIA DOCAS DO PARÁ – CDP. Disponível em: < http://www.cdp.com.
br/forms/programacao_navios.aspx>. Acesso em: 15 de outubro de 2009.
COMPANHIA DOCAS DE SANTANA. Disponível em: < http://www.docasdesantana.com.br/historico_navios.php>. Acesso em: 15 de outubro de 2009.
DARRIGRAN, G e J. DARRIGRAN. 2001. El mejillón dorado: uma obstinada
espécie invasora. CienciaHoy 11: 1-3 (disponível em www.cienciahoy.org/
mejillon0.htm).
DI CASTRI, F. 1989. History of biological invasions with special emphasis on
the old world. Pages 1¬30 in J. A. Drake, H. A. Mooney, F. di Castri, R. H. Groves,
F. J. Kruger, M. Rejmanek, and M. Williamson, editors. Biological invasions: a
global perspective. John Wiley & Sons, New York, New York. USA.
ESPÍNDOLA, E. L. G.; MATSUMURA-TUNDISI, T.; RIETZLER, A. C.; TUNDISI, J. G.
2000. Heterogeneidade espacial do Reservatório de Tucuruí (Estado do Pará,
Amazônia, Brasil) e a distribuição das espécies zooplanctônicas. Rev. Bras.
Biol. vol.60 nº 2, São Carlos. Mai. 2000.
GOLTERMAN, H. L.; CLYMO, R. S.; OHNSTAD, M. A. M. 1978. Methods for physical and chemical analysis of fresh water. 2 ed. Oxford, Blackwell Scientific
48
Publications, 1978. 214p. (IBP handbook nº 8).
HEWITT, C. L.; CAMPBELL, M. L. 2007. Mechainsms for the prevention of marine bioinvasion for better biosecurity. Marine Pollution Bulletin.
JOHNSON, L. E. & PADILLA, D. K. 1996. Geographic spread of exotic species:
ecological lessons and opportunities from the invasion of zebra mussel Dreissena polymorpha. Biological Conservation. 78, 23:33.
KAREIVA, P. 1996. Developing a predictive ecology for non-indigenous species and ecological invasions. The Ecological Society of America. Ecology.
Vol.77. N. 6. 1651-1652.
LAMPARELLI, M. C. 2004. Graus de trofia em corpos d’água do Estado de São
Paulo: Avaliação dos métodos de monitoramento. Instituto de Biociências da
Universidade de São Paulo. São Paulo. Tese de Doutorado.
MORETTIN, P. A.; BUSSAB, W. O. 2006. Estatística básica, São Paulo. Ed. Saraiva.
PALAU, A. 2007. Propuesta de un índice para determinar la vulnerabilidad
de las masas de agua frente a la presión de colonización del mejillón cebra
(Dreissena polymorpha) – Aplicación a la Cuenca del Ebro. Universität de Lleida.
PORTO DE MANAUS. Disponível em: < http://www.portodemanaus.com.br/
textos.php?DESTINO=navegacao_regional/Previsão de Barcos>. Acesso em:
28 de outubro de 2009.
R Development Core Team. 2010. R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria. ISBN
3-900051-07-0. Disponível em: <http://www.R-project.org.>
SILVA, J.S.V. e SOUZA, R.C.C.L., 2004. Água de Lastro e Bioinvasões. Rio de Janeiro: Editora Interciência. 224p.
2009 | 2010
49
50
DESENVOLVIMENTO DE
UM SISTEMA DE CARGA
PULSADA PARA BATERIAS /
COMPORTAMENTO DE
BATERIAS CHUMBO
ÁCIDAS SELADAS FRENTE
A CICLOS DE CARGA
PULSADA
CNPq - 127028/2009-9
Autor: Daniela Lemes do Vale
Departamento: DPTM
Orientador: Patricio Rodolfo Impinnisi
Área de conhecimento: 1.06.03.00-0: Fisico-química
Palavras-chave: Bateria, Carga Pulsada e PbO2 nano
2009 | 2010
51
52
RESUMO ESTENDIDO
INTRODUÇÃO
Placas de baterias ácidas tubulares são habitualmente montadas
com uma mistura de PbO e Pb3O4. Sua capacidade específica está por volta
de 120 Ah kg-1 [1] e sua microestrutura consiste em partículas micrométricas
com 2 m2g-1 [2]. A transformação do material durante os processos de cura/
formação é responsável pela formação dos contatos físicos e elétricos entre
as partículas de material ativo. Eletrodos tubulares montados com partículas
de PbO2 são capazes de fornecer capacidade de descarga satisfatória quando
montada com densidade alta o suficiente, para assegurar uma pressão mínima entre as partículas. Placas tubulares montadas com 3,8 g cm-3 de PbO2
extraído de placas empastadas de baterias comerciais forneceram até de 80
Ah kg-1 [3]. Bervas e co-autores, usando PbO2 nano sintetizado pela oxidação
de Pb2+ com perssulfato de amônio em meio alcalino, foram capazes de construir eletrodos tubulares com 100 Ah g-1 que foram capazes de suportar mais
de 150 ciclos de carga e descarga em ácido sulfúrico 2 mol L-1 [4].
OBJETIVOS
Estudar as possíveis causas da elevada capacidade específica e resistência elétrica de placas tubulares montadas com material ativo nanoestruturado.
METODOLOGIA
Síntese/obtenção do material ativo – Obteve-se o material ativo
positivo através da hidrólise de tetra acetato de chumbo IV, de acordo com
2009 | 2010
53
Caballero e co-autores [5].
Montagem dos eletrodos tubulares: Cada tubo possuía uma haste
central de chumbo (Pb – 99,975%), com 3,00 mm ou 6,0 mm de diâmetro,
sendo o volume disponível para o material ativo aquele entre a parede do
tubo e a haste. Os tubos de haste de menor diâmetro, continham em média
1,5 g de material ativo, enquanto os de haste maior, 1,0 g. A altura dos tubos
foi de 2,00 cm e densidade de aproximadamente 3,50 g.cm-3, garantindo que
os eletrodos fossem compactos.
Montagem da célula eletroquímica: As placas foram colocadas em
células individuais, entre dois contra-eletrodos paralelos; em seguida foi adicionada a solução de H2SO4 2 mol L-1 e o eletrodo de referência. Os contra-eletrodos foram placas empastadas negativas retiradas de baterias comerciais.
Métodos de ensaio: Primeiramente, os eletrodos foram mantidos
polarizados anodicamente por 30 minutos com uma corrente constante de
5,0 mA g-1 para a formação de uma camada de corrosão na haste. Em seguida
o mesmo foi submetido à medida de capacidade através de ciclos de carga
e descarga com corrente contínua até que os valores de capacidade estabilizassem. A densidade de corrente foi icarga = 10 mA g-1 e idescarga = 5 mA g-1.
A descarga foi realizada até 0,75 V em regime de 30h e o fator de carga foi 1,3.
Então, os eletrodos foram testados por ciclos de carga e descarga com cargas
rápidas, feitas em pulsos.
Os eletrodos foram submetidos a um processo de carga feita em
pulsos, chamada de carga pulsada que foi composta de 2 “sub ciclos”: o primeiro foi composto de descarga/carga pulsada que são medidas de eficiência
do método. Os ciclos de carga pulsada consistiram em 500 ms com a corrente
fluindo pelo eletrodo (chamado de ton) e os outros 500 ms sem corrente alguma (chamado de toff ). O segundo consistiu em uma carga lenta (20h) com
corrente constante para medir a capacidade total do eletrodo. Os valores de
corrente na carga pulsada foram estabelecidos de acordo com a capacidade
estabilizada nos ciclos de corrente contínua, sendo que uma corrente numericamente igual ao valor da capacidade estabilizada nos ciclos convencionais
corresponde a 1C20, enquanto uma corrente duas vezes maior que o valor da
capacidade estabilizada nos mesmos ciclos corresponde a 2C20.
54
RESULTADO
Para certificar que o material sintetizado era nanométrico, foi feito
um difratograma, utilizou-se a equação de Scherrer e os parâmetros do maior
pico. O diâmetro médio das partículas obtido foi de 10 nm [6]. A imagem de
MET (microscópio eletrônico de transmissão) confirmou o diâmetro médio
das partículas.
Análise de reprodutibilidade de medidas: Analisou-se a reprodutibilidade das medidas de capacidade em ciclos de corrente convencional
e de carga pulsada para os eletrodos de haste de 3,0 e 6,0 mm. A incerteza
relativa entre as medidas de capacidades foi de até 5,67%. A figura 1 mostra
a evolução da capacidade específica de duas placas de diâmetro maior em
função do número de ciclos.
FIGURA 1 – EVOLUÇÃO DA CAPACIDADE ESPECÍFICA DE DOIS ELETRODOS
TUBULARES DE PBO2 NANO COM 6,0 MM DE DIÂMETRO DE HASTE DURANTE
CICLOS CONVENCIONAIS E DE CARGAS PULSADAS.
As capacidades das baterias durante a descarga logo após a o ciclo
de carga pulsada são numericamente inferiores às capacidades totais das baterias. Os ciclos de carga pulsada não são eficientes para carregar a bateria de
fato, mas eles foram muito eficientes com relação ao aumento da capacidade
2009 | 2010
55
real dos eletrodos, chegando até 196 mAh g-1.
Resistência Interna: Deve-se considerar que toda a corrente elétrica gerada no material ativo positivo deve fluir através da haste, com uma área
típica de várias ordens de magnitude menor que o material ativo positivo (o
valor da área da haste é aproximadamente 7 x 10-6 m2 enquanto que a do material ativo PbO2 nano é 20-30 m2 g-1). Então existe um gargalo na interface
entre o material ativo positivo e a haste que determina a resistência elétrica
global do eletrodo.
Se a alta resistência do eletrodo é principalmente devido a interface do material ativo positivo/grade e não a interconexão nanométrica, uma
diminuição da relação massa de material ativo positivo/área superficial da
haste (definido como fator gama por Pavlov [10]) seria esperado diminuir
consideravelmente a polarização ôhmica presente nos eletrodos tubulares,
pois haveria mais espaço na haste para que a corrente pudesse fluir. Para avaliar essa afirmação, foram feitos os eletrodos com hastes de maior diâmetro
(6,0 mm). Para apontar apenas a variação ôhmica do potencial da placa durante o experimento de carga pulsada, a figura 2 mostra apenas o potencial
do último valor do on time e o primeiro ponto do off time, para cada pulso,
tanto para a placa com haste de diâmetro de 3,0 mm quanto para a de 6,0
mm. Ambas placas foram submetidas aos mesmos ciclos de carga pulsada.
FIGURA 2 – CURVA DE POTENCIAL EM FUNÇÃO DO TEMPO DURANTE A CARGA
PULSADA (tON = tOFF = 500 MS, I = 2C20 A) PARA ELETRODOS DE PBO2 COM HASTE
DE 3 MM (CRUZES VERMELHAS) E 6MM DE DIÂMETRO (PONTOS NEGROS). O
ESTADO DE CARGA COMPLETA CORRESPONDE AO TEMPO= 1. AS FLECHAS
56
INDICAM A VARIAÇÃO ÔHMICA DO POTENCIAL.
Como pode ser visto, o sobrepotencial durante todo o curso da
carga é mais baixo para o eletrodo com haste de maior diâmetro, colaborando com a hipótese inicial que o pré-tratamento formou uma estrutura
interconectada e a causa da alta resistência da placa é mais provavelmente
devido a interface grade/material ativo positivo [2].
Camada de Corrosão: Durante a ciclagem das baterias, há uma
corrosão na haste de chumbo formando PbO2, que passa a fazer parte do material ativo da bateria, aumentando a capacidade das placas. Esse fenômeno
pode mascarar os altos resultados de coeficiente de utilização das baterias.
Foram testadas 2 hastes de 3,0 mm de diâmetro, para testar se essa corrosão é significativa. A primeira ficou imersa em uma célula eletroquímica com
NaOH 0,1 mol L-1, Na2SO4 1,0 mol L-1 e a segunda haste foi feita em meio ácido
como os demais eletrodos citados. Um dos testes foi feito em meio básico,
pois durante a descarga, a região próxima à haste vai se alcalinizando devido
a formação de PbSO4 de volume molar mais elevado que o PbO2 [7]. O eletrodo em meio básico foi feito para simular o meio alcalino presente nos eletrodos completos. Os resultados obtidos mostram capacidades ínfimas com
relação às capacidades dos eletrodos utilizados no trabalho.
Eficiência da carga pulsada: Avaliou-se a eficiência dos ciclos de
carga pulsada com relação ao diâmetro das hastes utilizadas nos eletrodos. A
eficiência desse regime de carga foi definido como a relação entre a medida
de capacidade logo após da carga pulsada e a capacidade nominal do eletrodo. O regime de carga pulsada foi o 2C20. O eletrodo de haste mais espessa
apresentou 64,1% de eficiência na carga pulsada, enquanto o de haste normal apresentou 44,7%. O primeiro eletrodo citado apresentou maior valor
de eficiência provavelmente devido a diferença de áreas superficiais entre a
haste de chumbo e o material ativo, como foi explicado na sessão “Resistência Interna”.
CONCLUSÃO
Foi mostrado que a carga pulsada nos eletrodos tubulares de nano
PbO2 não é muito eficiente, mas aumenta a capacidade dos mesmos. Usando
2009 | 2010
57
um método específico pra construir conexões entre as partículas e entre a haste, foi possível obter eletrodos com alta capacidade específica. A principal componente da resistência global foi a região de material ativo próxima à haste, e
essa conclusão se baseia em duas observações: o alto sobrepotencial durante
a carga pulsada foi capaz de aumentar a condutividade na interface do material ativo positivo/grade e também o coeficiente de utilização do material ativo
positivo; e também porque uma diminuição no fator  aumentou o coeficiente
de utilização do material ativo positivo. Analisando ciclos de corrente contínua
e carga pulsada em hastes, foi possível observar que a corrosão da grade de
chumbo não interfere quantitativamente nas medidas de capacidade. Observou-se que uma alta área superficial do material ativo não é o suficiente para
que a carga fosse eficiente e rápida ao mesmo tempo, pois há um afunilamento de áreas quando a corrente passa na interface material ativo/grade.
AGRADECIMENTOS
Agradeço ao PIBITI/CNPq, Programa Institucional de Bolsas de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação e ao LACTEC, pelo apoio
financeiro, acadêmico e de infra-estrutura para a elaboração deste projeto de
REFERÊNCIAS
[1] Eletrodos positivos tubulares para baterias chumbo ácidas montados a partir de
material ativo nanométrico. Química Nova. Em prelo.
[2] Positive tubular elecrodes for lead acid batteries with 180 Ah kg-1, specific capacity.
Journal of Power Sources. Em prelo.
[3] D. Pavlov, A. Dakhouche and T. Rogachev. Journal of Power Sources 42 (1993) P. 71-88.
[4] M. Bervas, M. Perrin, S. Geniès and F. Mattera. Journal of Power Sources, 173 (2007) 570.
[5] A. Caballero, M. Cruz, L. Hernán, J. Morales and L. Sánchez, Journal of Power Sources,
113, (2003) 376
[6] B.D. Cullity, Elements, of X-Ray Diffraction, Addison Wesley, Massachusets.1956 P. 99
[7] L.T. Lam *, H. Ozgun, O.V. Lim, J.A. Hamilton, L.H. Vu, D.G. Vella, D.A.J. Rand, J. Power Sources, p. 227 (1994).
58
ANÁLISE DE PATOLOGIAS
EM CONCRETO
UTILIZANDO RADIOGRAFIA
E TOMOGRAFIA
COMPUTADORIZADA
INDUSTRIAL
CNPq - 145936/2009-0
Autor: Danieli Knaut
Departamento: DPTM
Orientador: Vitoldo Swinka Filho
Área de conhecimento: 3.00.00.00-9: Engenharias;
3.04.00.00-7: Engenharia Elétrica; 3.04.01.04-6: Materiais Dielétricos
Palavras-chave: Radiografia, Tomografia, Análise,
Patologias, Concreto, Segurança
2009 | 2010
59
60
RESUMO ESTENDIDO
INTRODUÇÃO
Concreto é basicamente o resultado da mistura de cimento, água,
pedra e areia, sendo que o cimento ao ser hidratado pela água, forma uma
pasta resistente e aderente aos fragmentos de agregados (pedra e areia), formando um bloco monolítico[1]. É muito utilizado na engenharia civil por ser
um material muito resistente e com custo relativamente baixo.
Na radiografia materiais com diferentes composições absorvem
radiação X de forma diferente. Ao serem atravessados por raios X, materiais
mais densos absorvem mais radiação do que materiais menos densos.
Tomografia é um método não-destrutivo para visualização de
secções transversais de um objeto, sem que seja necessário abri-lo e assim
danificar a amostra [2].
Radiografia e Tomografia Computadorizada (TC) wqvêm sendo
muito utilizadas no campo industrial para análise em materiais, onde dados
e informações físicas do interior do objeto são obtidos, garantindo assim, segurança.
OBJETIVOS
• Analisar amostras de concreto para visualizar patologias como falhas, rupturas e nível de distribuição de componentes como água e cimento
nas amostras analisadas. Utilizando Radiografia e Tomografia Computadorizada Industrial.
• Demonstrar a eficiência das técnicas de radiografia e TC para a
inspeção de concreto e verificar a capacidade para detectar diversas patologias que podem causar malefícios para a estrutura de grandes obras.
2009 | 2010
61
METODOLOGIA
Os ensaios foram realizados no laboratório de Tomografia do LACTEC, onde esse possui dois sistemas de imagem: RDP (Sistema de Radiografia
e/ou Tomografia Digital Portátil) e o sistema CT2000.
Descrição do sistema RDP
Gerador de raios x:
- Modelo: PXS5-722SA (Kevex X-Ray Inc.)
- Foco: 10 μm
- Alvo de tungstênio
- Faixa de tensão: 20 a 70 kV
- Faixa de corrente: 0 a 0,1 mA
- Material da janela: Berílio
- Alimentação do tubo: 12 V DC
- Massa: 3,2 kg [3]
Descrição do sistema CT2000
Gerador de raios X:
- Marca Gilardoni
- Minifoco de 0,4 x 0,4 mm²
- Alvo de tungstênio
- Faixa de tensão: 10 a 160 KV
- Faixa de corrente: 0 a 10 mA
Detector de raios X
Para obter as imagens foi utilizado um detector modelo HAMAMATSU
CT7942:
- Dimensão espacial da imagem: 2344 x 2240 pixels
- Distância entre fotodiodos (tamanho do pixels): 50 μm
- Resolução em profundidade (saída digital): 12 bits (4096 tons de cinza)
- Dinâmica das imagens coletadas: 9 quadros/s
RESULTADOS
Na Figura 01, encontra-se apresentada a imagem tomográfica 2D
62
de um phantom de argamassa, que apresenta vazios feitos com brocas de
2,0 mm a 6,0 mm de diâmetro e vários vazios provenientes do excesso de
água durante a mistura da argamassa. Por meio dos furos com tamanho
conhecido é possível fazer uma análise qualitativa dos vazios provenientes
do preparo da amostra.
CONCLUSÕES
Foi proposto um modelo teórico que permite interpretar as medidas de EIS e correlacionar alguns parâmetros com o estado de carga dos
eletrodos. Os estudos para uma análise mais profunda do modelo teórico
proposto estão em andamento, porém, alguns pontos que influenciam os resultados das medidas de EIS podem ser destacados até aqui: (1) influência da
diferença de áreas eletroquimicamente ativas de cada eletrodo; (2) influência
dos diferentes estados de carga dos contra-eletrodos; (3) influência dos gradientes de concentração dentro dos eletrodos e; (4) influência da distribuição
das linhas de corrente.
a)
b)
FIGURA 1 – (A) TOMOGRAFIA 2D DE PHANTOM DE ARGAMASSA (75 KV, 1,0 MA, 3
S). TOMOGRAFIA OBTIDA COM A FONTE DO SISTEMA CT2000 E O DETECTOR DO
SISTEMA RDP. (B) IMAGEM DO PHANTOM DE ARGAMASSA.
Na figura 02 são apresentadas imagens radiográficas, onde mostra
a técnica aplicada em concreto com armadura de ferro (a), e amostra com diferentes níveis de relação água / cimento (a/c) 0,35, 0,40, 0,45, 0,50, 0,55 70KV
2009 | 2010
63
1,6mA 7s de integração. Pode-se verificar o efeito tênue da relação a/c com a
absorção do feixe pelos tons de cinza distintos.
a)
b)
FIGURA 2 – RADIOGRAFIAS (A) CONCRETO COM FERRO 65 KV, 1,2 MA 5S (B)
AMOSTRA COM DIFERENTES NÍVEIS DE A/C 0,35, 0,40, 0,45, 0,50, 0,55 70 KV 1,6
MA E 7S.
CONCLUSÃO
Os ensaios de laboratório mostram que a tomografia computadorizada e a radiografia com raios X podem ser uma poderosa ferramenta na
detecção das barras da armadura, da presença de vazios e da existência de
descontinuidades, por ser um método não-destrutivo fornece informações
sem precisar danificar a amostra, ponto positivo para a inspeção de amostras
na indústria.
AGRADECIMENTOS
Agradeço ao PIBITI/CNPq (Programa Institucional de Bolsas de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação).
Ao LACTEC, pelo apoio financeiro, acadêmico e de infra-estrutura
para a elaboração do projeto de pesquisa e desenvolvimento.
64
REFERÊNCIAS
[ 1 ] C o n c r e t o . h t t p : / / w w w . p o r t al d o c o n c r e t o . c o m . b r / i n d e x .
php?lingua=1&pagina=concretos. Acesso em 16 de junho de 2010.
[2] JUNIOR, Ribeiro Sebastião. Análise da ruptura dielétrica em materiais isolantes elétricos de cabos isolados XLPE e EPR por Tomografia 2D e 3D Dissertação (Mestrado)
Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba 2008
[3] KEVEX X. Thermo Kevex x Ray: operation and maintenance manual. Scotts Valley,
1996.
2009 | 2010
65
66
CULTIVO, ISOLAMENTO E
ANÁLISE BIOQUÍMICA E
MOLECULAR DE PSEUDOMONAS SP. ASSOCIADAS À
BIOCORROSÃO EM USINAS
HIDROELÉTRICAS
CNPq - 100975/2010-0
Autor: Diogo Filipe Rosso
Departamento: DPTM
Área de conhecimento:1.06.03.02–6: Eletroquímica; 2.12.02.00-1: Microbiologia
Palavras-chave: corrosão microbiológica, biofilme, Pseudomonas
2009 | 2010
67
68
RESUMO ESTENDIDO
INTRODUÇÃO
A fixação de células sobre superfícies bióticas ou abióticas é o passo inicial do desenvolvimento de biofilmes, os quais se iniciam como um processo reversível, tornando-se irreversível (CAIAZZA et al., 2004). Dessa forma,
são criadas condições para que substâncias sejam sintetizadas por micro-organismos, as quais podem contribuir para a corrosão e degradação de tais
superfícies, oferecendo grandes perigos para os processos envolvidos.
A espécie bacteriana Pseudomonas aeruginosa é um patógeno humano oportunista, também colonizador de superfícies (KIPNIS et al.,
2006), com grande incidência em infecções hospitalares relacionadas a biofilme. Além dessa, outras bactérias gram-negativas do gênero Pseudomonas
são relatadas como colonizadoras primárias de superfícies (HUGHES-VAN
KREGTEN, 1988).
Desta forma, durante as últimas décadas o estudo da corrosão
influenciada microbiologicamente (microbiologically influenced corrosion,
MIC) tem recebido considerável atenção (DUBEY et al., 1999), particularmente devido aos grandes problemas causados pela biocorrosão.
Assim, a identificação dos micro-organismos relacionados à biocorrosão é de extrema importância para o entendimento do processo, bem
como para ser possível o desenvolvimento de alternativas para a sua contenção ou até mesmo diminuição.
OBJETIVOS
O objetivo principal deste trabalho foi a caracterização dos micro-organismos relacionados à corrosão responsáveis pela formação de biofilmes sobre superfícies metálicas, em corpos-de-prova (CP’s) instalados na esLivro de Resumos Estendidos
2009 | 2010
69
tação de corrosão da Usina Hidrelétrica de Salto Pilão, Ibirama, SC, Brasil, por
técnicas de microbiologia clássica e biologia molecular.
METODOLOGIA
Os 96 isolados bacterianos provenientes de biofilmes de corpos-de-prova (CP’s) metálicos instalados no Rio Itajaí-Açu foram inicialmente
armazenados em tubos de ensaio com meio Trypticase Soy Agar (TSA) à temperatura de 4°C e reativados por meio de caldo Brain Heart Infusion (BHI),
incubados a 37°C por 24h. Posteriormente, foram purificados com o uso do
meio TSA em placas de Petri, incubadas a 37°C durante 24h.
Os isolados foram inicialmente separados pela técnica da coloração de Gram, a qual diferencia micro-organismos com base na composição
da parede celular dos mesmos. Posteriormente, todos os isolados foram submetidos a testes bioquímicos presuntivos: teste fermentativo em Agar Triplo
Açúcar e atividade da enzima citocromo-oxidase.
Micro-organismos com características não fermentadoras foram
identificados fenotipicamente utilizando o kit de provas bioquímicas ÑF-Prov (Newprov). Então foram armazenados em glicerol (20%) a -20°C de
acordo com a metodologia descrita por Araque et al. (2008).
A partir do perfil bioquímico, a utilização de técnicas moleculares tornou-se necessária para a caracterização dos micro-organismos ao nível de espécie. A extração do DNA total bacteriano foi realizada por meio
do kit Power Soil DNA (MoBio Labs). Assim, os isolados de Pseudomonas sp
foram caracterizados por meio de PCR (reação em cadeia da polimerase)
com oligonucleotídeos iniciadores específicos, que amplificam regiões do
DNA ribossomal 16S de Pseudomonas e de P. aeruginosa. Os oligonucleotídeos utilizados foram PA-GS-F e PA-GS-R (5’GACGGGTGAGTAATGCCTA3’ e
5’CACTGGTGTTCCTTCCTATA3’, respectivamente) para Pseudomonas e PA-SS-F e PA-SS-R (5’GGGGGATCTTCGGACCTCA3’ e 5’TCCTTAGAGTGCCCACCCG3’,
respectivamente) para P. aeruginosa (SPILKER et al., 2004). Primeiramente
utilizaram-se os oligonucleotídeos iniciadores para gênero. Além disso, os
isolados foram submetidos a uma segunda PCR com os oligonucleotídeos
específicos para P. aeruginosa.
70
RESULTADOS
Dos 96 isolados bacterianos conseguiu-se reativar as culturas de 89
isolados, sendo que 7 cepas não apresentaram células viáveis para cultivo e
foram descartadas. Por outro lado, os isolados viáveis foram purificados e classificados em microscopia óptica através da coloração de Gram e da morfologia.
As bactérias não-fermentadoras são bactérias gram negativas e que
podem apresentar morfologia de bacilos e cocobacilos. Desta forma, seguiu-se
com as provas de metabolismo somente com os isolados classificados como
bacilos gram negativos e cocos/cocobacilos gram negativos, um total de 40
isolados dentre os 89 totais.
A primeira prova de metabolismo testada foi o crescimento em Triple Sugar Iron Agar (TSI), prova bioquímica em que é possível verificar a capacidade das bactérias em fermentar carboidratos como a glicose, lactose a
sacarose. A identificação seguiu-se com as bactérias, num total de 15 isolados
dentre os 40 já obtidos anteriormente, que apresentaram metabolismos não
fermentativos para nenhum dos açúcares. Com esses 15 isolados, obteve-se
um resultado amplo acerca da presença de micro-organismos relacionados
com a formação de biofilmes.
Verificou-se, assim, que a maioria das bactérias não fermentadoras
são do gênero Pseudomonas e foram isoladas principalmente de três ligas metálicas, duas de aço inox e uma de aço carbono.
A identificação molecular comprovou a identificação dos isolados.
Os oligonucleotídeos iniciadores PA-GS-F e PA-GS-R possibilitaram a amplificação de fragmentos de DNA com tamanho de 618pb, tendo como alvo todas
as bactérias do gênero Pseudomonas. Os oligonucleotídeos iniciadores PA-SS-F e PA-SS-R, por sua vez, amplificaram produtos de 956pb, sendo específicos
para a identificação da espécie Pseudomonas aeruginosa. Dos quinze isolados
gram-negativos, treze deles apresentaram resultado positivo para o gênero
Pseudomonas, conforme a figura 1.
2009 | 2010
71
FIGURA 1 – AMPLIFICAÇÃO DE UMA REGIÃO REGIÕES DO DNA RIBOSSOMAL 16S
DE PSEUDOMONAS SP. UTILIZANDO OS OLIGONUCLEOTÍDEOS INICIADORES
PA-GS-F E PA-GS-R. MARCADOR DE PESO MOLECULAR: DNA LADDER 1 KB
(INVITROGEN).
FONTE: O AUTOR.
A partir da comparação dos produtos amplificados com o marcador de peso molecular (1Kb DNA Ladder – Invitrogen), confirmou-se o tamanho dos fragmentos amplificados. Por conseguinte, reações de PCR foram
realizadas com a utilização dos oligonucleotídeos iniciadores espécie-específicos. Os resultados comprovaram que, além da cepa padrão Pseudomonas
aeruginosa ATCC 27853, apenas um isolado é da mesma espécie.
CONCLUSÃO
A partir dos estudos realizados foi possível observar a identificação das principais espécies bacterianas não fermentadoras presentes em biofilmes de ligas metálicas
expostas à água do Rio Itajai-Açu. Com isso, é possível entender a ampla ubiquidade bacteriana, em especial o gênero Pseudomonas sp, estudado no presente trabalho.
A caracterização do gênero Pseudomonas com a utilização de oligonucleotídeos iniciadores permitiu a confirmação da identificação realizada por morfologia e
bioquimismo.
72
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem ao PIBIT/CNPq, Programa Institucional de
Bolsas de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação, ao LACTEC,
pelo apoio financeiro, acadêmico e de infra-estrutura para elaboração desse projeto de pesquisa e de desenvolvimento, ao LabMicro (Laboratório de
Microbiologia e Biologia Molecular – UFPR) pelo apoio de infra-estrutura, às
professoras Ida Chapaval Pimentel e Patrícia do Rocio Dalzoto por co-orientarem o projeto e ao estagiário Amid Tony Ibrahim pela ajuda na execução
desse trabalho.
REFERÊNCIAS
CAIAZZA NC, O’TOOLE GA. SadB is required for the transition from reversible
to irreversible attachment during biofilm formation by Pseudomonas aeruginosa PA14. J Bacteriol, 2004;186:4476–85.
KIPNIS E, SAWA T, WIENER-KRONISH J. Targeting mechanisms of Pseudomonas
aeruginosa pathogenesis. Med Mal Infect 2006;36: 78–91.
HUGHES-VAN KREGTEN, M.C., 1988. Slime flora of New-Zealand paper mills.
Appita 41 (6), 470–474.
DUBEY, R.S., NAMBOODHIRI, T.K.G., UPADHYAY, S.N., 1999. Microbiologically
influenced corrosion of mild steel. Indian J. Chem. Tech. 2, 327–331.
KONEMAN, E. W; ALLEN, S. D; DOWELL, V. R; JANDA, W. M; SOMMERS, H. M;
WINN, W. C. Diagnóstico microbiológico, 4ª edição, Ed Medica Panamericana
(2001).
SPILKER, T.; COENYE, T.; VANDAMME, P.; LIPUMA, J.J.. PCR-Based Assay for Differentiation of Pseudomonas aeruginosa from Other Pseudomonas Species Recovered from Cystic Fibrosis Patients. JOURNAL OF CLINICAL MICROBIOLOGY,
May 2004, p. 2074–2079.
TORTORA, G.; FUNKE, B.; CASE, C. Microbiologia. 8a Edição, Artmed, 2005.
2009 | 2010
73
74
DESENVOLVIMENTO DE UM
MODELO DE AVALIAÇÃO
DA EFICIÊNCIA DA
ESCADA DE PEIXES DA UHE
ILHA DOS POMBOS
CNPq - 107239/2009-4
Autor: Douglas Tsuyoshi Nakayama
Departamento: DPRA
Orientador: Carlos Eduardo Belz
Área de conhecimento: 2.00.00.00-6: Ciências biológicas; 2.04.06.00-2: Zoologia
Aplicada; 2.04.04.00-0: Comportamento Animal
Palavras-chave: Pimelodus sp; Leporinus sp; luz estroboscópica
2009 | 2010
75
76
RESUMO ESTENDIDO
INTRODUÇÃO
Um dos grandes impactos a fauna, oriundo da operação das usinas hidrelétricas é a mortalidade de peixes durante as partidas de grupos hidrogeradores de energia elétrica ou operações do síncrono ou ainda durante
paradas de manutenção de UHEs são eventos mundialmente conhecidos e
de certa forma comuns(Araújo, 1998; Araújo et al., 2003; Araújo et al, 2000;
LIGHT, 1993).
Eventos de mortandade são também observados quando da passagem de peixes por turbinas no sentido montante-jusante, mas estes são
mais raros e menos documentados em trabalhos técnicos e científicos.
A maioria dos estudos foi desenvolvida em países norte-americanos e europeus e demonstram como os cardumes penetram pela tubulação
de sucção das máquinas, atraídos pelo fluxo d’água e os tipos de lesões físicas que levam à mortalidade.
Como a mortalidade de peixes causada pelas operações das usinas é considerada danos à fauna tanto pela legislação federal (e.g., Lei de
Crime Ambientais, Lei 9.605 de 13/02/98) quanto pelas legislações estaduais,
às concessionárias estão sujeitas às penalidades previstas na Lei.
OBJETIVOS
Desta forma, dentre os objetivos deste projeto, temos, além de estudar biologia reprodutiva a jusante e a montante dos principais barramentos ao longo do Sistema Light no rio Paraíba do Sul, promover a prevenção de
mortalidades de peixes em passagens hidráulicas nas plantas das UHEs através de proposição de soluções tecnológicas. Com isso, o presente plano de
2009 | 2010
77
estudo pretende analisar soluções tecnológicas para problemas específicos
de mortalidade de peixes em sistemas de usinas, utilizando-se de barreiras
comportamentais com luz estroboscópica para o afugentamento de peixes e
assim impedindo a entrada de cardumes no interior das tubulações durante
as paradas.
METODOLOGIA
O experimento foi divido em duas etapas: uma utilizando os peixes da espécie Leporinus sp e a outra utilizando Pimelodus sp.
Na primeira etapa foram separados 120 peixes da espécie Leporinus sp e divididos em 12 grupos de 10 indivíduos.
Na segunda etapa foram separados 48 peixes da espécie Leporinus sp e divididos em 12 grupos de 4 indivíduos.
Para a realização do experimento foi utilizado duas calhas medindo 81cm de comprimento por 20cm de altura, esta calha foi dividida em três
quadrantes medindo cada um deles 20,2cm.
Esta calha foi preenchida com 15 litros de água, para que não houvesse a interferência de mensageiros químicos provenientes dos peixes a
cada repetição a água foi substituída.
Cada repetição foi realizada em duas fases, a primeira fase os peixes foram colocados na calha com a luz posicionada, porém desligada para
que o resultado não fosse influenciado pela introdução de um material estranho na água, desta forma foi feita à filmagem por 10 minutos. Após este
período a luz foi ligado e filmado por mais 10 minutos para verificar qual
seria a reação dos indivíduos com a introdução da luz no meio. Dessa forma
realizou-se um total de 12 repetições.
Posteriormente foram feitos as analises das filmagens, identificando a localização dos indivíduos dentro dos quadrantes a cada 30 segundos.
Para padronização deste processo foi considerada a localização da cabeça do
peixe, caso esteja sobre a linha de divisão dos quadrantes.
RESULTADO
Para a analise estatística foi utilizado o método de variância One
78
Way ANOVA e posterior analise pelo teste de Tukeye com o nível de significância de (P = <0,005) para verificar se há semelhança entre os quadrantes.
Após estas analises foi encontrado diferença significativa entre os quadrantes 1 e 4 para Pimelodus sp, indicando que há uma movimentação entre estes quadrantes e não foi encontrado diferença significativa entre os quadrantes 1 e 4 para Leporinus sp, indicando que não há muita movimentação entre
estes quadrantes. Para os quadrantes 2 e 3 não foi encontrado diferença significativa indicando também pouca movimentação dos peixes entre estes
quadrantes.
Em seguida foi feito um gráfico (figura 1 e 2) com as médias, para
a observação da movimentação dos peixes entre os quadrantes, desta forma
é possível analisar a diferença do comportamento dos peixes com a introdução da luz estroboscópica no aquário em cada quadrante.
FIGURA 1 – MÉDIA DE OCUPAÇÃO DE PIMELODUS SP NA CALHA
EXPERIMENTAL.
2009 | 2010
79
FIGURA 1 – MÉDIA DE OCUPAÇÃO DE LEPORINUS SP NA CALHA
EXPERIMENTAL.
CONCLUSÃO
Este experimento apresentou resultados positivos em laboratório
para Pimelodus sp e negativo para Leporinus sp, considerando a analise de
similaridade entre os quadrantes das extremidades (quadrante 1 e 4). Futuramente serão realizados com luz estroboscópica e som para uma melhor
compreensão do comportamento dos peixes em ralação as barreiras comportamentais para ser aplicado em usinas hidrelétricas a fim de impedir a
entrada de peixes no interior das tubulações durante as suas paradas.
AGRADECIMENTOS
O autor agradece ao PIBITI/CNPq, Programa Institucional de
Bolsas de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação, ao
orientador Carlos Eduardo Belz, Leonardo Pussieldi Bastos e ao LACTEC, pelo apoio financeiro, acadêmico e de infra-estrutura para a ela80
boração deste projeto de pesquisa e desenvolvimento.
REFERÊNCIAS
ARAÚJO, F. G. 1998. Adaptação do Índice de Integridade biótica usando a comunidade de peixes para o Rio Paraíba do Sul. Rev. Brasil. Biol., 58(4):547-558.
ARAÚJO, F. G.; DUARTE, s. GOLDEBERG, r. s. & FICHBERG, I. 2000. ciclo reprodutivo de Parauchenipterus striatulus (Pisces – Auchenipteridae) na represa
de Ribeirão das Lajes – RJ. Arq. Bras. Med. Vet. Zootec. Belo Horizonte, 52(3):?.
ARAÚJO, F. G.; FICHBERG, I.; PINTO, B. C. T. DUARTE, s. GOLDEBERG, r. s. & PEIXOTO, M. G. 2003. A preliminary index of biotic integrity for monitoring the
condition of the Rio Paraíba do Sul, southeast Brazil. Environmental Management, 32(4): 516-526.
LIGHT, 1993. Usina Hidrelétrica Ilha dos Pombos: aspectos relativos à ictiofauna do rio Paraíba do Sul. Relatório interno. 45p.
2009 | 2010
81
82
SISTEMA NEBULOSO
PARA PREVISÃO DE
CARGA POR
BARRAMENTO
CNPq - 109345/2009-6
Autor: Ednei Leite de Araújo
Departamento: DPEE
Orientador: Dr. Alexandre Rasi Aoki
Palavras-chave: Operação de sistemas elétricos de potência,
Identificação de sistemas, Redes neurais artificiais
2009 | 2010
83
84
INTRODUÇÃO
Conhecer o comportamento da carga apresenta importância fundamental para a operação e o planejamento confiável, seguro e econômico
de sistemas de potência. Em função disso, esta área de estudo vem adquirindo maior interesse por parte da comunidade científica ao longo dos anos,
principalmente após o advento da competição nos mercados de energia.
Tendo em vista o impacto técnico e econômico da previsão de
carga, vários modelos são encontrados na literatura para abordagem deste
problema. Porém, estas propostas requerem intervenção constante de especialistas na modelagem, no que diz respeito à seleção das variáveis de entrada na estrutura do modelo.
Existem diversas propostas de sistemas inteligentes para previsão
por barramento incluindo conjunto de entradas e estrutura fixas, para tratamento de todas as barras. Entretanto, esta abordagem tem problemas de
generalização, pois cada barra possui características relacionadas aos tipos
de consumidores e estas, podem não ser contempladas no processo de definição do modelo.
Neste contexto, faz-se uso de sistemas nebulosos, também chamados de difusos, que possuem um formalismo para a representação do conhecimento e inferência de novos conhecimentos de modo similar à maneira
utilizada pelos seres humanos para expressarem o conhecimento e raciocínio, ao contrário dos sistemas baseados em lógica clássica. Recentemente,
os sistemas nebulosos têm emergido como uma abordagem atrativa para o
controle de processos complexos. A motivação deve-se ao conhecimento do
sistema e ao comportamento dinâmico qualitativo e com incertezas. A teoria
dos sistemas nebulosos provê uma representação adequada para tal conhecimento. Os sistemas nebulosos são úteis no tratamento da imprecisão, sistemas baseados em regras, raciocínio aproximado, e cálculos utilizando termos
lingüísticos.
Assim, neste trabalho será pesquisada a técnica baseada em sisteLivro de Resumos Estendidos
2009 | 2010
85
mas nebulosos visando obter uma metodologia para previsão de carga por
barramento eficiente.
OBJETIVOS
O objetivo geral deste trabalho é desenvolver metodologia baseada em sistemas nebulosos para previsão de carga por barramento.
METODOLOGIA
O desenvolvimento do presente projeto iniciou-se pelo estudo
dos trabalhos “Outline of a New Approach to the Analysis of Complex Systems and Decision Processes” (ZADEH, 1973) e “Lógica Nebulosa” (SANDRI e
CORREA, 1999), com o intuito de ganhar familiaridade com os conceitos envolvidos ao longo do desenvolvimento de modelos baseados em sistemas
nebulosos, incluindo tipos de estruturas, modelagem, construção da base de
regras e métodos de inferência. Em seguida, a partir do entendimento sobre
sistemas nebulosos, foram pesquisadas técnicas para tratamento dos dados
de entrada. Para tal, deu-se continuidade aos estudos de métodos clássicos
de análise de séries temporais, por meio do estudo de processos estocásticos.
A metodologia de previsão de carga nebulosa foi implementada
e avaliada no MATLAB utilizando bases de dados formadas por um conjunto
de dados disponibilizado pela concessionária, conforme explicitaremos na
próxima seção.
RESULTADO
Disponibilizamos de 14 séries de dados distintas para desenvolver
e validar o sistema nebuloso. A seguir, apresentamos três séries de dados que
foram utilizadas para treinar o modelo e a previsão horária para uma semana.
As figuras 1, 3 e 5, representam a curva de carga original utilizada
para treinar o modelo. Apresentamos nas figuras 2, 4 e 6 a comparação entre
a carga prevista pelo sistema nebuloso e a carga real.
86
FIGURA 1 – SÉRIE DE DADOS DO
BARRAMENTO SIQUEIRA CAMPOS
P34 NO PERÍODO DE 15/10/2008 A
22/10/2008
FIGURA 2 – COMPARAÇÃO ENTRE
VALORES REALIZADOS E OS VALORES
PREVISTOS 168 PASSOS À FRENTE PARA
O BARRAMENTO SIQUEIRA CAMPOS P34
BARRAMENTO ARAPONGAS P213 NO
PERÍODO DE 02/08/2008 A 8/08/2008
O BARRAMENTO ARAPONGAS P213
BARRAMENTO LONDRINA P213 NO
PERÍODO DE 10/11/2008 A 16/11/2008
O BARRAMENTO ARAPONGAS P213
2009 | 2010
87
CONCLUSÃO
Este trabalho teve por objetivo, desenvolver e validar métodos de
previsão de carga elétrica em curto prazo (previsão horária), através de sistemas nebulosos. Considerando que as bases de dados cedidas pela COPEL
continham dados nulos e/ou faltantes e alguns fenômenos, foi preciso buscar na literatura metodologias para tratar dados com estas características.
Após realizar a validação do modelo utilizando a base de dados disponibilizada pela concessionária e com o auxilio do MATLAB, observa-se através dos erros calculados que o modelo apresenta um bom desempenho para
um conjunto inicial de entradas escolhido adequadamente. De acordo com a
figura 4, pode-se observar que em alguns casos, as previsões não alcançaram
a precisão almejada, visto que a presença de dados discrepantes no conjunto
inicial de entradas compromete o desempenho do sistema e a sua capacidade
de generalização, e este fato motiva trabalhos futuros com o objetivo de desenvolver sistemas nebulosos cada vez mais eficientes para previsão de carga.
AGRADECIMENTOS
Bolsas de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação, e ao LACTEC, pelo apoio financeiro, acadêmico e de infra-estrutura para a elaboração
deste projeto de pesquisa e desenvolvimento.
REFERÊNCIAS
AOKI, A.R. Notas de Aula da Disciplina Inteligência Artificial, Universidade Federal do Paraná, 2009.
GUIRELLI, C. R. Previsão da carga de curto prazo de áreas elétricas através
de técnicas de inteligência artificial. Ed. Ver. 127 p. Tese (Doutorado). Escola
Politécnica da Universidade de são Paulo. Departamento de Engenharia de
Energia e Automação Elétricas. São Paulo - SP.
ONS, OPERADOR NACIONAL DO SISTEMA ELÉTRICO, Procedimentos de Rede
- Módulo 5: Consolidação da Previsão de Carga, 2002.
SANDRI, S.; CORREA, C. Lógica Nebulosa. In: V Escola de Redes Neurais, Con88
selho Nacional de Redes Neurais. pp. c073-c090, 19 de julho, 1999. São José
dos Campos: ITA, 1999.
ZADEH, L. A., “Outline of a New Approach to the Analysis of Complex Systems
and Decision Processes,” IEEE Trans. on Systems, Man and Cybernetics, Vol.
SMC-3, pp. 28-44, January 1973.
2009 | 2010
89
90
ESTUDO E
DESENVOLVIMENTO DE
CONCRETO COM MISTURAS
CIMENTÍCIAS MINERAIS E
FOTOCATALÍTICAS PARA
REDUÇÃO DE GASES DO
EFEITO ESTUFA: APLICAÇÃO
EM ESTRUTURAS ARMADAS
DE REDES DE
DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA
ELÉTRICA
CNPq -108716/2009-0
Autor: Elen Neiverth
Departamento: DPTM
Orientador: Kleber Franke Portella
Palavras-chave: concreto; agregado; pozolana; cinza de côco verde
2009 | 2010
91
92
RESUMO ESTENDIDO
Questões ambientais são debatidas em toda a sociedade, tornando-se uma preocupação quando se trata da preservação dos recursos naturais e redução dos impactos ambientais proporcionados pelo desenvolvimento humano e pelo emprego de tecnologias.
Por esse motivo, a reciclagem e a reutilização de materiais poluentes vêm contribuindo para atender as pretensões da humanidade.
O concreto é um dos materiais de construção mais utilizados no
mundo, tendo uma indiscutível importância técnica, social e econômica. Por
essa razão, esforços devem ser realizados no intuito de promover estudos
que levem às melhorias do concreto.
A Bahia é o estado brasileiro com maior produção de côco e esse
côco jogado fora representa cerca de 80% do lixo litorâneo. Portanto, a utilização da casca de côco verde processada, além da importância econômica e
social, é também importante do ponto de vista ambiental.
No presente projeto de pesquisa está sendo estudado o emprego
de cinza de côco verde como material pozolânico em concreto armado sob
ataque artificial de atmosfera salina, visando comparação com ambiente real
em estudo.
Inicialmente, fez-se o corte dos côcos verdes vazios em serra fita,
sendo estes divididos em quatro partes cada. Após feito o corte, os pedaços foram lavados com água corrente
e escova, a fim de retirar qualquer contaminante que pudesse haver. Logo
após, os pedaços foram levados à estufa com temperatura de 110 ± 5 ºC por
cerca de 4 dias para que fosse retirada toda a umidade contida no côco.
Com o côco seco, procedeu-se a queima em uma “panela” de aço
inox até que só houvesse cinzas, sendo, aproximadamente, 4 h de queima
direta. Essas cinzas foram armazenadas em um recipiente no interior de um
dessecador, para que não houvesse contato com umidade.
Em cápsulas de porcelana, foram adicionadas aproximadamente
2009 | 2010
93
10 g de cinza de côco e levou-se estas cápsulas à mufla com temperatura de
800 ºC, queimando-as por aproximadamente 4 h.
A cinza de côco verde, depois de passar por todo o processo de
queima, foi submetida a um processo de desaglomeração.
A amostra foi colocada em um gral de porcelana e macerada com
o pistilo. Após o maceramento, essa cinza foi peneirada em peneira de 0,297
mm. Essa cinza foi armazenada em recipiente no interior de um dessecador.
Verificou-se que a porcentagem obtida de massa de cinza do côco
verde é significantemente pequena. Por esta razão, esse processo de obtenção de cinza se tornou lento.
Essa cinza de côco verde é classificada de acordo com a norma
NBR 12653 como classe E. Nessa classe se encaixam materiais não-tradicionais, tais como cinzas de resíduos vegetais.
A seguir, partiu-se para a análise das propriedades físico-químicas
dessa cinza de côco verde para ser considerado um material pozolânico.
A partir da NBR 5751 - Materiais pozolânicos – determinação de
atividade pozolânica – Índice de atividade pozolânica com cal – foram analisados parâmetros que são estabelecidos para que o material possa ser considerado um material pozolânico. Atendendo a essa norma outros ensaios são
previstos, tais como os descritos a seguir.
O ensaio de fluorescência de raios X (FRX) possibilitou saber a
composição química da cinza de côco verde. Na Tabela 1, está descrita essa
composição.
COMPOSTO
K2O
SiO2
P2O5
CaO
MgO
Na2O
Cl
SO3
Fe2O3
Al2O3
MnO
94
CONCENTRAÇÃO (%)
22,1
17,5
13,1
12,7
12,2
12,0
6,4
3,3
0,3
0,2
0,1
SrO
PbO
CuO
ZnO
Rb2O
Br
0,1
‹ 0,1
‹ 0,1
‹ 0,1
‹ 0,1
‹ 0,1
TABELA 1 - COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA CINZA DE CÔCO VERDE
Conforme a NBR 12653, para a classe E, o teor de SiO2 + Al2O3 +
Fe2O3 deve ser no mínimo 50%, o que difere da realidade composicional da
cinza de côco, pois essa soma equivale a 18%, sendo, portanto, inferior ao
requisito mínimo. Já para o composto SO3, a Norma recomenda que a composição seja no máximo 5,0%, o que relata que 3,3% está dentro dos parâmetros recomendados. Porém, esta mesma Norma recomenda que o teor de
Na2O deve estar presente com 1,5% no máximo da composição. Isso significa
que a composição da cinza de côco está fora dos parâmetros, pois apresenta
um teor de 12% para Na2O.
O ensaio “Cimento Portland – determinação da resistência à compressão” – NBR 7215 consistiu em determinar a resistência à compressão do
corpo de prova confeccionado com adição de cinza de côco verde a cal.
O resultado obtido dessa análise está descrito na Tabela 2.
Corpo de
prova
CP1
CP2
CP3
Idade
(dias)
7
7
7
Diâmetro do
CP (mm)
50
50
50
Força máxima (N)
3174
3496
3753
Tensão máxima (MPa)
1,6
1,8
1,9
TABELA 2 - RESULTADO DO ENSAIO DE RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO
De acordo com a norma NBR 12653, a tensão máxima deve ser 6,0
MPa. Assim, o resultado obtido para o corpo de prova confeccionado com a
cinza de côco verde e cal foi insatisfatório, uma vez que o resultado apresentado foi inferior ao requerido. Portanto, esse material não pode ser considerado como pozolânico.
2009 | 2010
95
Pode-se concluir, ao término das análises físico-químicas da cinza
de côco verde, que este material não pode ser considerado como um material
pozolânico. Pois os resultados fugiram aos limites estabelecidos em normas.
AGRADECIMENTOS
A autora agradece ao PIBITI/CNPq, Programa Institucional de Bolsas de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação, à COPEL GER,
à ANEEL e ao LACTEC, pelo apoio financeiro, acadêmico e de infra-estrutura
para a elaboração deste projeto de pesquisa e desenvolvimento.
REFERÊNCIAS
MEHTA, P. K.; MONTEIRO, P. J. M. “Concreto – Estrutura, Propriedades e Materiais”. 2. ed. São Paulo: Pini, 1994.
FREIRE, Karla Regina Rattmann. “Avaliação do desempenho de inibidores de
corrosão em armaduras de concreto”. Dissertação de mestrado, UFPR, 2005.
Kaefer, Luís Fernando. “Considerações sobre a microestrutura do concreto”.
Disponível em: http://www.lmc.ep.usp.br/people/lfk/download/pef5736.pdf.
Acessado em 17 de julho de 2010.
INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATISTICAS – IBGE. Banco
de Dados Agregados. Brasília, DF: PAM – Produção Agrícola dos Municípios. Disponível em: <http://www.sidra.ibge.gov.br/bda/tabela/listabl.
asp?c=1613&z=p&o=20> acessado em 17 de julho 2010.
http://www.scribd.com/doc/23535631/reciclagem-de-côco-verde. Acessado
em 17 de julho de 2010.
96
DESENVOLVIMENTO DE
SISTEMA DE CARGA
PULSADA PARA BATERIAS
CNPq - 111758/2009-2
Autor: Gabriel Gulak Maia
Departamento: DPTM
Orientador: Marcos Antonio Coelho Berton
Área de conhecimento: 1.06.03.02-6: Eletroquímica
Palavras-chave: Bateria chumbo – ácido, AFM, atmosfera inerte
2009 | 2010
97
98
RESUMO ESTENDIDO
INTRODUÇÃO
Em voltametrias realizadas em baterias de chumbo-ácido, com
eletrólito líquido de ácido sulfúrico, no período de 2009, os trechos da voltametria com potenciais inferiores ao potencial de equilíbrio do sistema
apresentaram correntes elétricas maiores do que o esperado. A hipótese
levantada para explicar esse comportamento foi a de que o sistema estava
dissolvendo oxigênio do ar, o que acabava por intensificar as correntes elétricas medidas. Com a intenção de avaliar tal hipótese realizamos medidas em
um sistema análogo, em uma atmosfera inerte de Nitrogênio, com eletrólito
líquido de Sulfato de Sódio (Na2SO4). As medidas foram realizadas em uma
pequena câmara de vácuo, especialmente construída para as dimensões da
célula utilizada e demais equipamentos utilizados durante a voltametria.
OBJETIVOS
Estudo do comportamento do sistema composto por eletrodo de
chumbo e eletrólito líquido de Na2SO4 em atmosfera inerte de Nitrogênio,
através de voltametrias. Tal estudo é realizado como parte preparatória para
estudos posteriores da morfologia dos cristais de PbSO4, com análises in situ
por meio de AFM.
METODOLOGIA
O eletrodo tem seu comportamento eletroquímico analisado
através de ensaios de voltametrias cíclicas de potencial, de acordo com
[3]. Tais ensaios são realizados no interior de uma câmara em paralelepípeLivro de Resumos Estendidos
2009 | 2010
99
do. Na câmara encontram-se algumas aberturas para a saída dos cabos do
equipamento, uma abertura para a entrada da extremidade do eletrodo de
referência (uma vez que este é demasiado grande para a câmara), uma pequena abertura para se colocar o eletrólito sobre a célula com uma pipeta
de Pasteur. Além destas existe ainda uma abertura onde se acopla o tubo
plástico ligado à bomba de Nitrogênio e outra ligada a um tubo para retirada
do ar. Tais aberturas se fizeram necessárias devido à impossibilidade prática de transportar todo o equipamento para uma grande câmara, mas não
configuram maiores problemas quanto ao isolamento do sistema, uma vez
que os cabos, com encaixe perfeito, vedam seus orifícios correspondentes
e os demais orifícios são relativamente pequenos. Além disso, o objetivo é
minimizar a presença de oxigênio do ar, o que é satisfatoriamente alcançado
devido ao fluxo constante de Nitrogênio para dentro da câmara, que expurga
o ar interno pelos orifícios abertos.
Quanto à voltametria propriamente dita, aplicando este método ao nosso sistema, variamos linearmente o potencial do eletrodo desde
-1900mV até -300mV, retornando então para -1900mV. Este potencial é medido contra um eletrodo de referência de Hg/Hg2So4/Na2SO4. A princípio, em
potenciais por volta de -1900mV ainda não existe sulfato de chumbo no sistema. Uma vez que a atmosfera a que o sistema está exposto é predominantemente Nitrogênio, espera-se que o Oxigênio do ar dissolvido neste ponto,
através da camada de Na2SO4 seja insignificante.
As reações que ocorrem neste novo sistema são essencialmente
as mesmas que ocorriam no sistema com eletrólito líquido de ácido sulfúrico. Por volta de -0,96V, o potencial de equilíbrio do sistema, o eletrodo de
trabalho começa a ser oxidado e libera elétrons para o circuito externo. Desta
maneira o cátion de chumbo passa a reagir reage com o íon negativo SO42originando o sulfato de chumbo (PbSO4). O sulfato de chumbo formado cristaliza sobre a superfície do eletrodo. Esta corrente de redução do eletrólito
é descrita pela reação: Pb + SO42- ↔ PbSO4 + 2e-. A primeira parte da voltametria é feita até -300mV e durante este processo cada vez mais sulfato de
chumbo se deposita sobre o eletrodo, uma vez que em potenciais menos
negativos a oxidação do chumbo se intensifica. O sulfato de chumbo é, porém, isolante e conforme cobre a superfície do eletrodo atenua a corrente de
redução, que só pode ir então até um limite máximo, decaindo após este ser
atingido. Atingindo – 300mV o sistema inicia o retorno até -1900mV. O PbSO4
se deposita até a passivação, anulando a corrente elétrica do sistema. Quan100
do se passa novamente pelo potencial de equilíbrio do sistema, atingem-se
os potenciais de redução do sulfato de chumbo, que tem sua redução descrita por PbSO4 + 2e- ↔ Pb + SO42-. A corrente elétrica formada nesse processo
aumenta até um limite máximo, devido ao suprimento limitado de sulfato de
chumbo para redução.
RESULTADOS
As voltametrias foram realizadas em atmosfera inerte de Nitrogênio, a uma velocidade de 2 mV/s e 20mV/s em eletrodos polidos e com ataque químico e eletrodos sem polimento e sem ataque químico. Os eletrodos
utilizados possuíam área de 0,38cm2. As voltametrias todas revelaram não
apenas curvas de densidade de corrente superficial por potencial aplicado
muito semelhantes entre si como também semelhantes às curvas anteriormente obtidas com atmosfera ambiente e eletrólito líquido de ácido sulfúrico.
CONCLUSÃO
Uma vez que nos trechos da voltametria de potencial menor do
que o potencial de equilíbrio não houve apreciável diminuição da corrente
elétrica medida concluímos que ou o aumento desta corrente não se deve
à dissociação do oxigênio do ar pelo eletrólito ou que o sistema precisa ser
perfeitamente isolado e não apenas montado para minimizar o oxigênio
dentro dele.
AGRADECIMENTOS
Bolsas de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação e ao LACTEC, pelo apoio financeiro, acadêmico e de infra-estrutura para a elaboração
2009 | 2010
101
REFERÊNCIAS
[1] Y. Yamaguchi, M. Shiota, Y. Nakayama, N. Hirai, S. Hara, In situ analysis of
eletrochemical reactions at a lead surface in sulfuric acid solution; Journal of
Power Sources, 2000.
[2] N. Hirai, K.Takeda, S. Hara, M. Shiota, Y. Yamaguhi, Y. Nakayama, In situ EC-AFM observation with atomic resolution of Pb (100) and Pb (111) single crystals in sulfuric acid solution, Journal of Power Sources, 2003.
[3] Bard, Allen J., Faulkner, Larry R., Eletrochemical Methods Fundamentals
and Applications, John Wiley & Sons, Inc, 1980.
102
ESTUDO DO DESEMPENHO
DE PLANTAS DE CÉLULAS A
COMBUSTÍVEL DE
ÁCIDO FOSFÓRICO
CNPq - 105510/2010-6
Autor: Giulianna Carolina Tacla
Departamento: DPTM
Área de conhecimento: 3.04.02.00-0: Medidas Elétricas,
Magnéticas e Eletrônicas, Instrumentação
Palavras-chave: Células a combustível, degradação
2009 | 2010
103
104
RESUMO ESTENDIDO
INTRODUÇÃO
O Lactec possui, desde o ano 2000, um projeto de pesquisa com
3 plantas de 200 kW (potência máxima) de células a combustível de ácido
fosfórico modelo PC25™C da fabricante UTC Power. Seguindo a ordem cronológica de implantação das mesmas, a primeira está situada na Copel – KM3
(número de série 9247, operacional desde 2001), a segunda em frente ao prédio LAC-Lactec (número de série 9252, desde 2002) e a terceira no Hospital
Erasto Gaertner (número de série 9258, desde 2007). As plantas foram dimensionadas para durar de 5 a 7 anos, sendo assim, duas estariam no final de suas
vidas úteis no presente momento. O acompanhamento de parâmetros de
operação como a eficiência elétrica e as tensões das células (dos denominados stacks), entre outros, permitem identificar a velocidade de degradação
destes equipamentos e identificar seus estados atuais. Estas informações são
vitais na análise da relação custo/benefício na operação de células a combustível.
OBJETIVOS
Acompanhar a degradação dos stacks (pilhas de células a combustível) e a evolução geral da eficiência elétrica e térmica das três plantas de
células a combustível de ácido fosfórico instaladas em Curitiba, Paraná.
METODOLOGIA
A metodologia utilizada está diretamente ligada aos procedimentos operacionais e de manutenção das três plantas PC25™C. Os métodos práLivro de Resumos Estendidos
2009 | 2010
105
ticos de análise de degradação são divididos em duas partes principais:
1. Acompanhamento dos valores das tensões dos sub-stacks em
diferentes regimes de funcionamento da célula e sua comparação com os
valores iniciais que estes sub-stacks apresentavam em dados coletados anteriormente. Paralelamente é feita uma correlação entre as diferenças entre
valores obtidos e a perda de eficiência da planta. Graficamente, através de
extrapolação, será determinado o valor crítico a partir do qual a operação da
célula se torna economicamente inviável;
2. Medição de concentrações de gases em pontos específicos da
planta situada na Copel – KM3, mostrados na Figura 1. Tais concentrações
serão avaliadas com base no modelo de balanço de planta desenvolvido por
Camparin, et al. (2006). Espera-se encontrar diferenças de concentrações de
gases que irão auxiliar na análise de qual (ou quais) componentes da planta
situada na Copel perderam eficiência e darão base para que seja apontada
uma solução.
A motivação para o estudo mais detalhado da planta 9247 (Copel – KM3) está no fato de que o inversor de frequência da planta exige uma
tensão de entrada mínima – tensão total dos sub-stacks, ou seja, a soma de
todas as tensões das 272 células a combustível internas – de 150 V para fazer
a conversão CC-CA e entregar potência para a rede.
FIGURA 1 - PONTOS DE MEDIÇÃO DE CONCENTRAÇÃO DE GASES.
106
Os pontos de análise são:
A. Composição do gás que entra no hidrodessulfurizador;
B. Composição do gás que sai do hidrodessulfurizador e entra no reformador;
C. Composição do gás que sai do reformador e entra no reator de shift;
D. Composição do gás que sai do reator de shift e entra nos ânodos das células;
E. Composição do gás que sai dos ânodos das células;
F. Composição do gás que entra nos cátodos;
G. Composição do gás que sai dos cátodos.
O interesse da comparação entre as composições nos pontos acima e os valores medidos no modelo de balanço de planta está em:
A e B: Constatar a eficiência do hidrodessulfurizador (HDS);
C e D: Constatar a eficiência do reator de shift;
D e E: Constatar o fator de utilização do combustível nos ânodos das células
a combustível;
F e G: Constatar o fator de utilização do oxidante nos cátodos das células a
combustível.
RESULTADOS
Os resultados do projeto compreendem o entendimento do funcionamento da planta, baseado em publicações e na análise das práticas de
operação e manutenção, o acompanhamento das tensões de sub-stack e a
análise da influência dos vários componentes da planta no funcionamento
geral do sistema.
A unidade PC25™C tem vida útil prevista de 5 a 7 anos, dentro dos
quais deve fornecer 200 kW/235 kVA de potência elétrica e 900.000 Btu em
forma de água quente que pode ser recuperada pelo consumidor. Nota-se,
principalmente na planta 9247, que a degradação atingiu níveis críticos, praticamente impossibilitando a operação em regime de carga acima de 110 kW.
Da análise das degradações dos sub-stacks, 3 fenômenos podem
ser apontados:
1. Degradação ocorre com mais intensidade nos sub-stacks da
base e do topo da pilha. Isto se deve a congelamentos de porções de eletrólito, causadas por quedas de energia duradouras que impossibilitam a operação das resistências de aquecimento das células, fazendo com que a temLivro de Resumos Estendidos
2009 | 2010
107
peratura dos stacks caia, tendendo a estabilizar-se à temperatura ambiente.
2. A tensão em corrente contínua de saída tem correlação alta com a
temperatura dos stacks. Uma temperatura mais alta, apesar de forçar as células
unitárias a produzirem mais tensão elétrica, reduz a vida útil das mesmas.
3. A queda da tensão máxima ao longo do tempo fez com que
a planta 9247 beirasse 152 V de tensão total nos sub-stacks em regime de
carga (Load) a 110 kW. O software controlador da planta tem uma imposição
de que esta tensão, que é a soma das tensões dos sub-stacks, não deve cair
abaixo de 150 V por 5 segundos ou 140 V por 0,2 segundos. Por muitas vezes,
ao longo da análise de operação dessa planta, este limite não foi cumprido,
resultando na desativação do fornecimento de potência, ou seja, a entrada
em regime Shutdown. Como a planta está no fim da vida útil prevista, tal
ocorrência não é considerada incoerente.
CONCLUSÕES
As principais conclusões, relacionadas ao isolamento dos fatores
de degradação da planta 9247 a partir das medições de concentração de gases em pontos de interesse da planta ainda não podem ser realizadas, sendo
necessário que os pontos sejam abertos nas tubulações. A partir de então,
serão feitas as medições em regime de carga máxima operacional – 110 kW
ou possivelmente menos, devido justamente à degradação progressiva – e
os dados levantados serão comparados com os do modelo desenvolvido
por Camparin, et al (2006). Os resultados e conclusões obtidas servirão como
base para o acompanhamento da degradação das demais plantas, 9252 e
9258.
AGRADECIMENTOS
Bolsas de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação, à Universidade Federal do Paraná e ao LACTEC, pelo apoio financeiro, acadêmico e
de infra-estrutura para a elaboração deste projeto de pesquisa e desenvolvimento.
108
REFERÊNCIAS
[1] INTERNATIONAL FUEL CELLS, “Service Manual Volume 1”. 2001.
[2] INTERNATIONAL FUEL CELLS, “Service Manual Volume 2”. 2001.
[3] UTC POWER. “PC25C On-site Fuel Cell Powerplant Service Manual – Revision B – 9 February, 2009”. 2009.
[4] LARMINIE, J., DICKS, A. “Fuel Cell Systems Explained”, Segunda Edição. Inglaterra: John Wiley & Sons, Inc., 2003. p.177–184.
[5] CAMPARIN, et al. “Avaliação dos Balanços de Massa e de Energia de uma
Célula a Combustível Estacionária de Ácido Fosfórico”. Curitiba, 2006.
2009 | 2010
109
110
TAXA DE DEGRADAÇÃO DE
ESTRUTURAS EM FUNÇÃO
DA SALINIDADE NO SUL E
NO NORDESTE DO BRASIL:
ESTUDOS DE CASO NO
LITORAL PARANAENSE E
EM SALVADOR/BA
CNPq - 112249/2009-4
Autor: Guilherme D’Orey Gaivão Portella
Departamento: DPTM
Orientador: Guilherme Cunha da Silva
Área de conhecimento: 1.06.03.00-0: Fisico-química;
3.01.01.01-8: Materiais e Componentes de Construção;
3.01.02.01-4: Estruturas de Concreto
Palavras-chave: condutividade, estruturas de concreto,
materiais da rede de distribuição de energia, taxa de degradação
2009 | 2010
111
112
RESUMO ESTENDIDO
INTRODUÇÃO
A corrosividade em materiais metálicos de redes de distribuição é
estudada a partir da classificação do ambiente em termos de tempo de superfície úmida, da taxa de sulfatação e do teor de cloretos. A sua classificação
pode ser dividida em cinco ambientes corrosivos: rural, urbano, industrial,
marinho e marinho industrial [1-8].
As diferentes condições climáticas, bem como a umidade relativa,
temperatura ambiente e a temperatura de superfície têm influência significativa nos processos de deterioração de materiais de engenharia. Desta forma,
foram escolhidas duas regiões distantes, com climas relativamente diferentes, para implantar estações de corrosividade atmosférica (ECA). A estação
de Sauípe, localizada na região metropolitana de Salvador/BA está situada
a cerca de 250 m do mar. A estação localizada no Paraná, fica no município
de Pontal do Paraná, no Centro de Estudos do Mar a, cerca de 400 m do mar.
Pontal do Paraná é classificado como tendo clima subtropical superúmido,
com temperatura média de 22 ºC. A precipitação média anual do município
está em torno de 2000 mm, sendo o verão o período mais chuvoso. Sauípe,
região localizada a 80 km de Salvador pode ser caracterizada por um clima
tropical úmido, influenciado pela massa tropical marítima, com período mais
chuvoso no inverno. A temperatura varia pouco durante o ano e apresenta
média de 25 ºC. O tempo de superfície úmida é elevado, classificado como de
alta corrosividade ambiental [1, 9].
Assim como os materiais metálicos padrões, alumínio, cobre, aço
carbono e aço galvanizado, as estruturas de concreto armado são degradadas em ambientes similares. A armadura metálica contida no seu interior é,
normalmente, atingida por sais provenientes do ambiente de sua exposição
2009 | 2010
113
em tempos mais longos do que aqueles considerados para os metais sem
proteção superficial, mas degradam ou oxidam e causam prejuízos de grande monta à sociedade.
MATERIAIS E MÉTODOS
A ECA de Pontal do Sul foi instalada em agosto de 2009, quando
foram colocadas dezesseis placas metálicas em um painel, sendo quatro de
cada material - aço carbono, cobre, alumínio e aço galvanizado. Os painéis
foram instalados conforme norma ABNT NBR 6209 [2]. Antes de serem expostos, os metais foram limpos com acetona, pesados e foram medidos quanto às suas dimensões largura, comprimento e espessura, conforme a norma
ABNT NBR 6210 [5]. A perda de massa foi caracterizada em função do tempo
de exposição no local de análise, cujos resultados foram expressos, segundo
a Equação 1.
Taxa de corrosão =
K.M
S.t ρ
Onde K é a taxa de corrosão, em mm/ano; M é a perda de massa,
em gramas; S é a área do CP, em cm2; t é o tempo de exposição, em horas; e
ρ é a massa específica, em g/cm3.
Os parâmetros meteorológicos utilizados foram a temperatura,
vento, precipitação e umidade relativa. Os dados meteorológicos de Pontal
do Sul foram cedidos pelo Grupo de Física Marinha do Centro de Estudos do
Mar da Universidade Federal do Paraná. Os dados na região de Sauípe foram
coletados por meio de estação meteorológica implantada no local [10].
As medidas da taxa de salinidade e de sulfatação foram analisadas
mensalmente em ambas as estações, segundo métodos ABNT NBR 6211 [3]
e NBR 6921 [4], respectivamente. A classificação do grau de corrosividade
da atmosfera seguiram os padrões da norma NBR 14643 [1] em relação aos
materiais metálicos analisados para caracterizar a atmosfera local em cinco
categorias de corrosividade, variando de C1 (muito baixa) e C5 (muito alta).
Para avaliação das estruturas foram utilizados 10 CPs de concreto
armado. A altura aproximada foi de 2 m, sendo que 0,5 m ficou enterrado.
Cinco tipos diferentes de material foram avaliados: o concreto de referência
114
e o concreto com as adições de metacaulim, sílica ativa, borracha e fibra polimérica. Para avaliar a durabilidade dos concretos estudados, optou-se por
técnicas eletroquímicas. Medidas de potencial de corrosão foram realizadas
periodicamente ao longo do envelhecimento, em 14 alturas distintas, a cada
10 cm.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Conforme visualizado na Tabela 1, dentre os metais analisados, o
aço carbono apresentou a maior taxa de corrosão nos primeiros três meses
de análise nas ECAs de Pontal do Sul e de Sauípe. A ECA de Pontal do Sul,
apesar de estar localizada a uma distância maior da orla marítima, teve taxas
de corrosão relativamente superiores para o aço carbono, devido, possivelmente, a estar instalada em uma região mais aberta do que a de Sauípe, que
possui arborização alta e intensa circundando. Na classificação do grau de
corrosividade, a agressividade em Pontal do Sul foi média e classificada como
C3, enquanto que em Sauípe a agressividade foi baixa e classificada como C2.
Em ambas as estações, os CPs de alumínio apresentaram as menores taxas de corrosão, possivelmente pela proteção causada pela sua película passivadora. O problema citado na literatura [11] e não observado nas
placas de alumínio, nos locais analisados, de que o íon cloreto provoca neste
material a corrosão por pites, pode ser devida ao curto espaço de tempo de
exposição. Em Pontal do Sul, a taxa de corrosão encontrada foi 1,88 µm/ano.
Em Sauípe, essa taxa foi maior, sendo de 2,14 µm/ano. Já, nos outros tipos
de metais, a taxa de corrosão encontrada em Pontal foi mais alta do que de
Sauípe. O fato pode, também, ser explicado pela umidade relativa. Os dados
foram analisados durante o verão, quando o clima na Bahia é seco e no Paraná é chuvoso e quente.
As taxas de cloreto médias em Pontal do Sul (22,5 ± 12,0) mg/
2
m .dia, foram mais baixas que na região de Sauípe (49,0 ± 7,1) mg/m2.dia.
Já, as taxas de sulfatação foram mais altas em Pontal do Sul (38,3 ± 2,4) mg/
m2.dia do que em Sauípe (24,5 ± 4,9) mg/m2.dia, nos meses analisados. Ambas puderam ser classificadas como ambiente marítimo, no período de exposição [8].
2009 | 2010
115
Materiais
Alumínio
Aço carbono
Aço galvanizado
Cobre
Taxa de corrosão em
Pontal do Sul, no
período de 28/08/2009
a 29/11/2009, em µm/
ano
1,88
356,88
8,42
16,61
Taxa de corrosão em
Sauípe, no período
de 02/10/2009 a
01/02/2010, em µm/
ano
2,14
102,40
7,10
19,91
TABELA 1 - TAXAS DE CORROSÃO DAS PLACAS METÁLICAS EXPOSTAS
NAS REGIÕES DE PONTAL DO SUL, PR, E DE SAUÍPE, BA, CALCULADAS EM
MILÍMETROS POR ANO.
Os potenciais de corrosão dos corpos de prova de concreto armado tiveram médias maiores na Bahia do que no Paraná. Porém, como o
método é qualititativo, é preciso um tempo maior de exposição para que se
obtenham resultados acerca do melhor aditivo nas duas diferentes regiões.
Em ambas as estações, os potenciais apontam para um estado passivo de
corrosão.
CONCLUSÕES
O aço carbono apresentou a maior taxa de corrosão entre os metais. Em Pontal do Sul, a corrosão foi mais alta que de Sauípe. O fato de o verão na região sul ser chuvoso e no nordeste ser seco pode, também, explicar
a o resultado obtido, junto com os dados de umidade. Ressalta-se que a ECA
de Sauípe se encontra circundada por mata cerrada.
A proximidade com o mar indica que a maior parte da corrosão
esteja relacionada com a ação dos cloretos. Apesar de Pontal do Sul apresentar uma taxa, em média, menor de cloreto nos meses amostrados, a taxa de
corrosão foi maior para a maior parte dos metais. No verão em Pontal do Sul
as temperaturas são próximas as da Bahia, com maior umidade relativa. A
maior diferença regional se dá no inverno, fato que deverá ser comprovado
pela sazonalidade.
O concreto armado deve ficar exposto por um tempo mínimo de 1
ano para que se possa observar as mudanças para o estado ativo de corrosão
116
e, a partir daí, verificar qual das adições empregadas na mistura será a mais
resistente para Pontal do Sul e Sauípe.
AGRADECIMENTOS
Bolsas de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação, e ao LACTEC, pelo apoio financeiro, acadêmico e de infraestrutura para a elaboração
deste projeto de pesquisa e desenvolvimento. Ao Grupo de Física Marinha do
Centro de Estudos do Mar, pela disponibilização dos dados meteorológicos.
REFERÊNCIAS
[1] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Corrosão atmosférica
– classificação de corrosividade de atmosferas. ABNT NBR 14643. Rio de Janeiro, 2001.
[2] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Materiais metálicos nâo
revestidos – ensaio não acelerado de corrosão atmosférica. ABNT NBR 6209.
Rio de Janeiro, 1986.
[3] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Determinação de cloretos na atmosfera pelo método da vela úmida. ABNT NBR 6211. Rio de Janeiro,
2001.
[4] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Sulfatação total na atmosfera – determinação da taxa pelo método da vela de dióxido de chumbo.
ABNT NBR 6921. Rio de Janeiro, 1981.
[5] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Preparo, limpeza e avaliação da taxa de corrosão de corpos de prova em ensaios de corrosão atmosférica. NBR 6210. Rio de Janeiro, 1982.
[6] AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. Preparing, Cleaning,
and Evaluating Corrosion Test Specimens. ASTM G 1-901990.
[7] INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION. Corrosion of
metal and alloys, classification of corrosivity of atmospheres. ISO 9223. Genebra, 1992.
[8] KENNY, E. D.; CRUZ, O. M. et al. Desenvolvimento para metodologia para
monitoramento do grau de poluição nos alimentadores de 13,8 kV e 69 kV da
2009 | 2010
117
ilha de São Luís. Curitiba. Technical Report, LACTEC, 2004.
[9] PORTELLA, K. F.; PIAZZA, F.; INONE, P. C et al. Efeitos da poluição atmosférica (litorânea e industrial) em isoladores da rede elétrica da região metropolitana de Salvador. Quim. Nova, Vol. 31, no 2, 340-348, 2008.
[10] PORTELLA, K. F.; PIAZZA, F.; INONE, P. C. et al. Mapeamento ambiental
para a determinação do grau de corrosividade e de degradação de materiais
das redes aéreas de distribuição de energia elétrica com soluções corretivas.
Projeto COELBA-LACTEC, 2008.
[11] SICA, C. Y. Mapeamento da corrosividade atmosférica de São Luiz – MA e
a correlação das variáveis ambientais que influenciaram na degradação dos
materiais metálicos. Dissertação (Mestrado). Universidade Federal do Paraná. Curitiba 2006.
118
COMPORTAMENTO DA
RESISTÊNCIA ELÉTRICA
SUPERFICIAL E
VOLUMÉTRICA DE
AMOSTRAS DE BORRACHA
NATURAL RETIRADAS DE
LENÇÓL ISOLANTE
EXPOSTAS A ALTAS
CONCENTRAÇÕES DE
OZÔNIO
CNPq - 126275/2009-2
Autor: Henry Meinelecki Bueno Barbosa
Departamento: DPEE
Orientador: Edemir Luiz Kowalski
Área de conhecimento: 3.00.00.00-9: Engenharias; 3.04.00.00-7: Engenharia Elétrica;
3.04.01.04-6: Materiais Dielétricos
Palavras-chave: Degradação de Materiais – Efeitos do ozônio sobre o
ser humano e materiais – Arranjos para ensaios em ferramentas de linha viva
2009 | 2010
119
120
INTRODUÇÃO
Durante a realização dos ensaios elétricos periódicos em equipamentos de linha viva devido aos altos valores de tensão aplicados e geometria dos eletrodos usados nestes ensaios, descargas elétricas ocorrem e é gerado ozônio, que pode acelerar o processo de degradação do material, além
de ser prejudicial para a saúde do eletricista que realiza o ensaio. O presente
trabalho tem por finalidade apresentar os resultados obtidos com a medida da resistência elétrica superficial e volumétrica em amostras de borracha
natural retiradas de lençol isolante comercial, expostas ao ozônio em níveis
iguais aos gerados durante os ensaios periódicos.
OBJETIVOS
Avaliar a degradação causada pelo ozônio em borracha natural
por meio da técnica de medida de resistência superficial e volumétrica.
METODOLOGIA
O nível de ozônio gerado durante os ensaios de lençol isolante foram obtidos em ensaios elétricos como aqueles determinados pelas normas
técnicas. O equipamento utilizado foi o analisador de nível de ozônio, modelo APOA-360 da marca Horiba sendo usado o valor médio medido no tempo
de 1 minuto, correspondente ao tempo de ensaio. O valor obtido foi de 32,33
ppm.
O envelhecimento das amostras submetidas à contração de O3 de
30±2 ppm foi realizado sem esforço mecânico e com esforço mecânico. Para
se simular o esforço mecânico as amostras foram curvadas mantendo as extremidades opostas unidas. Nos ensaios elétricos as amostras tiveram suas
2009 | 2010
121
propriedades elétricas medidas inicialmente sem envelhecimento. A seguir
as mesmas amostras foram levadas para o envelhecimento por 30 minutos,
quando novamente tiveram as propriedades elétricas medidas e assim sucessivamente. As medidas de resistência elétrica foram realizadas utilizando-se eletrômetro marca Keithley modelo 617 juntamente com a célula para
medida de resistividade que acompanha o equipamento sob vácuo da ordem de 1/5 de atmosfera, a uma temperatura ambiente de 22 ºC sob uma
tensão aplicada de 500 V CC. Foram realizadas 3 medidas de corrente elétrica
superficial e 2 medidas de corrente elétrica volumétrica durante 360 segundos. A partir dos dados experimentais obteve-se o valor da resistência elétrica superficial e volumétrica por meio da lei de Ohm e as curvas ajustadas ao
modelo logístico por meio do software estatístico ORIGIN®, donde se obteve
o parâmetro resistência elétrica superficial e volumétrica para o tempo tendendo a infinito.
RESULTADOS
Os resultados das resistências elétricas em função do tempo de
envelhecimento e forma de envelhecimento são apresentados na Figura 1.
FIGURA 1 – À ESQUERDA O GRÁFICO DA RESISTÊNCIA SUPERFICIAL E A DIREITA
O GRÁFICO DA RESISTÊNCIA VOLUMÉTRICA PARA ELASTÔMERO RETIRADO DE
LENÇOL ISOLANTE.
Observa-se no gráfico da Figura 1, que para as amostras de lençol isolante na situação sem esforço mecânico há uma tendência à redução
da resistência elétrica superficial e volumétrica com o tempo de exposição,
122
mesma tendência apresentada pelas amostras envelhecidas sob esforço mecânico. Neste mesmo gráfico é interessante observar que há uma tendência
a uma maior queda na resistência elétrica para as amostras envelhecidas sem
esforço mecânico, se comparadas às amostras envelhecidas com o esforço
mecânico. A tendência à redução da resistência elétrica superficial e volumétrica pode ocorrer em função da quebra de ligações das cadeias, provocando
um aumento do volume livre do material e conseqüente redução da viscosidade do mesmo. Isto provoca um aumento na mobilidade dos portadores
de carga elevando assim a condução do material. Novos grupos polares são
formados em função da atuação dos agentes antioxidantes presentes nas
amostras, bem como grupos polares formados no processo de oxidação das
cadeias poliméricas. A presença destes novos grupos polares aumenta a mobilidade dos portadores no material, aumentando assim a condutividade elétrica superficial e volumétrica reduzindo, portanto os valores de resistência
elétrica. Com relação à diferença dos comportamentos das amostras envelhecidas com e sem esforço mecânico, onde se observa que as amostras envelhecidas sob esforço mecânico apresentam uma menor redução na resistência elétrica superficial e volumétrica, observa-se nas imagens ópticas das
amostras que aquelas envelhecidas sob esforço mecânico apresentaram um
processo de fedilhamento muito mais acentuado, se comparadas às imagens
das amostras que foram envelhecidas sem esforço mecânico como pode ser
visto na Figura 2.
a)
b)
c)
d)
2009 | 2010
123
FIGURA 2 – IMAGENS OBTIDAS POR MICROSCÓPIO DIGITAL DAS AMOSTRAS
DE LENÇOL ISOLANTE EXPOSTAS SOB DEFORMAÇÃO À AÇÃO DO OZÔNIO EM
(A) NOVA, (B) 120 MINUTOS. EM (C) A AMOSTRA NOVA E EM (D) 120 MINUTOS EM
OZÔNIO SEM ESFORÇO MECÂNICO. A AMPLIAÇÃO É DE 50X. EM CADA IMAGEM A
PRIMEIRA REFERE-SE À SUPERFÍCIE E A SEGUNDA À LATERAL DAS AMOSTRAS.
Com relação à resistência elétrica superficial, o processo de fedilhamento cria pequenos gaps de ar entre as diversas regiões superficiais da
amostra. Estes gaps podem estar se comportando como barreiras a serem
superadas pelos portadores de carga, reduzindo assim o processo de condução superficial, justificando uma menor queda relativa da grandeza. Com
relação à resistência elétrica volumétrica, como o fedilhamento é um processo inicialmente superficial que adentra ao volume do material pode-se supor
que ocorre um rompimento dos canais de condução no volume da amostra,
aumentando assim o caminho médio a ser percorrido pelos portadores de
carga, reduzindo a condutividade elétrica e aumentando assim a resistência
elétrica.
CONCLUSÃO
Os resultados obtidos por meio do estudo da resistência elétrica
superficial e volumétrica das amostras de borracha natural retiradas de lençóis isolantes e envelhecidas em ozônio com e sem esforço mecânico, mostraram que a borracha natural é susceptível ao ataque do ozônio principalmente na situação com esforço mecânico, havendo portanto necessidade de
estudos para se reduzir a geração de ozônio durante a realização dos ensaios
elétricos periódicos nas ferramentas que utilizam este material como isolante elétrico. Com relação ao aumento da resistividade superficial e volumétrica para a situação de envelhecimento com esforço mecânico se comparada
à situação sem esforço mecânico é proposto um modelo no qual o aumento
da grandeza é devido ao surgimento de gaps de ar oriundos do processo
de fedilhamento, onde este gaps passam a se comportar como barreiras aos
portadores de carga, bem como aumentam o caminho médio a ser percorrido pelos portadores de carga elétrica.
124
AGRADECIMENTOS
Bolsas de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação, a UTFPR,
Universidade Tecnológica Federal do Paraná, ao grupo de pesquisa supervisionado pelo pesquisador Edemir Luiz Kowalski – LACTEC e a COPEL, pelo
apoio financeiro, acadêmico e de infra-estrutura para a elaboração deste projeto de pesquisa e desenvolvimento.
REFERÊNCIAS
IEC 61111. Matting of Insulating Material, 2002.
T. Mizutani et ali. The effects of oxidation on the electrical conduction of
polyethylene. J. Appl. Phys.; V. 13; p. 1673, 1980.
C. Banmongkol et ali. Effects of Oxidation in Electrical Conduction and Breackdown of LDPE filmas with differentes Densities. IEEE Conference on Electrical Insulatiion and Dielectrics Phenomena, pp.19, 1997, Menphis, EUA.
Tatsuo Mori. Effects of Oxidation on Electrical Conduction and Breakdown of
Low-Density Polyethylene Films with Different Densities. Jpn. J. Appl. Phys.;
V.37; pp. 872, 1998.
MACIAS, A. Ciencia Y Tecnologia de Los Materiales Plásticos: Elastomeros para
Usos Generales. Ed: Revista de Plásticos Modernos. Vol. 02. ca 2000.
2009 | 2010
125
126
CARACTERIZAÇÃO DE
ELETRÓLITOS SÓLIDOS
A BASE DE CÉRIA
OBTIDOS POR REAÇÃO
DE COMBUSTÃO
CNPq - 108668/2009-6
Autor: Jéssica da Rosa Silva
Departamento: DPTM
Área de conhecimento: 1.06.03.02-6: Eletroquímica; 3.03.05.02-0: Cerâmicos
Palavras-chave: Eletrp-ólito sólido, Célula a Combustível ,
céria gadolínia co-dopada com lantânia
2009 | 2010
127
128
RESUMO
A céria dopada é um dos eletrólitos sólidos mais promissores para
aplicação em células a combustível de óxido sólido devido a alta condutividade iônica. O método tradicional de síntese exige temperaturas de sinterização acima de 1600 ºC permitindo a perda da céria devido a alta mobilidade
dos íons Ce4+ a estas temperaturas. A síntese por combustão produz pós
mais homogêneos, com menor impureza a alta área superficial, permitindo
uma cerâmica sinterizada a temperaturas inferiores a 1600 ºC. Neste trabalho
foram produzidos pós a base de céria pelo método de combustão e a sinterização de cerâmicas dopadas com diferentes concentrações de lantânia. A
lântânia, além de contribuir para uma melhor densificação também resultou
ser um ótimo dopando para reduzir a resistência de polarização da interface
eletrólito/eletrodo.
INTRODUÇÃO
As células a combustível de óxido sólido tradicional utilizam zircônia estabilizada com ítria – YSZ - como eletrólito sólido e operam a 1000 ºC.
Reduzir a temperatura de operação é uma necessidade para reduzir custos
e problemas de compatibilidade de materiais(1). A céria dopada apresenta
condutividade maior do que a tradicional YSZ a temperaturas intermediárias
de operação 500 ºC – 700 ºC. Dentre os vários dopantes, a gadolínea (Gd2O3)
contribui para valores elevados de condutividade, formando uma solução
sólida e introduzindo vacâncias na sub-rede aniônica para compensar os defeitos de carga. A reação de defeito pode ser escrita como(2):
Gd2O3 → 2 Gd` + 30X +V
Ce
0
``
0
2009 | 2010
129
As vacâncias de íons oxigênio são as responsáveis pela condução
iônica observada na céria dopada. Entretanto, a condutividade não é o único
requisito necessário para um bom eletrólito sólido. Outros como alta densidade e baixa resistência de polarização também devem ser considerados. A
contribuição deste trabalho foi fazer a síntese por combustão de pós cerâmicos a base de céria de fórmula geral Ce0,8Gd0,20-xLaxO1,9, com x igual a 0,00;
0,05; 0,10; 0,15 e 0,20 e obter uma cerâmica sinterizada abaixo de 1600 ºC
com alta densificação e menor resistência de polarização na interface eletrólito/eletrodo.
METODOLOGIA
Usando o método de síntese por combustão, buscou-se obter o
composto Ce0,8Gd0,20-xLaxO1,9, utilizando glicina como combustível. Inicialmente os nitratos de cério, gadolínio e lantânio foram dissolvidos em água
deionizada junto com uma quantidade estequiométrica de glicina na razão
molar glicina/nitrato igual a 0,53. A solução foi mantida agitação constante
em temperatura de ~ 80°C; a solução foi perdendo a água até a formação de
um gel transparente. Na sequência, a temperatura foi elevada, até ocorrer à
ignição espontânea da reação, ~ 270 ºC. O pó resultante foi calcinado a 700
°C por 2 horas para eliminação de resíduos de carbono. Para obtenção de
amostras sinterizadas o composto foi compactado em geometria cilíndrica
em uma prensa uniaxial a uma pressão de 98 MPa. As pastilhas resultantes
foram calcinadas nas temperaturas de 1450 °C por 5 horas. A resistência das
pastilhas sinterizadas foi determinada pela técnica de espectroscopia de impedância eletroquímica, EIE, numa célula de configuração simétrica Pt | Céria
Dopada | Pt. As medidas de EIE foram realizadas sobre uma faixa de freqüência entre 1 MHz e 40 Hz e sobre uma faixa de temperatura entre 400 oC e 700
oC ao ar. Para a realização das medidas de condutividade, as amostras foram
recobertas em ambas as faces com platina porosa, por meio de pintura a mão
com pasta de platina e, para garantir maior aderência da pasta de platina, a
amostra foi calcinada a 1000 ºC por uma hora.
130
RESULTADO
Na Figura 1 está apresenta uma micrografia da superfície da amostra sintetizada a 1450 ºC/5h, na composição Ce0,8Gd0,10La0,10O1,9. Pela análise
da micrografia pode-se concluir que o a cerâmica apresenta uma boa sinterização, devido a presença grãos e contorno de grãos e a ausência de poros
significativos.
FIGURA 1 - MICROGRAFIA DO COMPOSTO CE0,8GD0,10LA0,10O1,9 SINTERIZADO A
1459°C/5H.
Na figura 2 estão apresentados os difratogramas de raios-x (DRX)
das amostras de céria duplamente dopada com gadolínia e lantânia. A partir
dos resultados de DRX conclui-se que os compostos de céria estudados são
de fase única com estrutura cúbica do tipo fluorita(3). Observa-se que a adição de lantânia promove uma leve distorção na rede da céria, evidenciada
pelo pequeno deslocamento dos ângulos 2 de difração para valores menores do que os da céria-gadolínia, apresentado em detalhe na figura 2 à direita. De fato, o íon lantânio possui um raio iônico maior do que o íon gadolíneo
e o resultado é uma aumento no parâmetro de rede da estrutura da céria.
2009 | 2010
131
FIGURA 2 - DIFRATOGRAMAS DE RAIOS-X DAS AMOSTRAS DE CÉRIA DOPADA
SINTERIZADAS A 1450 °C/5H. NA FIGURA A DIREITA ESTÁ APRESENTADA UMA
AMPLIAÇÃO DA REGIÃO DA REFLEXÃO (111).
Na Figura 3 estão apresentados os resultados de espectroscopia
Raman, das amostras sinterizadas a 1450 °C. Pode-se evidenciar o aparecimento de um pico em ~ 463 cm-1 referente ao modo vibracional F2g típico
de estruturas do tipo fluorita e, dois picos menores em ~ 555 cm-1 e ~ 604
cm-1, os quais são atribuídos as vacâncias de oxigênio (4). Observou-se também que o aumento da concentração de lantânia conduz a um deslocamento do pico F2g para valores menores de freqüências, devido a expansão da
rede cristalina. Esses dados são corroborados com os dados de difração de
raios-X apresentados acima.
FIGURA 3 - ESPECTRO RAMAN DA CÉRIA DOPADA SINTERIZADA A 1450 °C/5H.
132
Na Figura 4 estão apresentados os resultados das medidas de espectroscopia de impedância eletroquímica para as diferentes composições
estudadas. Quanto maior o conteúdo de lantânia, para a faixa de concentração estudada, menor é a resistência de polarização.
FIGURA 2 - GRÁFICO DE IMPEDÂNCIA DO COMPOSTO CE0,8GD0,2-X LAX O1,9
A condutividade elétrica do eletrólito foi determinada a partir
dos dados de resistência, obtida do gráfico da Figura 12, e das dimensões da
amostra pela seguinte expressão:
σ=
1
Rb
l
S
onde “l” é a espessura da amostra e “S” a área da seção transversal
da amostra, isto é, a condutividade foi calculada utilizando as dimensões macroscópicas da amostra (espessura/área). Observa-se pela Tabela 1 que quanto maior a temperatura maior a condutividade, devido a maior mobilidade
dos íons na rede da céria. A lantânia não contribui para melhorar a condutividade da céria dopada.
2009 | 2010
133
TABELA 1 - VALORES DE CONDUTIVIDADE DA CÉRIA DOPADA SINTERIZADA A
1450 ºC POR
CONCLUSÃO
A amostras de céria duplamente dopada apresentaram uma estrutura de fase única e do tipo fluorita. Através de medidas de espectroscopia de
impedância eletroquímica foi possível determinar a condutividade da céria
dopada. A inserção de lantânia embora não tenha contribuído para aumentar a condutividade, contribuiu para reduzir a resistência de polarização.
AGRADECIMENTOS
• Ao PIBITI/CNPq, Programa Institucional de Bolsas de Iniciação em
Desenvolvimento Tecnológico e Inovação.
• Ao LACTEC, pelo apoio financeiro, acadêmico e de infra-estrutura
REFERÊNCIAS
1 – Stambouli, A.B.; Traversa,E.; Ren. and Sust. En. Rev. v 6, p 433, 2002.
2 - Mahataa, M., Dasb, G., Mishrac, R.K., Sharmaa, B.P. J. Alloy Compounds, v.
391, p.129, 2005.
3 - Guan, X., Zhou, H. Wang, Y., Zhang, Journal of Alloys and Compounds, doi
10.1016/j.jallcom.v. 09, p.116, 2007.
4 - McBride, J.R.; Hass, K.C.; Poindexter, B.D.; Weber, W.H.; Journal of Applied
Physics, v 76, p 2435-2441, 1994.
134
ESTUDO DE
DEFORMAÇÕES EM
ESTRUTURAS DE
CONCRETO COM
FIBRAS ÓTICAS
CNPq - 107542/2009-9
Autor: Juliana Janowski Zandoná
Departamento: DPEC
Orientador: Luiz Alkimin de Lacerda
Área de conhecimento: 3.01.00.00-3: Engenharia Civil
Palavras-chave: Fibras óticas, redes de Bragg, deformações
2009 | 2010
135
136
RESUMO ESTENDIDO
A instrumentação e o monitoramento de estruturas de concreto
são fundamentais para que se possa garantir a segurança da estrutura e dos
seus usuários, assim como otimizar o uso e a manutenção dessas estruturas.
(KRONENBERG, 1997)
A instrumentação de estruturas pode ser feita de diversas formas,
desde os métodos tradicionais como o sistema de corda vibrante e o elétrico
a sistemas de instrumentação por fibra ótica, que é o foco deste estudo.
Já existem disponíveis no mercado diversas tecnologias de sensores de fibra ótica para monitoramentos diversos, baseados em redes de
Bragg, sensores distribuídos Raman e Brillouin, sensores Fabry Perot, entre
outros. Este estudo foi realizado com sensores de Bragg.
Segundo SLOWIK et al. (1998), a primeira experiência com redes
de Bragg foi a aplicação de uma série de linhas eqüidistantes com índices
de refração diferentes em relação ao núcleo de uma fibra ótica monomodo.
A propagação da luz emitida por um laser é refletida pelas interfaces entre
regiões com diferentes índices de reflexão.
Segundo KATO (2004), o fato da rede de Bragg ser sensível à temperatura e ao estresse mecânico, compressão e extensão, muitas grandezas
físicas podem ser obtidas com estas redes, tais como pressão, temperatura,
deformação, fluxo, vibração, aceleração e alguns efeitos químicos.
O principal objetivo deste trabalho é ganhar conhecimento sobre
as tecnologias de medição de deformações através de fibras óticas e avaliar
o desempenho de sensores de deformação para embutir em argamassas e
concreto.
O estudo envolveu a realização de um teste em laboratório para
medição de deformação de uma peça composta por argamassa utilizando-se
sensores de embutir no concreto com redes de Bragg, tendo como objetivo
avaliar o desempenho deste sensor.
Os resultados obtidos no ensaio indicaram que o sensor empreLivro de Resumos Estendidos
2009 | 2010
137
gado se mostrou eficaz quando a peça estava submetida a tensões puras de
tração e/ou compressão, como observado no caso da retração resultante da
cura de argamassa. Porém, quando a peça foi submetida a tensões de flexão
o sensor não forneceu resultados como esperados. Isso aconteceu, pois a dimensão do sensor era comparável à espessura da peça ensaiada. Isto gerou
dificuldades uma vez que deformações de tração e compressão estavam presentes em um pequeno espaço próximo à Linha Neutra (LN) da peça. O tipo
de sensor empregado é apropriado para monitoramento de estruturas de
maior porte como.
A coleta dos dados dos sensores instalados na peça estudada foi
feita com a utilização do “FS 4100 Portable Braggmeter”. As leituras foram
realizadas com a argamassa no estado fresco, no estado endurecido e com a
peça biapoiada. A avaliação da deformação da peça foi feita com a diferença
entre estas leituras. Segue abaixo os valores obtidos no estudo.
Leitura dos Sensores (nm)
Data da
Leitura
23/12/09
Retração
da Argamassa
12/1/10
Peça bi
apoiada
15/1/10
Sensor 1 Sensor 2 Sensor 3 Sensor 4 Sensor 5
Leitura
Sensor
(nm)
Diferença entre
Leituras
(nm)
Leitura
Sensor
Diferença entre
Leituras
(nm)
Leitura
Sensor
1535,181
1541,681
1529,054
1554,146
1560,466
0,334
0,327
0,26
0,325
0
1534,847
1541,354
1528,794
1553,821
1560,466
6,1310
6,5810
-12,4670
0,1130
0,0080
1528,716
1534,7730
1541,261
1553,708
1560,458
Os sensores FS6200 1, 2, 3 e 4 medem deformação e o sensor 5,
temperatura. Observa-se que a diferença de temperatura entre os dias das
leituras foi mínima.
138
Os resultados obtidos em micro deformações são:
Leitura dos Sensores (nm)
Data da
Leitura
23/12/09
Retração
da Argamassa
13/1/10
Peça bi
apoiada
15/1/10
Sensor 1 Sensor 2 Sensor 3 Sensor 4 Sensor 5
Leitura
Sensor
(nm)
Diferença entre
Leituras
(μm)
Leitura
Sensor
Diferença entre
Leituras
(μm)
Leitura
Sensor
1535,181
1541,681
1529,054
1554,146
1554,146
278,333
272,500
216,667
0,325
270,833
1534,847
1541,354
1528,794
1553,821
1553,821
5109,167
6,5810
-10389,167
0,1130
94,167
1528,7160
1534,7730
1541,261
1553,708
1553,708
Observa-se que a deformação entre as duas primeiras leituras, devido à retração da argamassa, mostrou coerência entre si. Os valores obtidos
estão dentro da faixa de deformação esperada. No estudo de BASTOS et al.
(2001), a retração da argamassa variou de 200 a 800 micro deformações, dependendo do tipo da argamassa utilizada.
Já os valores obtidos quando a peça foi biapoiada, sofrendo um
esforço de flexão, não foram registrados como esperado. Estes resultados se
apresentaram fora da faixa de operação do sensor, que é de + ou – 2000 micro deformações (με), sendo os valores obtidos pelos sensores 1 e 2 na faixa
de 5.000 με, o valor registrado pelo sensor 3 ainda maior e pelo sensor 4 um
valor que não se pode confiar pois este sensor não se mostrou adequado
para medição da flexão da peça. O adequado para este ensaio seria o uso de
sensores colados nas fibras superiores e/ou inferiores da peça.
O objetivo proposto neste estudo era entender o funcionamento
dos sensores de fibra ótica, e entende-se que este objetivo foi atingido através de dois tipos de ensaio.
2009 | 2010
139
AGRADECIMENTOS
Bolsas de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação, a UFPR e ao
REFERÊNCIAS
KATO, CARLA C. Sistema de interrogação de múltiplos sensores a rede de
Bragg utilizando reflectometria no domínio do tempo e filtros fixos. Rio de
Janeiro, 2004 Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica). PUC - Rio
KRONENBERG, P.; CASANOVA, N.; INAUDI, D.; VURPILLOT, S. Dam monitoring
with fiber optics deformation sensors. In: Spie conference on smart structures and materials, 1997, San Diego, USA.
SLOWIK, V.; SCHLATTNER, E.; KLINK, T. Fiber Bragg gratting sensor in concrete technology. Leipzig, Hochschule fur technik wirtschaft und kultur leipzig,
1998.
BASTOS et al. Retração e Desenvolvimento de Propriedades Mecânicas em
Argamassas de Revestimento. ANTAC (Associação Nacional de Tecnologia do
Ambiente Construído). Porto Alegre, 2001.
140
PATOLOGIAS EM
ESTRUTURAS DE
CONCRETO/ ATAQUE POR
PERCOLAÇÃO DE ÁGUA EM
ESTRUTURA TIPO CCR:
ESTUDO DE CASO NA
USINA SANTA CLARA COM
EXTENSÃO PARA
JORDÃO E CAXIAS
CNPq - 107128/2009-8
Autor: Larissa Mildemberger
Departamento: DPTM
Orientador: Kleber Franke Portella
Área de conhecimento: 1.06.03.00-0: Fisico-química; 1.07.01.02-8: Petrologia;
3.01.01.01-8: Materiais e Componentes de Construção;
3.01.02.01-4: Estruturas de Concreto
Palavras-chave: concreto compactado com rolo; barragem do usina hidrelétrica;
percolação de água; perda de massa iônica
2009 | 2010
141
142
RESUMO ESTENDIDO
As Usinas Hidroelétricas (UHE’s) Santa Clara e Governador José Richa, ou Salto Caxias, são de suma importância para o abastecimento energético das regiões onde estão instaladas, atendendo a 600 mil habitantes a
primeira, juntamente com a UHE Fundão e a 4 milhões, a segunda.
A UHE Santa Clara localiza-se entre as cidades paranaenses de
Candói e Pinhão, sendo, em conjunto com a UHE Fundão, formadora do
Complexo Energético Rio Jordão. Com um corpo de barragem de 67 m de
altura máxima e potência de 120 MW, a usina foi inaugurada em 2005. A UHE
Governador José Richa ou Salto Caxias começou a operar em 1999, na cidade
de Capitão Leônidas Marques – PR, no Rio Iguaçu. A potência total da usina
é de 1240 MW. A barragem tem altura máxima de 67 m e é do tipo gravidade
em Concreto Compactado a Rolo (CCR). As áreas de contato com a água são
revestidas com concreto convencional (CCV). Assim como a UHE Governador José Richa, a UHE Santa Clara tem sua barragem do tipo gravidade em
Concreto Compactado a Rolo (CCR). A utilização de CCR na construção de
barragens além de ser economicamente vantajosa, ainda faz com que o tempo de construção diminua significativamente. O CCR é um tipo de concreto
com consistência e trabalhabilidade que permite a compactação com rolos
compressores.
Os corpos de barragens estão em contato constante com a água
do reservatório, essa água pode conter agentes agressivos ao concreto, como,
por exemplo, defensivos agrícolas utilizados na região ou até mesmo, resíduos industriais. Mesmo a água que não está contaminada com esses agentes
causa a degradação da estrutura de concreto, ela leva consigo íons de maior
mobilidade presentes no concreto e nas rochas que estruturam a barragem.
Estudar o efeito da percolação de água em corpos de barragem
do tipo gravidade em CCR e relacionar a perda mássica anual da estrutura
da barragem com a percolação de água, a fim de quantificar a contribuição
da rocha e do CCR, componentes da estrutura, nessa perda são os principais
2009 | 2010
143
objetivos deste trabalho.
O método de ensaio iniciou-se com a coleta de dois testemunhos
de cada barragem, uma amostra de CCR e uma de rocha basáltica, identificadas como CCL e RCL para as amostras retiradas da UHE Santa Clara e RCX e
CCX, coletadas na UHE Salto Caxias. A amostra RCX foi enviada para o Laboratório de Análise de Minerais e Rochas – Lamir a fim de determinar sua composição química, os resultados obtidos indicam que se trata de uma rocha
ígnea, classificada como micro-gabro.
Em seguida, as amostras foram pesadas e colocadas em béqueres
separados, cada um com 1 litro de água, aproximadamente. Por certo período de tempo, a condutividade dessas soluções foram medidas, até que os
valores se tornassem constantes. Ao final do experimento, as amostras foram
secas e pesadas novamente. Os resultados da perda mássica e das condutividades medidas estão na Tabela 01 e na Figura 01, respectivamente.
Massas /gRCXCCL
Inicial
474,69
539,36
Final
472,79
529,41
Perda 1,90
9,95
TABELA 1 - MASSAS DAS AMOSTRAS UTILIZADAS NO ENSAIO DE CONDUTIVIDADE
IÔNICA.
144
FIGURA 1 - DADOS DE CONDUTIVIDADE PARA AS AMOSTRAS RCX E CCL (A 25 ºC)
Foi possível estabelecer comparações entre os resultados obtidos
para as duas amostras: i) o CCL contém maior quantidade de íons solúveis do
que a amostra de RCX; e, ii) no processo de percolação pode-se atribuir que
os agregados possuem pouca contribuição em massa para a perda iônica,
medida na barragem.
Pela técnica HPIC (Tabela 02) pode-se verificar que a amostra CCL
estava contaminada com cloretos e com uma alta concentração de sulfatos.
Os cloretos podem ser provenientes de aditivos ou agregados, incorporados
ao cimento Portland durante a mistura. Os sulfatos são muito agressivos ao
concreto, acredita-se que na amostra em estudo, os íons SO42- tenham vindo
de adições no cimento.
Ânions/
mg.L-1
Fluoretos
Fosfatos
Sulfatos
RCX (Branco)
< 0,1
< 0,5
< 0,1
Amostras
RCX
< 0,1
< 0,5
0,7
CCL (Branco)
CCL
< 0,1
< 0,1
< 0,1
0,3
< 0,5
267
2009 | 2010
145
Cloretos
Brometos
< 0,1
< 0,1
0,7
< 0,1
< 0,1
< 0,1
0,3
< 0,1
TABELA 2 - RESULTADOS OBTIDOS NA HPIC DAS ÁGUAS (ENSAIO:
CONDUTIVIDADE IÔNICA EM SOLUÇÃO).
O ensaio de percolação de água foi feito com o auxílio do equipamento ASE200 Accelerated Solvent Extractor, a pressão de 500 psi e 20 ºC. A
água coletada foi enviada para análise de HPIC e AA.
Amostra
Íons /mg.
L-1
Branco
RCX1
RCX2
CCX1
CCX2
RCL1
RCL2
CCL1
CCL2
Cloreto
4,5
0,2
2,8
3,4
3,0
1,5
0,7
4,2
1,8
Fluoreto
0,6
0,1
0,3
1,2
0,1
0,1
0,1
0,1
<0,1
Nitrato
<0,1
<0,1
2,6
0,7
0,7
2,4
1,0
0,8
<0,1
Nitrito
<0,1
<0,1
<0,1
0,2
0,1
<0,1
<0,1
<0,1
<0,1
Fosfato
<0,5
<0,5
<0,5
<0,5
<0,5
<0,5
<0,5
<0,5
<0,5
Sulfato
1,6
0,5
3,2
16,0
22,0
1,8
1,0
52,0
12,0
Cálcio
0,7
1,0
3,0
11,0
33,7
2,6
0,8
16,5
5,9
Magnésio
0,1
<0,1
<1,2
0,7
1,3
<0,1
<0,1
0,6
0,3
Sódio
7,75
3,85
<2,5
14,6
21,9
6,95
5,50
12,6
9,5
Potássio
7,15
15,5
31,2
3,60
4,6
12,4
21,3
7,0
6,35
Silício
<0,1
<0,1
<2,5
2,6
4,1
<0,1
<0,1
<0,1
<0,1
Alumínio
<0,1
<0,1
<2,5
<0,1
<0,1
<0,1
<0,1
<0,1
<0,1
Ferro
<0,05
<0,05
<1,2
0,15
0,10
<0,05 <0,05 <0,05 <0,05
TABELA 3 - RESULTADOS DA HPIC E AA (ENSAIO: PERCOLAÇÃO DE ÁGUA).
Os resultados, colocados na Tabela 04, estão incoerentes com o esperado uma vez que a amostra Branco deveria apresentar concentrações menores dos íons Cl-, Na+ e K+, por se tratar de água destilada. Mesmo assim,
as amostras de CCR (CCX e CCL) perderam mais Cl-, SO42-, Na+, K+ e Ca2+
que as demais, cerca de 2%, enquanto que as amostras de rocha tiveram perda menor que 1% em massa. A tentativa de determinar os possíveis contaminantes envolveu uma etapa de repetição do experimento, trocando-se o
frasco que armazena o solvente, concluiu-se que o contaminante era KOH,
utilizado na limpeza dos componentes do equipamento. Entretanto, não se
146
pôde repetir o ensaio por problemas no equipamento ASE200.
Conclui-se, então, que i) o CCR, apesar de ser economicamente
vantajoso na construção de barragens, é mais poroso que o CCV, não sendo
indicado para ficar diretamente em contato com a água do reservatório, o
que causaria o desgaste rápido do corpo de barragem; ii) a perda de massa
observada na UHE Santa Clara e na UHE Salto Caxias tem grande contribuição da perda de massa do CCR ocasionada pela percolação de água, enquanto que a rocha contribui com uma porcentagem insignificante, quando comparada com o CCR.
AGRADECIMENTOS
As autoras agradecem ao PIBITI/CNPq, Programa Institucional de
Bolsas de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação, à COPEL
GER, ao LACTEC, pelo apoio financeiro, acadêmico e de infra-estrutura para
a elaboração deste projeto de pesquisa e desenvolvimento e aos colaboradores diretos e indiretos, sem os quais não seria possível a execução deste
trabalho.
REFERÊNCIAS
SANTI, Maria Raquel de Andrade. “Metodologia para Avaliação da Perda de
Massa em Barragens de Concreto Compactado com Rolo (CCR)”. Dissertação
de Mestrado. Curitiba, 2008.
NEVILLE, A. M. “Propriedades do Concreto”. Tradução Salvador E. Giammusso.
2ª.ed. São Paulo: Pini. 1997.
PETRUCCI, E.G.R. “Concreto de Cimento Portland”. 12ª. Ed. São Paulo: Globo.1993.
MEHTA, P. K.; MONTEIRO, P. J. M. “Concreto – Estrutura, Propriedades e Materiais”. 2ª edição. São Paulo: Pini, 1994.
2009 | 2010
147
148
PROPRIEDADES DE TINTAS
ANTICORROSIVAS
ATRAVÉS DE
FENÔMENOS DE
TRANSPORTE
CNPq - 112395/2009-0
Autor: Maísa Pabis
Departamento: DPTM
Área de conhecimento: 1.00.00.00-3: Ciências exatas e da Terra;
1.06.00.00-0: Química; 1.06.03.02-6: Eletroquímica
Palavras-chave: tintas anticorrosivas, revestimentos orgânicos, transporte em tintas
2009 | 2010
149
150
INTRODUÇÃO
Nos sistemas de geração de eletricidade, que exigem tempos mínimos de duração de várias décadas, alguns dos componentes importantes
tanto para sua vida útil quanto para sua capacidade de potência a ser gerada
são afetados por corrosão. No caso de regiões tropicais e sub-tropicais, onde
o ciclo biológico gera periódicas deposições de material orgânico nas paredes das tubulações e onde as temperaturas existentes facilitam o desenvolvimento de microorganismos geradores de corrosão microbiológica, a aplicação de recobrimentos orgânicos volta-se necessária. A presença de óxidos
sobre os metais indica que os íons agressivos, água e/ou oxigênio atingiram
a superfície do metal e começaram as reações eletroquímicas responsáveis
pela corrosão. Uma forma de proteger estas superfícies afetadas por corrosão é aplicar tintas, especificamente desenhadas para longa vida. Durante a
corrosão se desenvolvem áreas anódicas e catódicas onde ocorrem as reações e os filmes de tinta agem como barreira ôhmica entre essas áreas diminuindo a corrosão. Assim, é necessário conhecer os mecanismos de inibição
por filmes, que diminuem a velocidade de corrosão dos metais por inibição
difusional ou ôhmica. Para isto há, em geral, três linhas de pesquisa [1, 2]:
• medições eletroquímicas: caracterização do desempenho da tinta por medidas de potencial de corrosão e resistência de polarização usando
dc e ac;
• propriedades de membrana dos filmes de tinta: medidas de resistência elétrica, de troca de íons, permeoseletividade e permeabilidade dos
íons através dos filmes;
• barreira difusional e propriedades mecânicas: permeabilidade de
água e oxigênio, entrada de água, influência sobre a adesão, morfologia do
filme de tinta e dureza.
Durante o projeto serão abordados os três aspectos dos filmes de
tintas. Neste trabalho serão apresentados resultados de transporte de água
através da tinta Interzone 954, da International Paints (Akzo Nobel). É uma
2009 | 2010
151
tinta epóxi bicomponente que apresenta elevado desempenho no combate
a corrosão de substratos metálicos expostos a ambientes com condições severas de agentes corrosivos.
OBJETIVOS
Este trabalho tem como objetivo estudar o transporte da água e
íons através do filme de tintas de baixo ou nulo conteúdo de solventes. Assim, pretende-se:
1. caracterizar tintas de uso comercial através de técnicas físico-químicas: espectroscopia IR, fluorescência e difração de raios X, análises térmicas, etc.;
2. estudar o transporte de água e íons em filmes livres e aplicados sobre substratos metálicos de tintas;
3. efetuar medidas eletroquímicas (Ecorr, espectroscopia de impedância eletroquímica) para identificar a chegada dos agentes agressivos
no metal e desenvolver modelos destes filmes.
METODOLOGIA
Para os estudos de transporte de água foram preparados filmes livres de diferentes espessuras da tinta Interzone 954. A obtenção dos filmes oi
realizada da seguinte maneira: após preparada a mistura dos componentes
A e B na proporção 4:1 em volume, a tinta foi aplicada com um extensor em
placas de vidro previamente limpas. Os filmes com espessuras variando entre
10 e 40 mils foram curados a temperatura ambiente e então imersas em água
para que o filme descolasse (1 mil = 0,0254 mm = 25,4 µ m). Porém, mesmo
após 6 meses de imersão não se verificou nenhuma mudança. Portanto, novos filmes foram preparados sobre plásticos utilizados para transparência de
retroprojetor. Após curados os filmes foram descolados apenas com a utilização de um estilete e acondicionados em um dessecador com sílica, com
exceção do filme de 10 mils que foi imerso em água.
As medidas de transporte de água foram realizadas em recipientes de alumínio, conhecidos como copo de Payne. Foram montados sistemas
para diferentes amostras de filmes com espessura (quando úmidos) de 3, 4 e
152
7 mils, como mostra a figura 1. Os filmes foram cortados em forma de discos,
com diâmetro igual ao interno do copo de Payne (36 mm) e foram determinadas as suas espessuras, através da média de diferentes pontos do filme
obtidos com um medidor da marca Sheen, modelo SE 2000 FNP.
Os sistemas foram montados utilizando-se água destilada no interior do copo de Payne, gerando assim uma atividade igual a 1,0 (aw = 1,0).
Cada conjunto foi pesado utilizando-se uma balança com precisão de 0,1 mg.
Os sistemas foram acondicionados em um recipiente de vidro contendo pentóxido de fósforo (P2O5), tomando-se o cuidado de fechá-lo bem, Figura 2. Assim mantém-se a atividade da água no interior do recipiente e na superfície
externa do filme igual a zero.
FIGURA 1 - DADOS DE
CONDUTIVIDADE PARA AS
AMOSTRAS RCX E CCL (A
25 ºC)
FIGURA 2 - COPOS DE PAYNE EM DESSECADOR
COM P2O5 QUE ATUA COMO AGENTE SECANTE.
FOI RENOVADO SEMPRE QUE SUA CAPACIDADE
ESTAVA COMPROMETIDA, VERIFICANDO-SE A
MUDANÇA DE PÓ BRANCO PARA UMA MISTURA
AMARELADA.
2009 | 2010
153
FIGURA 3 - ESQUEMA DA MEDIDA DE TRANSPORTE DE ÁGUA EM COPO DE
PAYNE.
RESULTADOS
As medidas de transporte realizadas com copos de Payne permitem calcular os fluxos para diferentes espessuras. O cálculo do fluxo a partir
das medidas experimentais pode ser realizado representado a variação da
massa do copo de Payne em função do tempo, de acordo com as equações:
∆aw = 1
∆m (mg.cm-2)
0.15
L = 75 µm
L = 100 µm
L = 175 µm
0.10
0.05
Jiexp = 3,97.10-5 mg.h-1.cm-2
Jiexp = 3,01.10-5 mg.h-1.cm-2
Jiexp = 1,78.10-5 mg.h-1.cm-2
0.00
0
500
1000
1500
2000
Tempo (h)
FIGURA 3 - CÁLCULO DO FLUXO ATRAVÉS DE UM FILME PELO MÉTODO DO COPO
DE PAYNE REPRESENTANDO A VARIAÇÃO DA MASSA DO COPO VS. TEMPO.
154
Considerando que o fluxo experimental está dado por
com
Estas equações definem o fluxo de penetração de água e a primeira lei de Fick,
,
e L são o coeficiente de permeação médio, a
diferença das pressões de vapor externas do penetrante e a espessura do
filme respectivamente.
corresponde ao fluxo devido a possíveis buracos
no filme e é independente da espessura do filme.
pode ser
melhor compreendida observando a Figura 3. No caso deste trabalho
≈
0,
, podendo se considerar a atividade em vez da pressão parcial.
Neste caso, como se tem água pura a temperatura e pressão ambientes, aw
= 1.
4.0x10-5
Equation
Adj. R-Square
y = a + b*
0.9997
Value Standard Error
H
Intercept
H
Slope
0
--
0.003
3.00851E-5
-5
Jid
3.0x10
2.0x10-5
∆aw = 1
1.0x10-5
0.0
0.000
0.005
L-1 (µm-1)
0.010
0.015
FIGURA 5 - DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE PERMEAÇÃO COM aW = 1.
CONCLUSÃO
Foi realizada a determinação do coeficiente de permeação de
água através da tinta Interzone 954 com atividade unitária de água utilizando o método do copo de Payne. Este valor é muito pequeno, 1,3.10–8 mg.h–1.
cm–2.mm Hg–1. Este trabalho continua em andamento com medidas de transporte de água com aw = 0,8.
2009 | 2010
155
AGRADECIMENTOS
Bolsas de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação, e ao LACTEC, pelo apoio financeiro, acadêmico e de infra-estrutura para a elaboração
REFERÊNCIAS
[1] H. Corti, R. Fernández Prini. “Protective organic coatings: membrane properties and performance”; Progress in Organic Coatings, 10 (1982) 5 – 33.
[2] P. C. Inone, C. M. Garcia, A. Rúvolo Filho. “Evaluating barrier properties of
organic coatings by water permeation and electrochemical methods”. Journal of Coatings Technology, 75 (939) (2003) 29 – 36.
156
CUSTOMIZAÇÃO DO
APLICATIVO GID PARA
GERAÇÃO DE MALHAS DE
DISCRETIZAÇÃO
PARA PROGRAMAS DE
ANÁLISE NUMÉRICA
COMERCIAIS OU
ELABORADOS IN-HOUSE
CNPq - 107471/2009-4
Autor: Maria Cecília Maia Veiga
Departamento: DPEC
Orientador: Rogério Carrazedo
Área de conhecimento: 3.03.04.05-9: Corrosão
Palavras-chave: Proteção Catódica, Fundações, Método dos Elementos de Contorno
2009 | 2010
157
158
INTRODUÇÃO
Boa parta das fundações tipo grelha de torres de transmissão se
encontra em solos propícios para o processo da corrosão (HOFFMANN E SILVA, 2005). Surge então a necessidade de se investir na prevenção contra a
corrosão, já que falhas nesse sistema podem representar grandes custos econômicos. Uma maneira para contornar este problema é o uso da proteção
catódica, que aumenta a vida útil da estrutura e minimiza os gastos relativos
à manutenção, minimizando a corrosão, mesmo em condições severas de
agressividade.
Com o intuito de facilitar a aplicação de métodos numéricos para
a proteção catódica, o aplicativo GiD, pré e pós-processador numérico, foi
customizado para que se possa modelar estruturas enterradas no espaço.
Deste modo, através de uma análise numérica pelo Método dos Elementos
de Contorno desenvolvida na linguagem de programação FORTRAN, é possível visualizar os resultados de potencial elétrico e densidade de corrente no
modelo, parâmetros essenciais para o bom dimensionamento de um sistema
proteção catódica.
OBJETIVO
Este estudo objetiva a customização do aplicativo GID para geração de malhas para análise do potencial eletroquímico na superfície das
estruturas metálicas enterradas, bem como a elaboração de um manual do
usuário demonstrando o uso das ferramentas desenvolvidas. O processamento numérico é realizado pelo Método dos Elementos de Contorno por
meio de aplicativo desenvolvido na linguagem FORTRAN, ou seja, um aplicativo in-House, com o intuito de aferir um sistema de proteção catódica eficiente contra a corrosão.
2009 | 2010
159
METODOLOGIA
Para a análise da proteção catódica em estruturas metálicas, foi
utilizado um programa em linguagem FORTRAN, desenvolvido in-House,
para análise numérica utilizando o Método dos Elementos de Contorno. O
aplicativo GiD é empregado para realizar a discretização da malha (pré-processamento) utilizada no cálculo. O mesmo programa é utilizado na fase de
pós-processamento, para de determinar o potencial eletroquímico na estrutura ou meio analisado. Para este estudo, que envolveu a customização do
programa GiD, foi utilizada a versão 9.0.4 do GiD e a versão 10.0 do Intel®
Fortran Compiler Integration para Microsoft Visual Studio 2005.
A customização realizada através de uma linguagem de programação específica do programa possibilitou a criação de um problema tipo
para a análise numérica da proteção catódica, denominado “Potential3D”.
Seu objetivo é discretizar uma malha de potencial eletroquímico tridimensional com as condições de contorno e gerar um arquivo específico para análise
com programa em Fortran. Para realizar esta análise, foram implementadas
condições de contorno, tais como: superfícies de potencial elétrico e densidade de corrente, fontes pontuais de corrente elétrica, descontinuidades e
pontos internos para análise de potencial. Também podem ser definidos dois
tipos de materiais: solos e metais; entretanto, suas propriedades podem ser
alteradas e outros materiais podem ser adicionados.
Ainda há a possibilidade de definir alguns parâmetros gerais, dentre eles o tipo de simetria geométrica do problema (incluindo a definição dos
eixos de simetria), o tipo de interpolação (constante, linear ou quadrática) e o
número máximo de interações não lineares ao considerar o problema inverso de busca da curva de polarização.
A interface interativa do GiD permite a criação da geometria do
modelo que será analisado, que, no caso, deve ser tridimensional. Definida
a geometria e adicionadas as condições de contorno, os materiais e os parâmetros gerais, faz-se o processamento do arquivo. Este arquivo é lido por um
processador externo que, após devida análise, gera os arquivos de resultados, elaborados de forma a permitir a visualização gráfica dos dados através
do GiD.
160
RESULTADOS
Uma das aplicações utilizadas para validação do processo de customização do programa é a modelagem numérica do Método de Wenner
para medição da resistividade do solo. Para este método, utilizam-se quatro
hastes metálicas cravadas e alinhadas no solo, sendo injetada uma corrente
elétrica pela primeira e coletada pela última, podendo-se medir a diferença
de potencial entre as hastes centrais. Através dos resultados obtidos, pode-se
determinar a resistividade do solo analiticamente.
Dados de ensaios de campo com o Método de Werner, de diversas
regiões do país, possibilitaram a modelagem de perfis de solos estratificados
em duas camadas, sendo uma finita e a outra infinita, com resistividades diferentes. Após o pré-e processamento dos arquivos, obtém-se as informações
para pós-processamento como a variação do potencial elétrico na superfície
dos modelos, como mostra a Figura 1.
FIGURA 1 - EXEMPLO DE RESULTADO PARA POTENCIAL ELÉTRICO.
Outro benefício do pós-processamento com o GiD é a obtenção de
um lista de dados pontuais de campo. Por exemplo, esses dados podem ser
diretamente comparados os dados (analíticos) provenientes de ensaios de
campo como mostrado na Figura 2. No caso apresentado, observou-se que
os resultados de diferença de potencial obtidos por ambos os métodos (numérico e analítico) possuem uma tendência semelhante de comportamento,
mas com alguns resultados discrepantes (como o caso do espaçamento de
2009 | 2010
161
1m mostrado na Figura 2). Estas discrepâncias podem indicar falhas na análise de estratificação do solo.
FIGURA 2 - DIFERENÇAS DE POTENCIAL VERSUS ESPAÇAMENTO.
As ferramentas disponíveis no programa Potential3D foram listadas e explicadas em um manual do usuário: “Manual para a geração de malhas no programa Potential3D”, o qual possui tutoriais que mostram passo a
passo como o usuário deve proceder para a correta modelagem de problemas tridimensionais de campo elétrico. Em vista do bom desempenho das
análises, optou-se por desenvolver também se encontra disponível o manual
para análises bidimensionais: “Manual para a geração de malhas no programa Potential2D”.
CONCLUSÃO
Para o dimensionamento eficiente de um sistema de proteção
catódica, deve-se determinar o potencial eletroquímico em toda a interface entre o solo e a estrutura metálica enterrada. Uma boa ferramenta de
pré e pós-processamento numérico facilita esse processo. Neste sentido, foi
desenvolvido um sistema computacional que possibilita uma eficiente análise numérica de potencial elétrico tridimensional, com a customização do
aplicativo GiD. Com o sistema desenvolvido é possível simular o ambiente
tridimensional de estudo e obter resultados de potencial elétrico e de densidade de corrente na superfície de estruturas com rapidez e eficiência. As
162
ferramentas de pré e pós-processamento, necessárias para as análises, foram
devidamente listadas e detalhadas em dois manuais do usuário.
A customização do aplicativo foi testada através de modelos numéricos bi e tri-dimensionais do método de Wenner. Os resultados obtidos
comprovaram o bom desempenho do sistema de análise, que pode ser estendido para análise de qualquer problema de potencial elétrico.
AGRADECIMENTOS
A autora agradece ao PIBITI/CNPq, Programa Institucional de Bolsas de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação, à Universidade
REFERÊNCIAS
VEIGA, M. C. M. Manual para geração de malhas no programa Potential2D.
Paraná: LACTEC, 2010.
VEIGA, M. C. M. Manual para geração de malhas no programa Potential3D.
Paraná: LACTEC, 2010.
HOFFMANN, J. N.; SILVA, J. M. da. Proteção Contra corrosão nas fundações das
torres metálicas, utilizando energia induzida pelo campo elétrico da linha de
transmissão. Espaço Energia, Paraná, n. 02, abril 2005. Disponível em: <http://
www.espacoenergia.com.br/edicoes/2/002-06.pdf> Acesso em: 10/06/2009.
GOMES, L. P. Sistemas de Proteção Catódica. 3. ed. Rio de Janeiro: IEC – Instalações de Engenharia de Corrosão LTDA, 1995.
KINDERMANN, G.; CAMPAGNOLO, J. M. Aterramento Elétrico. 3. ed. Porto
Alegre: Ed. Sagra – D. C. Luzzato, 1995
2009 | 2010
163
164
DESENVOLVIMENTO DE
METODOLOGIA PARA
AVALIAÇÃO DA INTERFACE
REVESTIMENTO/NÚCLEO/
TERMINAIS DE
ISOLADORES
POLIMÉRICOS TIPO
BASTÃO
CNPq - 123726/2009-3
Autor: Michael Fermino Ceccon Frigatti
Bolsista PIBITI/CNPq – LACTEC – 2009/2010
Departamento: DPTM
Orientador: Dr. Guilherme Cunha da Silva
Área de conhecimento:3.00.00.00-9: Engenharias; 3.04.00.00-7: Engenharia Elétrica;
3.04.01.04-6: Materiais Dielétricos
Palavras-chave: materiais elétricos, isoladores, interface
2009 | 2010
165
166
INTRODUÇÃO
Isoladores são elementos sólidos dotados de propriedades mecânicas capazes de suportar os esforços produzidos pelos condutores. Eletricamente, exercem a função de isolar os condutores, os quais estão submetidos
a uma diferença de potencial em relação ao terra (estrutura suporte) ou em
relação a um outro condutor fase [1, 2]. Isoladores poliméricos tipo bastão
são constituídos por três elementos: núcleo, revestimento e terminais (Figura
1). O núcleo é a parte central do isolador, sendo formado por resina (epóxi ou
poliéster) com fibra de vidro. Tem o objetivo de prover resistência mecânica
ao isolador.
FIGURA 1 - ISOLADOR POLIMÉRICO TIPO BASTÃO.
O revestimento, que pode ser de borracha de silicone (SIR) ou borracha de etileno-propileno-dieno (EPDM) tem como objetivo evitar a penetração de umidade no núcleo e assegurar adequada distância de escoamento ao isolador, criando um isolamento elétrico adequado entre os terminais
metálicos. Este deve ficar fortemente aderido ao núcleo, garantindo uma
perfeita estanqueidade contra a penetração de umidade. Caso contrário, poderá ocorrer o aparecimento de descargas parciais na interface dos materiais,
causando a deterioração do revestimento e conseqüentemente a exposição
do núcleo, que pode romper devido à fratura frágil. Pode também ocorrer o
trilhamento elétrico, que percorre toda a região não aderida, danificando o
2009 | 2010
167
núcleo. Os terminais metálicos dos isoladores são feitos de alumínio forjado,
ferro maleável ou aço forjado. Estes são fixados ao núcleo para permitir a
conexão do isolador com a estrutura e com o cabo [2-4].
Tendo em vista os fatores supracitados foi desenvolvida uma metodologia para avaliação mais criteriosa do desempenho da interface revestimento-núcleo de isoladores poliméricos tipo bastão. A importância deste
estudo reside no fato de que a norma brasileira vigente [5] é muito branda,
principalmente no quesito interface, permitindo que materiais de baixa qualidade estejam sendo inseridos nas redes de distribuição das concessionárias.
OBJETIVOS
Desenvolver metodologia para avaliação da interface revestimento-núcleo de isoladores poliméricos tipo bastão utilizados em redes de distribuição.
METODOLOGIA
Atualmente, a norma técnica de isoladores poliméricos tipo bastão
[5] contempla ensaios para avaliação do desempenho das interfaces entre as
ferragens integrantes, do revestimento polimérico e do núcleo. Todavia, esta
não tem em seu escopo um ensaio específico para avaliação da aderência
do revestimento ao núcleo. Desta forma, foi desenvolvida uma metodologia
para avaliação da qualidade da interface revestimento-núcleo de isoladores
poliméricos tipo bastão, a qual foi denominada Ensaio de Aderência. Foram
desenvolvidos dois métodos de execução deste ensaio, denominados a) teste de esforço lateral e b) teste de arrancamento. Para realização e validação
do Ensaio de Aderência foram selecionados isoladores poliméricos tipo bastão de oito fornecedores distintos, identificados como A, B, C, D, E, F, G e H.
Os equipamentos utilizados foram: arco de serra, mini-serra de disco, alicate
universal e morsa.
a) Teste de esforço lateral
As ferragens de cada um dos isoladores foram cortadas, deixando
um comprimento de 5 mm (anel metálico). Em cada um dos isoladores foi
168
efetuado um corte longitudinal, com profundidade suficiente para atingir o
núcleo, ao longo de todo o isolador. O revestimento foi tensionado manualmente com o objetivo de avaliar a aderência nas interfaces (Figura 2a). O material é considerado aprovado se tiver aderência ao longo de todo o isolador.
b) Teste de arrancamento
No Teste de arrancamento as ferragens de cada um dos isoladores foram cortadas, deixando um comprimento de 5 mm (anel metálico). Em
cada um dos isoladores foram efetuados dois cortes longitudinais, espaçados de 1 cm. Realizados os cortes longitudinais, foi forçado o arrancamento
do revestimento, ao longo do corte, com um alicate universal (Figura 2b). O
isolador é considerado aprovado se não houver exposição do núcleo após o
arrancamento do revestimento.
a)
b)
FIGURA 2 – A) TESTE DE ESFORÇO LATERAL, B) TESTE DE ARRANCAMENTO.
RESULTADOS
Pode ser observado que os isoladores B, D e F não apresentaram aderência entre o revestimento e o núcleo. Por outro lado, os demais isoladores
apresentaram boa aderência. Desta forma, é possível notar que a metodologia permite a qualificação de materiais, sendo de fácil execução e aplicação.
Este tipo de metodologia é bastante importante para que a concessionária
disponha de testes adicionais para recebimento de materiais e homologação
de fornecedores.
2009 | 2010
169
CONCLUSÃO
O desenvolvimento realizado mostrou que, independente do teste realizado (esforço lateral ou arrancamento), o Ensaio de Aderência é eficaz
para avaliação da interface núcleo-revestimento de isoladores poliméricos
tipo bastão, visto que os isoladores que reprovaram no teste de esforço lateral também reprovaram no teste de arrancamento. Ainda, o teste de aderência é um teste simples, rápido e de baixo custo. Tendo em vista os resultados
obtidos foi sugerida a inserção deste ensaio na especificação técnica COPEL.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem ao Programa Institucional de Bolsas de
Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico (PIBITI/CNPq), a Universidade
Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR) e ao Instituto de Tecnologia para o
Desenvolvimento (LACTEC) pelos apoios financeiro, acadêmico e de infraestrutura para o desenvolvimento deste trabalho.
REFERÊNCIAS
[1] MAMEDE FILHO, J. Manual de equipamentos elétricos, v. 1 e 2, 2ª edição,
LTC Editora, 1994.
[2] GORUR, R. S; CHERNEY, E. A.; BURNHAM, J. T. Outdoor Insulators. Ravi Gorur
Inc., 1999.
[3] HACKAM, R. Outdoor HV Composite Insulators. IEEE TDEI, v. 6, p. 557-585,
1999.
[4] DE MELLO, D. R.; BALESTRO, A. C. Cuidados na Seleção de Isoladores Poliméricos – O Problema da Aderência. CLADE, 2008.
[5] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Isoladores bastão compostos poliméricos para tensões acima de 1000 V. NBR 15122, 2003.
170
GEORREFERENCIAMENTO
DE ANÁLISES DE
CORROSÃO
LABORATORIAIS E
NUMÉRICAS UTILIZANDO
O ARCVIEW
CNPq 128580/2009-7
Autor: Renata Lourenço B. Amorim
Departamento: DPEC
Orientador: Rogério Carrazedo
Palavras-chave: Corrosão, Geotécnica, Fundações
2009 | 2010
171
172
INTRODUÇÃO
A corrosão de estruturas metálicas enterradas trás, anualmente,
elevados prejuízos financeiros e ambientais para a sociedade. Tais danos são
evidentes, principalmente, em fundações metálicas de torres de transmissão e tubulações enterradas, os quais sofrem perda da sua função estrutural,
exigindo, manutenção e trocas onerosas para a empresa administradora. O
processo de corrosão acontece naturalmente na interface solo e metal, sempre que existir uma diferença de potencial, de natureza eletroquímica entre
as regiões, causando neste a perda de massa, em intensidades diferentes,
dependendo do tipo e das características físico químicas do solo. Estas características podem ser determinadas por intermédio da coleta dos dados
físico químicos do solo, obtidas por meio de análises laboratoriais e ensaios
de perda de massa não acelerada de amostras metálicas enterradas. O objetivo principal deste trabalho é georreferenciar os pontos de amostragem,
utilizando o programa ArcView, desenvolvendo desenvolver um banco de
dados com as características coletadas em campo, possibilitando a entrada
de dados futuros e a construção de Mapas de corrosividade dos solo. Isto
permitirá prever as áreas críticas, onde a corrosão será mais intensa, e, dessa
forma, locar as estruturas metálicas enterradas em pontos apropriados, bem
como selecionar o sistema mais adequado de proteção contra corrosão.
OBJETIVOS
Georreferenciar análises laboratoriais, de campo e análises numéricas de propriedades do solo que possam influenciar na corrosão, a fim de
auxiliar nas decisões para proteção e manutenção de estruturas.
Desenvolver uma ferramenta prática para inserção de amostras
em campo.
2009 | 2010
173
METODOLOGIA
Para se prever quais regiões serão mais agressivas aos metais inseridos no solo, os locais de coleta serão georreferenciados e fixados em um
mapa digital, no qual as propriedades do solo serão extrapoladas. Uma ferramenta computacional que permite o georreferenciamento é o ArcGIS.
O ArcGIS permite visualizar em uma interface digital o espaço terrestre e uma dada informação, a partir das coordenadas de GPS, para a construção de um mapa que represente um aspecto da realidade (ESRI,2009).
Para execução dos ensaios de perda de massa não acelerada de
materiais metálicos devem ser definidos pontos de cravação dos corpos de
prova metálicos e coleta do material local para análise em laboratório. A localização destes sítios é marcada utilizando um aparelho de GPS, o qual define as coordenadas geográficas daquele ponto. Tais coordenadas, são então
transportadas para o ArcGis, onde são inseridas e fixadas no mapa. O sistema
de coordenadas adotado é o GCS – South American -1969.
Neste estudo, pretende-se criar mapas de corrosividade do solo a
partir de dados pontuais coletados no terreno. Contudo, pelo fato de a gama
de sítios disponíveis para coleta de informações ser limitada, os valores de
corrosividade entre estes pontos devem ser estimados com o auxilio de ferramentas matemáticas.
Neste trabalho foi escolhido a Krigagem como Método de Interpolação mais adequado, levando-se em conta o fato de que o solo é um material
extremamente heterogêneo com um comportamento específico, o método
de Krigagem utiliza sofisticadas ferramentas que consideram a geoestatística
como um dos fatores de modelagem espacial além da autocorrelação-espacial. A Krigagem faz os cálculos usando todos os possíveis pares de dados
para obter vários graus de autocorrelação.
Os ensaios para avaliação do potencial corrosivo do solo previstos
serão feitos através de ensaios não acelerados de materiais metálicos sujeitos a corrosão eletroquímica, enterrados, segundo as especificações da NBR
6209, bem como a coleta de amostras de solo no local para análise em laboratório das seguintes parâmetros: umidade, resistividade, Ph, cloretos, sulfatos, acidez total e potencial redox.
Cada corpo-de-prova consiste em uma chapa de aço carbono, com
dimensões padronizadas de 150 mm x 31,75 mm x 6,35 mm de espessura e
com um orifício de 31,6 mm de diâmetro, os quais foram pesados cuidado174
samente sem contato manual em balança analítica ao décimo de miligrama,
anotada a sua massa inicial, sendo devidamente identificado. Em seguida
a identificação de cada corpo-de-prova será removida, pesa-se em balança
analítica ao décimo de miligrama e anota-se o valor da massa final.
A cravação dos corpos de prova deve ser feita de maneira padronizada, objetivando confiabilidade nos resultados. Para isso, foi desenvolvida uma ferramenta de ensaio que possibilite a locação correta dos corpos
de prova no solo, dentro das especificações do projeto, a uma profundidade
aproximada de 0,5 metro. A ferramenta de ensaio consiste em um tubo feito
de aço com 2’’ de largura, 1/8’’ de espessura e 70 cm de comprimento, apoiado em 4 barras de seção T com 1’’x1” de abas idênticas, presos através de
parafusos. Por dentro do tubo metálico é utilizado um cilindro com diâmetro de 25 mm feito de aço CA-50, no qual são apoiados os corpos-de-prova
em sua extremidade. É empregada uma ferramenta mecânica, semelhante a
um martelete hidráulico, que através de impacto, crava o corpo-de-prova no
solo.
Para realizar a cravação dos corpos de prova metálicos no solo
é preciso, primeiramente, garantir que estes estejam com a sua superfície
pura, isenta de contaminantes e camadas de óxidos. Para isso, foi realizado o
processo de limpeza química segundo as NBR 6210, a qual descreve os procedimentos para preparo, limpeza, avaliação da taxa de corrosão de corpos
de prova em ensaios de corrosão; nos primeiros 24 cp’s a serem inseridos
no solo. Os corpos-de-prova foram pesados em balança com precisão de no
mínimo 1mg. As dimensões dos cp’s de prova foram medidas e a área total
calculada com aproximação de 0,01cm².
RESULTADO
Um dos resultados obtidos neste projeto foi a elaboração da execução da Ferramenta de Ensaio, visando a padronização do processo de cravação no solo dos corpos de prova metálicos.
Foi realizado também um primeiro teste em campo, nas dependências do Centro Politécnico, com a Ferramenta de Ensaio onde foi feita a
cravação dos primeiros 24 corpos de prova metálicos, como pode ser observados nas fotos a seguir. Observou-se que a Ferramenta de Ensaio comportou-se modo satisfatório quando o solo é do tipo mole, sendo necessário o
2009 | 2010
175
uso de um sistema com mais força onde o solo for mais compacto.
Foi produzido o Tutorial, demonstrando detalhadamente os procedimentos necessários à construção de mapas de corrosividade do solo, e
de um Banco de Dados, para armazenamento dos dados georreferenciados
das propriedades dos solo utilizando o programa ArcGIS, o qual será validado
assim que os dados referentes ás propriedades do solo forem obtidos com o
ensaio em campo.
CONCLUSÃO
Foi atingido o objetivo de executar uma ferramenta de ensaio que
atendesse às exigências do projeto de pesquisa, possibilitando assim, a execução de ensaios de perda de massa não acelerados de materiais metálicos.
De posse dos dados de campo referentes ás propriedades do solo, as próximas etapas previstas do presente estudo serão construir os mapas de corrosividade do solo, com base nas instruções registradas no tutorial.
A partir do estudo das propriedades do solo que influenciam na
corrosividade do solo, percebe-se a importância de criar um banco de dados com estas informações. Com isso, se faz necessária a análise e definição
de parâmetros que definam quais características interferem no potencial de
corrosão do solo através de ensaios normativos. Neste contexto a utilização
de uma ferramenta adequada que possibilite resultados confiáveis é de fundamental importância.
AGRADECIMENTOS
Bolsas de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação, a UFPR e ao
REFERÊNCIAS
ABNT – NBR 6210. Associação Brasileira de Normas Técnicas, Norma Brasilei176
ra Regulamentar 6210: Preparo, limpeza, e avaliação da taxa de corrosão de
corpos de prova em ensaios de corrosão.
ABNT – NBR 6209. Associação Brasileira de Normas Técnicas, Norma Brasileira
Regulamentar 6209: Materiais metálicos não revestidos – ensaio não acelerados de corrosão Atmosférica – Método de Ensaio.
ESRI, Getting started with ArcGis ,1999.
2009 | 2010
177
178
DESENVOLVIMENTO DE
TECNOLOGIA PARA LINHAS
DE DISTRIBUIÇÃO DE
34,5 KV EM ÁREAS DE
INCIDÊNCIA SALINA
CNPq - 125277/2009-1
Autor: Rodrigo Luckow
Departamento: DPTM
Orientador: Paulo César Inone
Palavras-chave: corrosão, redes convencionais e protegidas,
envelhecimento em campo e laboratório
2009 | 2010
179
180
RESUMO ESTENDIDO
INTRODUÇÃO
As concessionárias de energia que possuem redes de distribuição
de energia elétrica em regiões litorâneas buscam hoje solucionar os problemas causados por esse tipo de instalação. Esses inconvenientes são causados pela acentuada agressividade ambiental existente nesse tipo de região,
através do intemperismo natural e a presença de poluentes e outros agravantes na atmosfera.
Na área de concessão da COELBA, pode-se perceber que os problemas causados pela agressividade ambiental são responsáveis por diversos
prejuízos e contratempos nas redes de distribuição de energia elétrica. Estes inconvenientes são agravados pela existência em abundância de fatores
como salinidade, radiação ultravioleta e contaminantes provenientes de indústrias, situações estas presentes na região em questão.
Dessa forma, são poucos os materiais existentes no mercado que
se adaptam às condições adversas descritas. Além disso, para a realização
das alterações necessárias quanto à classe de isolamento para suportar estes
requisitos, haveria necessidade da disposição de uma grande quantidade de
recursos financeiros.
OBJETIVOS
• Avaliar, em laboratório e em campo, o desempenho de isoladores
elétricos utilizados em redes de distribuição de energia de 34,5 kV localizadas
em áreas de elevada agressividade ambiental, mais particularmente áreas
com incidência salina proveniente da orla marítima.
• Assim, pretende-se otimizar a utilização dos isoladores nas redes de distribuição da região, minimizando os custo com a manutenção
2009 | 2010
181
dos equipamentos utilizados, além de criar meios para o desenvolvimento
e aperfeiçoamento dos isoladores existes, de modo que suportem a ação da
agressividade ambiental, melhorando as questões de desempenho e vida
útil dos mesmos.
METODOLOGIA
Uma câmara de névoa salina foi utilizada com o intuito de simular
a agressividade presente na região litorânea da Bahia. Essa câmara refere-se a
um ambiente fechado, na qual é aspergida uma solução de água deionizada
devidamente acrescida de um valor determinado de cloreto de sódio (NaCl).
Os isoladores de ensaio são instalados no interior da câmara, dispostos horizontal ou verticalmente, apoiados da forma adequada, dependendo do seu tamanho e peso. Aplica-se, então, uma tensão alterada sobre
o isolador, cujo valor depende das especificações deste, situando-se, normalmente em kilovolts (kV). Este ensaio fica em funcionando por um prazo pré-determinado, dependendo também das especificações do isolador.
O objetivo principal deste processo é obter os valores de corrente
de fuga dos isoladores testados. Isto é feito através de um resistor de valor
conhecido de resistência em série com o isolador, posteriormente conectado
a terra. Um multímetro digital é responsável por efetuar as leituras periódicas da tensão no resistor. Com os valores de tensão e resistência foi possível,
através da Lei de Ohm, calcular os valores de corrente elétrica para traçar os
gráficos do comportamento dos isoladores.
RESULTADOS
Com as medidas efetuadas pelos aparelhos, pode-se traçar os gráficos do comportamento de cada isolador ensaiado. Os gráficos referem-se a
variação da corrente de fuga nos isoladores, em relação ao tempo de ensaio
decorrido.
Foram ensaiados isoladores empregados em duas faixas de tensão. Primeiramente, isoladores de 15 kV e, posteriormente, isoladores de 34,5
kV. Isto permite que seja possível fazer um comparativo entre a utilização dos
equipamentos nas duas faixas de tensão de operação.
182
FIGURA 1 – GRÁFICO COMPARATIVO ENTRE OS ISOLADORES HÍBRIDO E PILAR
DE PORCELANA DE 15 KV.
FIGURA 2 – GRÁFICO COMPARATIVO ENTRE OS ISOLADORES HÍBRIDO E PILAR
DE PORCELANA DE 15 KV.
2009 | 2010
183
CONCLUSÃO
A análise dos resultados obtidos remete à observância de que a
agressividade ambiental existente em regiões com incidência salina de fato afeta
o desempenho dos isoladores no que se refere às suas propriedades dielétricas
Os isoladores tipo pilar cerâmico demonstraram pior resistência às
adversidades ambientais prolongadas. O isolador pilar cerâmico de 8 saias teve o
pior desempenho. Nota-se, na figura 2, que a corrente chegou a passar a marca
de 18 mA, valor considerado alto, principalmente se comparado com os demais
isoladores. Logo, os problemas causados por esta situação são perceptíveis em
curto prazo e a vida útil do isolador é menor.
Os isoladores de 34,5 kV demonstraram um desempenho inferior aos
isoladores de 15 kV em decorrência do fato de que a superfície de escoamento
não é elevada proporcionalmente ao aumento da tensão em que operam, característica esta resultante da construção dos isoladores.
Uma solução cabível é a utilização dos isoladores híbridos, ou seja,
isoladores cerâmicos recobertos com um revestimento polimérico. Verificou-se
que estes foram os que melhor resistiram à névoa salina, sendo que a corrente de
fuga não se elevou drasticamente, isto é, permaneceu praticamente constante
mesmo com um grande período de tempo de exposição aos fenômenos ambientais agravantes simulados.
É necessária uma prévia verificação das condições ambientais as
quais serão expostos os isoladores nas redes de distribuição para que possam
ser utilizados os isoladores mais adequados. Esta análise pode levar em conta,
também, os custos com o material e a necessidade de suporte a esforços físicos, outra propriedade relevante dos isoladores. Dessa forma, pode-se escolher
o equipamento mais adequado para a utilização nas redes de distribuição, de
forma a evitar constantes manutenções, além de desperdícios de energia, decorrente do mau funcionamento dos isoladores.
É importante, ainda, o constante estudo e desenvolvimento de materiais e o aperfeiçoamento dos isoladores, para que os resultados possam ser mais
satisfatórios e seja possível superar a grave agressão causada pelo ambiente nas
regiões litorâneas.
184
AGRADECIMENTOS
Bolsas de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação, à Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR) e ao LACTEC, pelo apoio financeiro, acadêmico e de infra-estrutura para a elaboração deste projeto de
REFERÊNCIAS
[1] JANSSEN, F. Influência dos parâmetros de envelhecimento nas propriedades elétrica de isoladores cerâmicos para sistemas de potência.
2005. 93f. Dissertação (Mestrado em física) – Universidade Federal de
Sergipe, São Cristóvão, 2005.
[2] PORTELLA, Kleber Franke et al. Efeitos da poluição atmosférica (litorânea e industrial) em isoladores da rede elétrica da região metropolitana de Salvador. Quím. Nova [online]. 2008, vol.31, n.2, pp. 340-348.
[3] C. V. D’Alkaine, L. M. de Souza, F. C. Nart; Corr. Sc., 34 (1993) 117.
[4] W. J. Lorenz, F. Mansfeld; Corr. Sc., 21 (1981) 647.
[5] J. Ross Macdonald; “Impedance spectroscopy, emphasizing solid
materials and systems”, New York, U. S. A., John Wiley & Sons, (1987).
[6] V. Kucera, E. Mattsson; em “Corrosion Mechanism” editado por F.
Mansfeld, Marcel Dekker, Inc., New York, U. S. A., (1987) 211.
[7] K. Barton, Z. Bartonova; Werkst. Korros., 20 (1969) 216.
[8] H. Böhni; em “Corrosion Mechanism” editado por F. Mansfeld, Marcel Dekker, Inc., New York, U. S. A. (1987).
[9] G. Trabanelli; em “Corrosion Mechanism” editado por F. Mansfeld,
Marcel Dekker, Inc., New York, U. S. A. (1987).
[10] H. H. Strehblow, Werkst. Korros., 27 (1976) 792.
[11] H. H. Strehblow, M. B. Ives, Corr. Sc., 16 (1976) 317.
[12] C. V. D’Alkaine, A. Ruvolo, N. Bocchi, S. R. Biaggio; “Corrosão e proteção. Pinturas industriais”, UFSCar, São Carlos (1988).
[13] K. F. Portella; C. M. Garcia; A. Joukoski, “Avaliação da degradação,
corrosão e sistemas de impermeabilização de estruturas de concreto
armado”. LACTEC, ENERGIPE (2001).
[14] Leite, Luiza Roberta Pereira. Melhoramento da tensão disruptiva
2009 | 2010
185
de cadeias de isoladores de vidro para linhas de transmissão – Recife:
O Autor, 2006. 61 f. Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal de
Pernambuco. CTG. Engenharia Mecânica, 2006.
[15] I. Biczok, Corrosión y protección del hormigón. URMO S. A. de Ediciones, España, (1968).
[16] Densley, R. J. et al. Multiple Stress Aging of Solid Dielectric Extruded Insulation Systems for Power Trasnmission Cables. IEEE Trans. Power Delivery, v. 9, n. 1, p. 559-71, 1994.
[17] Shariati, M. R. et al. Providing the Pollution Map in South West Provinces of Iran Based on DDG Method. IEEE Transmission and Distribution Conference & Exhibition: Asia and Pacific Dailan, 2005.
[18] Vosloo, W. L. et al. Insulator Pollution Monitoring Program for Namibia, 2007.
[19] GORUR, R. S.; CHERNEY, E. A.; BURNHAM, J. T. Outdoors Isulators.
Ravi S. Gorur Inc., Phoenix, Arizona – USA, 1999.
[20] FUJIMURA, T. Electrical Insulation Magazine, May/June, 11, 3, 26
(1996).
[21] Hackam, R. “Outdoor HV Composite Polymeric Insulators”, IEEE
Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, vol.6, pp.557-585
(1999).
[22] ELDRIDGE, K. et al. Degradation of a Silicone-Based Coating in a
Substation Application. IEEE Trans. Power Delivery, vol. 14, pp.188-193
(1999).
[23] ABNT NBR 6210/1987. Preparo, limpeza e avaliação da taxa de corrosão de corpos-de-prova em ensaios de corrosão. Procedimento.
[24] Maran, Maycon Aurélio. Materiais Elétricos: compêndio de trabalhos – Isoladores Vítreos, v. 1, Foz do Iguaçu (2010).
[25] Protzek, Basílio Rodolfo. Materiais Elétricos: compêndio de trabalhos – Isoladores Poliméricos, v. 1, Foz do Iguaçu (2010).
[26] Junior, Álvaro Leonel R. R. Materiais Elétricos: compêndio de trabalhos – Isoladores Poliméricos, v. 1, Foz do Iguaçu (2010).
186
COMPORTAMENTO DE
BATERIAS CHUMBO
ÁCIDAS SELADAS FRENTE
A CICLOS DE CARGAS
PARCIAIS PULSADA
CNPq 107286/2009-2
Autor: Rodrigo Thoaldo da Silva
Departamento: DPTM
Palavras-chave: Carga pulsada, baterias chumbo ácidas
2009 | 2010
187
188
RESUMO ESTENDIDO
INTRODUÇÃO
O início do estudo sobre o processo de carga pulsada em baterias
de chumbo ácido se deu com experimentos e simulações computacionais de
modos de cargas rápidas, compostos por mais de um passo de corrente e/ou
tensão contínua, com uma pausa entre os mesmos [1-3]. Foi determinado,
tanto através da solução dos modelos matemáticos quanto por resultados
experimentais, que uma pausa num dado momento da carga aumentava a
eficiência da recarga permitindo que a mesma fosse executada com taxas de
corrente mais elevadas.
Estes trabalhos visavam o estudo da influência de alguns parâmetros da carga rápida no comportamento da bateria e, para aqueles trabalhos
que incluem modelos matemáticos, propor modificações na tecnologia de
fabricação das placas. Por isso os efeitos da pausa entre os steps de carga
não foram analisados em profundidade, à pausa foi atribuído simplesmente
o mérito de diminuir a polarização causada pelo gradiente de concentração
do ácido.
A recarga parcial é uma alternativa para o processo de recarga rápida de baterias chumbo ácido, pois este tipo de baterias tem a característica
de “aceitar” elevados valores de densidade de corrente nos estágios iniciais
da recarga, ou seja, no início da recarga é possível aplicar altos valores de corrente sem que haja uma grande quantidade de reações paralelas. Este tipo de
prática possibilitaria que baterias totalmente descarregadas pudessem ser
reutilizadas (colocadas em um estado útil de carga) de forma muito rápida.
OBJETIVOS
Realizar cargas pulsadas em baterias chumbo ácido. Verificar o
2009 | 2010
189
comportamento de baterias do mesmo tipo frente a ciclos de cargas parciais
pulsada e convencional. Testar a eficiência da recarga, susceptibilidade das
baterias a cargas rápidas (2 h ou menos) e também a vida útil das mesmas
sujeitas à carga pulsada e o estado parcial de carga. Recuperar a capacidade
de baterias chumbo ácido, por intermédio da carga pulsada, promovendo a
dessulfatação.
METODOLOGIA
Inicialmente os vasos foram submetidos a diversos ciclos de carga
lenta (>10 h) e descarga, para medir a capacidade C10 dos vasos.
As medidas de eficiência da carga pulsada foram feitas da seguinte maneira: o tempo de aplicação da carga pulsada é dimensionado de tal
maneira a fornecer a exata quantidade de carga elétrica retirada na descarga
completa (capacidade C10), logo em seguida a placa é novamente submetida
a uma descarga profunda, a capacidade medida nesta segunda descarga é
a quantidade de carga que efetivamente é “assimilada” pelas placas durante
a carga pulsada. Após este ciclo, o vaso é submetido novamente a um ciclo
de carga lenta e descarga, para refazer a medida da capacidade nominal da
placa e verificar se a mesma não sofreu degradação na carga pulsada.
Nos experimentos de vida útil frente a ciclos de recarga parcial, os
vasos foram submetidos a descargas profundas (até o potencial de corte de
1,75 V) seguidas por recargas parciais. As recargas foram realizadas até 60%
da capacidade dos vasos em 10 minutos, com 2,52 A na carga convencional
e em 20 min com 5,0 A, ton = toff = 500 ms.
Após 10 ciclos com cargas parciais realizou-se uma recarga completa de cada vaso, feita de forma lenta, 2,4 V limitados a 100 mA até que a
placa recuperasse 1,45 Ah. O fim do ensaio é definido como o ciclo no qual
a capacidade medida na descarga posterior a esta carga completa foi menor
que 80% da capacidade inicial.
O ensaio onde se verificou a recuperação da capacidade de vasos
sulfatados com carga pulsada realizou-se como segue: os vasos já utilizados
anteriormente para a determinação da eficiência da recarga parcial foram
mantidos em circuito aberto por um mês, sujeitos a autodescarga, recristalização do PbSO4 e, logo, sulfatação. A capacidade destes vasos foi determinada com ciclos de carga convencional e descarga até o potencial de corte. Em
190
seguida os vasos foram submetidos a ciclos com regime misto de carga: com
carga pulsada (ton = toff = 10 ms e I = 4,5 A) por 5 min, e completo com carga
convencional (2,4 V limitado a 100 mA).
EFICIÊNCIA DA CARGA PULSADA
Os algoritmos testados, bem como o tempo total de recarga e a
eficiência resultante para cada caso estão mostrados na Tabela 1.
ton (ms)
100
100
500
toff (ms)
500
100
500
I (xC10 / A)
1C10 / 1,4 A
1C10 / 1,4 A
1C10 / 1,4 A
Tcarga (h)
6
2
2
Eficiência
87,4%
79,6%
80,0%
Vaso 2
100
100
500
500
100
500
1C10 / 1,4 A
1C10 / 1,4 A
1C10 / 1,4 A
6
2
2
86,2%
81,9%
81,0%
Vaso 3
100
100
500
500
100
500
1C10 / 1,4 A
1C10 / 1,4 A
1C10 / 1,4 A
6
2
2
90,1%
71,4%
81,1%
Vaso 1
TABELA 1 – EFICIÊNCIA DOS DIFERENTES ALGORITMOS DE CARGA PULSADA
PARA PLACA POSITIVA.
As curvas mostradas na Figura 1 mostram a variação do potencial durante duas cargas pulsadas com algoritmos diferentes, aplicadas a um
mesmo vaso (vaso 1).
2009 | 2010
191
Vaso 1
3.0
Potencial do vaso (V)
2.8
2.6
Fim do on time
2.4
2.2
Fim do off time
2.0
ton = 100 ms, toff = 500 ms, Ef = 87%
ton = 500 ms, toff = 500 ms, Ef = 80%
1.8
1.6
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Estado de Carga
FIGURA 1 – CURVA DE POTENCIAL DO VASO 1 AO LONGO DA CARGA, PARA
DISTINTOS ALGORITMOS DE CARGA PULSADA. A CURVA EM PRETO É O RESULTADO DE UMA CARGA COM ton = 100 MS, toff = 500 MS, I = 1C10 (1,4 A), COM
DURAÇÃO TOTAL DE 6 H E EFICIÊNCIA DE 87%. E A CURVA EM VERMELHO É
O RESULTADO DE UMA CARGA COM ton = 500 MS, toff = 500 MS, I = 1C10 (1,4 A),
COM DURAÇÃO TOTAL DE 2 H E EFICIÊNCIA DE 80%.
RECARGA PARCIAL
Os mesmos vasos de baterias também foram utilizados para experimentos de recarga parcial com corrente pulsada (até 50% do SOC, neste
caso. Como os valores de corrente necessários para este experimentos suplantam o limite superior do equipamento disponível para carga pulsada,
foi necessário utilizar um outro equipamento, de maior potência, mas sem
a capacidade de chaveamento rápido, por isso os pulsos tiveram de ser com
ton = toff = 10 s. Os resultados podem ser vistos na Tabela 2.
Vaso 1
192
Desc 1 (Ah)
1,369
1,379
1,394
1,405
1,474
1,376
Carga (Ah)
0,72
0,72
0,72
0,72
0,72
0,72
tcarga (min)
10
10
10
10
10
10
Desc 2 (Ah)
0,787
0,836
0,731
0,748
0,719
0,86
Desc 1 (Ah)
1,306
1,343
1,373
1,368
1,404
1,336
Vaso 2
Carga (Ah)
0,72
0,72
0,72
0,72
0,72
0,72
tcarga (min)
10
10
10
10
10
10
Desc 2 (Ah)
0,694
0,694
0,688
0,695
0,691
0,681
TABELA 2 – RESULTADOS DOS EXPERIMENTOS DE RECARGAS PARCIAIS COM
CARGA PULSADA.
RECARGA TOTAL
A Figura mostra as curvas de potencial durante a recarga pulsada
dos 3 vasos distintos ao longo de suas cargas.
3,2
Potencial dos vasos (V)
3,0
2,8
2,6
2,4
2,2
Vaso 1
Vaso 2
Vaso 3
2,0
1,8
1,6
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
Estado de Carga
FIGURA 2 – CURVAS DE POTENCIAL CONTRA ESTADO DE CARGA PARA TRÊS
VASOS DISTINTOS, SUBMETIDOS AO MESMO ALGORITMO DE CARGA PULSADA
(ton = toff = 500 MS, I = 2,15 C10 (3 A), SOBRECARGA DE 10 % SOBRE O VALOR
MEDIDO C10 DA PLACA.
Pode ser visto neste caso as curvas foram geradas até 110% do
estado de carga dos vasos, o que quer dizer que os vasos foram completaLivro de Resumos Estendidos
2009 | 2010
193
mente recarregados com carga pulsada (ton = toff = 500 ms e I = 2,2C10 / 3,1 A)
em uma hora.
RECUPERAÇÃO DA CAPACIDADE PELA CARGA PULSADA
A carga nos ciclos de recuperação de capacidade foi um misto de
carga pulsada e carga convencional, ou seja, o período inicial da recarga foi
feito de forma pulsada e o restante com potencial constante de 2,4 V e limitado em 100 mA. A Figura ilustra como a variação da corrente ao longo de uma
carga convencional de 2,4 V fornece indícios do estado do vaso.
120
1,45 Ah
100
I (mA)
80
60
1,0 Ah
40
20
Posterior à carga pulsada
Anterior à carga pulsada
0
00:00
04:00
08:00
12:00
16:00
20:00
24:00
Tempo (hh:mm)
FIGURA 3 – VARIAÇÃO DA CORRENTE DURANTE UMA CARGA A POTENCIAL
CONSTANTE DE 2,4 V, INICIALMENTE LIMITADA EM 100 MA. RECARGAS PARA
DUAS SITUAÇÕES DE UM VASO SULFATADO: ANTES DA RECUPERAÇÃO DA
CAPACIDADE POR CARGA PULSADA (+) E APÓS A CARGA PULSADA (O).
CONCLUSÃO
Foram medidas as eficiências de diferentes algoritmos de carga
pulsada aplicada a vasos de baterias seladas. Os valores de eficiência foram
menores que aqueles obtidos para experimentos idênticos em placas indivi194
duais, o que indica que fenômenos inerentes à configuração das placas em
baterias influenciam também no processo de recarga. Mas mesmo assim foi
possível recarregar vasos com 80% de eficiência em duas horas.
Recargas parciais, sabidamente mais rápidas devido à diferença
na aceitabilidade de carga das placas ao longo da recarga, foram testadas.
Recargas com tensão constante mostraram que recarga com 100% de eficiência e em intervalos curtos (10 min) só são possíveis até valores baixos de
estado de carga (25%). Para valores maiores, até 50%, deve-se aceitar certa
quantidade de reações paralelas, como mostrado nas recargas parciais com
corrente constante e com corrente pulsada.
Baterias chumbo ácidas podem ser recarregadas de forma muito
rápida e eficiente até estados intermediários de carga. Trabalhar nesta situação, porém, sabidamente compromete a vida útil das mesmas. Foi demonstrado que, até o momento, a carga pulsada parece atenuar ligeiramente esta
tendência, se comparada com recargas convencionais. Os ensaios com recargas parciais ainda não foram concluídos, portanto as comparações ainda
não são conclusivas, mas estes ensaios serão continuados até que os vasos
atinjam 70% da capacidade inicial.
AGRADECIMENTOS
deste projeto de pesquisa e desenvolvimento. Ao Prof. Dr. Patrício Rodolfo
Impinnisi e ao Dr. Juliano de Andrade pela sua competência e pelo seu comprometimento com a realização deste trabalho; por ser um exemplo de profissionalismo e humanidade. Aos colegas Priscilla, Dani, Planck, Charlinho,
Guilherme, pela companhia nos momentos acadêmicos e pela agradável
presença nos momentos de descontração. À todos aqueles que, por um lapso, esqueci de mencionar e que foram importantes para a realização deste
trabalho.
2009 | 2010
195
REFERÊNCIAS
[1] CHANG, T. G; VALERIOTE, E. M; JOCHIM, D. M. Journal of Power Sources 48 (1994) p. 163-175.
[2] CALASANZIO, D; MAJA, M; SPINELLI, P. Journal of Power Sources 46
(1993) p. 375-381.
[3] KIM, S. C; WONG, W. H. Journal of Power Sources 89 (2000) p. 93-101.
196
CARGA PULSADA
EM BATERIAS
CHUMBO ÁCIDAS
CNPq - 102497/2010-9
Autor: Sirlon Francisco Blaskievicz
Departamento: DPTM
Palavras-chave: Baterias Chumbo-Ácido; Cinética de Eletrodos;
Processos de Carga e Descargas em Baterias
2009 | 2010
197
198
RESUMO ESTENDIDO
INTRODUÇÃO
Devido a atual crise energética que o mundo vem passando, está
se tornando imprescindível o uso de fontes de energia alternativa como é o
caso das fontes de energia renováveis, visando também a preocupação com
o meio ambiente, se faz necessário o uso de fontes de energia cada vez menos poluentes. Neste contexto, a energia elétrica tornou-se vital para a sociedade moderna, trazendo conforto e comodidade para as pessoas, devido a
esta situação, o uso de acumuladores de energia é de suma importância para
a manutenção da nossa forma de vida atual, Praticamente todos os veículos
automotores que conhecemos fazem uso de acumuladores de energia, seja
como fonte efetiva de energia (veículos elétricos) ou para a ignição de motores a combustão interna.
O presente trabalho dedicou-se ao estudo de carga pulsada aplicada à baterias chumbo ácidas. Este trabalho é parte de um projeto mais
abrangente no mesmo tema. A carga pulsada é um método de carga rápida,
com correntes elevadas, apesar de alguns trabalhos encontrados na literatura especializada a classificarem apenas como uma forma de aumentar a vida
útil de baterias envelhecidas por sulfatação da placa negativa ou pelas alterações morfológicas que ocorrem em ambas as placas ao longo do tempo de
uso da bateria. A carga pulsada se caracteriza pela utilização de um determinado perfil (algoritmo) de pulso de corrente elétrica que se repete no tempo.
OBJETIVOS
Desenvolver um sistema de carga pulsada para baterias e verificar
o comportamento de baterias chumbo ácidas seladas frente a ciclos de carga
pulsada, analisar a vida útil da bateria frente à ciclos de carga pulsada, bem
2009 | 2010
199
como avaliar alterações na morfologia das placas da bateria após o término
de sua vida útil tanto por carga pulsada como pelos métodos convencionais.
MATERIAIS E MÉTODOS
Para os testes realizados utilizou-se um acumulador chumbo ácido
com seis vasos (12 V) com a capacidade nominal medida em regime de 20 h
(capacidade C20), resultando esta capacidade em 33 Ah. Foi desenvolvido juntamente com uma empresa nacional um protótipo de carregador pulsado, ainda em fase de testes para verificar se o equipamento atende às especificações.
Os testes foram realizados efetuando cargas com algoritmo de
carga ton = toff= 500 ms, I = 1C20 A (forma comumente utilizada na literatura
de baterias para se referir à corrente como proporcional ao valor numérico da
capacidade). O tempo total de cada carga foi de 2 h, após cada carga pulsada
realizava-se uma descarga para verificar a quantidade de carga assimilada
pela bateria (o rendimento da recarga). Após esta descarga realizava-se outro
ciclo de carga e descarga convencionais para verificar se a bateria não havia
sofrido algum dano durante a carga pulsada.
RESULTADOS
Os gráficos a seguir são de um teste de carga pulsada em uma
Bateria chumbo ácida, o primeiro gráfico é da corrente, que apresentou picos
de aproximadamente 200 A.
FIGURA 1 - PERFIL DE CORRENTE GERADO PELO EQUIPAMENTO DE CARGA PULSADA. SET UP DO EQUIPAMENTO ton =toff= 500 MS.
200
A média temporal da corrente durante um período de on time foi
de 36 A.
Os gráficos seguintes são da tensão da bateria, por ser uma carga
galvanostática, o potencial da bateria variou durante a carga. Primeiro a tensão apresentada no início do ciclo:
FIGURA 2 - VARIAÇÃO DO POTENCIAL DE UMA BATERIA SUBMETIDA A UMA CARGA
PULSADA
ton =toff= 500 MS NO INÍCIO DO CICLO.
Como pode ser observada no gráfico, durante os pulsos de carga,
a tensão da bateria variou entre 14 e 16 V.
Em seguida o gráfico da tensão apresentada pela bateria ao final do ciclo:
FIGURA 2 - VARIAÇÃO DO POTENCIAL DE UMA BATERIA SUBMETIDA A UMA CARGA
PULSADA DE
ton =toff= 500 MS AO FINAL DA CARGA.
2009 | 2010
201
Ao final do ciclo de carga pulsada a tensão da bateria utilizado estava oscilando entre 17 e 18,5 V o que são valores muito elevados, devido
a pico durante o on time, e nocivos às placas da bateria, pois favorecem a
evolução de gases.
CONCLUSÕES
Nos testes utilizando o protótipo de carregador pulsado o mesmo
apresentou um comportamento que difere do especificado, pois se esperava
uma corrente constante dentro de um período de on time, mas o que se verificou é que cada on time era composto por subpulsos de corrente. Para que
a corrente em um on time atingisse um valor médio escolhido, os valores de
pico nos subpulsos de corrente tiveram que ser muito elevados, o que pode
comprometer o desempenho da bateria quanto a sua vida útil. Ainda assim a
carga pulsada vem apresentando resultados satisfatórios, e a empresa fabricante já se dispôs a solucionar este problema.
Em trabalhos futuros planeja-se estudar os benefícios da carga
pulsada em baterias danificadas por sulfatação progressiva da placa negativa.
AGRADECIMENTOS
Ao PIBITI/CNPq, Programa Institucional de Bolsas de Iniciação em
Desenvolvimento Tecnológico e Inovação, ao LACTEC, pelo apoio financeiro,
acadêmico e de infra-estrutura para a elaboração deste projeto de pesquisa
e desenvolvimento, e a equipe do laboratório pela amizade recebida e pelo
auxílio com o desenvolvimento do projeto.
202
PESQUISA E
OTIMIZAÇÃO DE
MÉTODOS DE
COMPACTAÇÃO
DE CCR
CNPq - 107554/2009-7
Autor: Thais Karine Basso
Departamento: DPEC
Orientador: Luiz Alkimin de Lacerda
Palavras-chave: LabView, ensaios de laboratório, compactação,
concreto CCR, sistemas de aquisição de dados
2009 | 2010
203
204
RESUMO ESTENDIDO
INTRODUÇÃO
O Concreto Compactado com Rolo (CCR) é uma técnica relativamente nova que vem se desenvolvendo rapidamente, tanto nacional como
internacionalmente. Tem como características um baixo custo e alta velocidade de construção. O CCR geralmente é produzido em centrais dosadoras e
misturadoras contínuas, o que proporciona uma maior uniformidade ao material produzido. O processo de execução e controle do CCR são particulares
e totalmente diferentes da prática usual dos concretos convencionais.
A fim de se definir qual o tipo de compactação adequado para
se obter uma compactação homogênea em toda a espessura de concreto
podem ser utilizados sistemas de aquisição de dados automáticos, o que permite a obtenção de dados de pressão e aceleração no interior das camadas
de concreto, podendo assim se avaliar a energia de compactação que atinge
o local.
OBJETIVOS
Este trabalho visa desenvolver um sistema que permita o monitoramento da compactação do CCR, a partir da realização de ensaios em laboratório e análise de dados de pressão e aceleração, buscando quantificar
a energia de compactação através das diferentes camadas do concreto, utilizando a ferramenta LabView para aquisição e análise de dados. Nesse estudo, o foco é dado à aquisição de dados com acelerômetro.
2009 | 2010
205
METODOLOGIA
A energia de compactação pode ser avaliada por meio de acelerômetros e células de pressão total, juntamente com um sistema de aquisição
de dados. Esses instrumentos podem traduzir com precisão os parâmetros
envolvidos durante a compactação. O material indispensável para a realização deste projeto foi o programa LabVIEW instalado em um computador e
o acelerômetro, sendo que os demais materiais podem ser substituídos por
instrumentos que desempenhem o mesmo papel.
O Labview é uma linguagem gráfica de programação que usa ícones em vez de texto para criar aplicações. Esse tipo de linguagem é aplicada
principalmente para a realização de medições e automação.
Acelerômetros são instrumentos capazes de medir os parâmetros
envolvidos na vibração (amplitude, freqüência, aceleração, etc.). O acelerômetro adotado para o estudo da energia de compactação do CCR foi o 352B
SN 90091 da PCB Piezotronics. Para obtenção dos dados foram utilizados o
Sistema de Aquisição de dados PXI da National Instruments e o software
Para a realização dos ensaios foi criado no Labview um software que lê os dados de aceleração captados pelo acelerômetro. O software
grava os dados em um arquivo de texto, e mostra a variação da aceleração
pelo tempo em um gráfico. Para finalidade de teste do programa criado no
Labview foram realizados ensaios em vigas de madeira. O acelerômetro foi
acoplado na viga e conectado a um computador com o Labview instalado.
Com o auxilio de um martelo realizou-se um impacto na viga, que passou
a vibrar livremente, e através do acelerômetro foram captados os dados de
aceleração pelo tempo.
Os valores de Freqüências Naturais obtidos através do modelo experimental foram confrontados com os valores obtidos através de um modelo teórico. Os resultados são apresentados a seguir.
Também foi realizado outro teste para avaliar o desempenho do
programa criado no Labview. Para tal, foi realizado um ensaio de compactação em areia com o martelo rompedor. O martelo rompedor é um equipamento utilizado para demolir estruturas de concreto e alvenaria, visto que
possui a capacidade de aplicar impactos em uma superfície por meio de uma
ponteira de aço.
Para permitir a compactação com o martelete, sua ponteira foi
adaptada soldando-se uma chapa de aço circular em sua extremidade. Nessa
206
ponteira adaptada foi fixado o acelerômetro, para que o mesmo obtivesse e
gravasse os dados de aceleração durante o processo de compactação.
RESULTADOS
No ensaio de vibração em viga de madeira os dados foram gravados durante 15 segundos e o intervalo entre as gravações foi de 0,0005
segundos. Uma ótima correlação entre a freqüência natural obtida do experimento e a teórica foi constatada.
O teste de compactação em areia foi realizado com sucesso. Os dados de aceleração pelo tempo foram captados pelo acelerômetro e gravados
em um arquivo de texto pelo software criado no Labview. Com os dados foi
possível criar um gráfico aceleração X tempo durante o processo de compactação da areia.
CONCLUSÃO
O desenvolvimento do projeto proposto foi realizado com sucesso, pois conseguiu alcançar seus objetivos traçados inicialmente. O software
criado no Labview foi testado e teve um desempenho satisfatório. Uma sugestão para continuação do projeto é a realização de testes de compactação
em CCR.
AGRADECIMENTOS
Agradeço ao PIBITI/CNPq, Programa Institucional de Bolsas de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação, à UFPR - Universidade
REFERÊNCIAS
ANADÓN, F. A. Theme 6: Construction and quality control. Equipment and
programming. In: INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON ROLLER COMPACTED
2009 | 2010
207
CONCRETE (RCC) DAMS. 4., 2003, Madrid, Spain. General Reports... Madrid,
Spain, 2003. p. 52-68.
ANDRIOLO, F. R.The use of roller compacted concrete. São Paulo: Oficina de
textos, 1998. 554 p.
CRISPIM, F. A.. Compactação de Solos: Influência de Métodos e Parâmetros de
Compactação na Estrutura dos Solos. Dissertação (mestrado) – Universidade
federal de Viçosa, Viçosa, 2007. 77f.
JOHNSON; Gary W.; JENNINGS, Richard. LabVIEW Graphical Programming. 4.
ed. New York: Mc Graw Hill, 2006. 608 p.
KOKUBU, K., et al.. Compaction Proprieties of Roller Compacted Concrete. Cement & Concrete Composites 18, 1996.
MEHTA, K.; MONTEIRO, P. J. M. -”Concreto: Estrutura, Propriedades e Materiais”-Editora PINI, São Paulo, Brasil, 1994
National Instruments. http://www.ni.com/labview < acesso em 18/09/2009>
National Instruments. http://digital.ni.com/worldwide/brazil.nsf/ < acesso
em 23/02/2010>
RANDAL, R.B.;Tech, B.A. Frequency analysis. Bruel & Kjaer, 1987, 387 p.
WERK, S. M. S. de. Estudo da Influência dos Métodos de Compactação no
Comportamento Resiliente de Solos. Dissertação (mestrado) – Universidades
Federal do rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2000. 103 f.
208
AVALIAÇÃO DO
ENVELHECIMENTO DE
INVÓLUCROS
POLIMÉRICOS DE
PÁRA-RAIOS 15KV
UTILIZADOS EM REDES
DE DISTRIBUIÇÃO
CNPq - 112384/2009-9
Autor: Thales Freitas dos Santos
Bolsista PIBITI/CNPq – LACTEC – 2009/2010
Endereço Eletrônico:[email protected]
Departamento: DPTM
Orientador: Dr. Guilherme Cunha da Silva
Palavras-chave: Materiais poliméricos, Pára-raios, Trilhamento elétrico
2009 | 2010
209
210
INTRODUÇÃO
Para proteção dos sistemas elétricos contra sobretensões são instalados equipamentos denominados pára-raios. Atualmente, os pára-raios
mais utilizados nas redes de distribuição são os de óxido de zinco (ZnO) com
invólucro polimérico de borracha de silicone [1, 2]. Entre as vantagens da utilização de pára-raios com invólucro de silicone estão: dimensões compactas,
imunidade ao vandalismo, alta resistência mecânica a esforços de torção,
flexão e tração e excelente desempenho às intempéries, principalmente em
ambientes com elevado grau de poluição, graças às características peculiares
do silicone, como a hidrofobicidade, que torna a resistência superficial alta,
mesmo em condições de chuva, evitando a formação de filmes contínuos de
água e de bandas secas e arcos na superfície da isolação, o que reduz o risco de descargas disruptivas (flashover). Apesar das vantagens supracitadas a
ação sinérgica dos estresses aos quais o equipamento está submetido quando em operação pode levar ao envelhecimento e degradação do composto
polimérico por meio de vários mecanismos, entre os quais estão o trilhamento elétrico e a erosão [3]. O trilhamento elétrico pode ser definido como a
formação de um caminho condutor permanente através da superfície do
isolante, resultante da degradação devido à ação das descargas superficiais.
Ele varia de acordo com a intensidade do campo superficial e magnitude da
corrente superficial, os quais, por sua vez são influenciados pela presença de
contaminantes e pela umidade superficial do material. Alguns contaminantes que induzem o fenômeno trilhamento são os sais, a poeira, a umidade e
os agentes químicos atmosféricos. Quando este fenômeno ocorre numa região localizada, tem-se a erosão. Tanto o trilhamento elétrico quanto a erosão
podem causar a ruptura da isolação e levar a falha do equipamento [4].
2009 | 2010
211
OBJETIVO
Desenvolver metodologia para avaliação da resistência ao trilhamento elétrico e erosão do invólucro polimérico de pára-raios utilizados em
redes de distribuição.
METODOLOGIA
Foi desenvolvida uma metodologia de ensaio para avaliar a resistência ao trilhamento elétrico do material do invólucro do pára-raios, a qual
foi denominada Ensaio de Trilhamento Elétrico Modificado (TEM). Este ensaio
tem como base a norma IEC 112 [5]. Todavia, a preparação dos corpos-de-prova (CPs), as condições de teste e a forma de qualificação do material foram modificadas. Para teste e validação da metodologia desenvolvida foram
utilizados corpos-de-prova de três fabricantes de pára-raios poliméricos, os
quais foram identificados como D, I e J. O arranjo experimental desenvolvido
para realização do TEM está apresentado na Figura 1. Foram preparados três
CPs circulares, com um punção de ½”, retirados da 2ª saia do invólucro. O ensaio foi realizado na temperatura ambiente de 23±5 oC, com umidade relativa
de 35±5 %.
FIGURA 1 - TRILHAMENTO ELÉTRICO MODIFICADO.
Cada CP foi pesado e após pesagem foi colocado no arranjo experimental. Foi aplicada tensão elétrica de 1500 VAC. Simultaneamente uma
solução contaminante fica gotejando sobre o CP, com uma taxa de 12 gotas/
min. A solução contaminante, com resistividade de 3,95  0,05 .m (a 231
oC) foi obtida da dissolução de cloreto de amônio, de concentração 0,1% em
212
peso em água destilada. Decorrida 1 h o CP foi retirado do arranjo experimental, pesado novamente e a perda de massa foi calculada. Esse processo
foi repetido no mesmo CP para outros tempos de ensaio (2, 3 e 4 h). Assim,
foram obtidos os valores de perda de massa para os seguintes períodos de
tempo: 1 h, 3 h, 6 h e 10 h. Foram calculadas as equações de regressão linear,
assim como o coeficiente de determinação e coeficiente de correlação linear,
utilizando o software Excel®.
RESULTADOS
A Figura 3 apresenta o resultado obtido para os CPs da amostra D.
Para as demais I e J foram obtidos gráficos similares.
FIGURA 3 - PERDA DE MASSA EM FUNÇÃO DO TEMPO DE ENSAIO: AMOSTRA D.
A Tabela 1 apresenta um resumo dos indicadores quantitativos
obtidos a partir dos ensaios realizados. Pode ser observado que: (a) existe
uma forte correlação linear entre a perda de massa e o tempo de ensaio (r ≥
0,9); (b) a amostra D apresenta uma perda de massa por hora menor do que
as amostras I e J; (c) a utilização do coeficiente angular para qualificação de
materiais e avaliação de desempenho mostra-se como promissora.
2009 | 2010
213
Amostra
D
I
J
α
0,21
0,27
0,52
r2
0,99
0,99
0,99
r
0,99
0,99
0,99
TABELA 1 – PÁRA-RAIOS COM INVÓLUCRO POLIMÉRICO: COEFICIENTE
ANGULAR (Α), COEFICIENTE DE DETERMINAÇÃO (r2) E COEFICIENTE DE
CORRELAÇÃO (R).
CONCLUSÃO
A metodologia proposta no ensaio de resistência ao trilhamento
elétrico modificado mostrou-se eficiente para qualificação de compostos poliméricos utilizados em pára-raios. Uma das vantagens desta metodologia é
que os CPs são retirados do pára-raios pronto, não necessitando realizar um
novo processamento do material polimérico para confecção de placas. Outra
vantagem é o estabelecimento de um parâmetro quantitativo como critério
de aprovação – a perda de massa por hora. Todavia, um número maior de
testes precisa ser realizado para comprovar a eficiência deste parâmetro para
classificação de materiais.
REFERÊNCIAS
[1] MAMEDE FILHO, J. Manual de equipamentos elétricos, v. 1 e 2, 2ª edição, LTC
Editora, 1994.
[2] ÁLVARES, E. C. Diagnóstico de falhas em pára-raios utilizando termografia. Dissertação de Mestrado em Engenharia Elétrica. Universidade Federal de
Minas Gerais, 2008.
[3] HACKAM, R. Outdoor HV Composite Insulators. IEEE TDEI, v. 6, p. 557-585,
1999.
[4] YOSHIMURA, N.; KUMAGAI, S.; DU, B. Research in Japan on the Tracking Phenomenon of Electrical Insulating Materials, IEEE El. Ins. Magazine, v. 13, n. 5,
p.8-18, 1997.
[5] INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION. Method for the determination of the proof and the comparative tracking indices of solid insulating
materials. IEC 112, 2003.
214
CONTROLE DO MOLUSCO
INVASOR LIMNOPERNA
FORTUNEI EM SISTEMAS
DE RESFRIAMENTO DE
USINAS HIDRELÉTRICAS
COM INJEÇÃO DE OZÔNIO
CNPq - 107225/2009-3
Autor: Thiago Scherer Dosso
Departamento: DPRA
Orientador: Carlos Belz
Área de conhecimento: 2.00.00.00-6: Ciências biológicas; 2.04.00.00-4: Zoologia;
2.04.06.03-7: Controle Populacional de Animais
Palavras-chave: ozônio, mexilhão dourado, sistema de diluição
2009 | 2010
215
216
INTRODUÇÃO
As invasões biológicas têm sido reconhecidas como uma das ameaças mais sérias à biodiversidade e aos ecossistemas mundiais (BASKIN, 2002;
MACK et al, 2000; VITOUSEK et al., 1997). Porém, podem causar também graves impactos econômicos. É o caso do molusco bivalve de água doce Limnoperna fortunei (mexilhão dourado) originário do sudeste asiático (MORTON,
1975). Sua fixação sobre estruturas artificiais e/ou o acúmulo de conchas vazias podem promover bloqueio de tubulações, oclusão de filtros e demais
sistemas mecânicos e hidráulicos. Neste sentido, trabalhos de controle da
bioincrustação são de suma importância. Muitas metodologias vêm sendo
testadas em todo o mundo em escala laboratorial, porém, poucas tem sido
aplicadas com sucesso em escalas industriais, geralmente decorrentes de
problemas ambientais, segurança e dificuldades na aplicação. Exemplos destas técnicas são: sistemas de injeção de cloro, aplicação de luz ultravioleta,
tintas e etc. A grande maioria dos produtos químicos utilizados é eficaz, porém freqüentemente apresentam algum tipo de prejuízo ao meio ambiente.
Desta forma, o ozônio aparece como uma boa alternativa, por ser altamente
oxidante da matéria orgânica, sem apresentar um alto risco residual. A partir
de sua descoberta e considerando suas características, o ozônio despertou
grande interesse, sendo atualmente empregado para as mais diversas finalidades.
OBJETIVO
Este trabalho tem como objetivo desenvolver um sistema de diluição para a realização das medidas das concentrações de ozônio, utilizando ar
atmosférico como combustível primário, para possível aplicação no controle
de Limnoperna fortunei (mexilhão dourado) em sistemas de usinas hidrelétricas, e outras possíveis aplicações no meio ambiente. Serão realizados tesLivro de Resumos Estendidos
2009 | 2010
217
tes e avaliações das concentrações geradas de ozônio, visando à elaboração
de curvas de calibração do mesmo. Durante a geração, por equipamentos
fornecidos pela empresa Brasil Ozônio, serão analisadas as interferências das
condições do ambiente, como umidade e temperatura.
METODOLOGIA
Foram testados 3 processos distintos:
Processo 1: O ar atmosférico passa pelo secador e é transportado,
com um fluxo controlado por uma bomba e medido por um fluxímetro, através de mangueiras até o gerador BRO3 onde é convertido em ozônio. Após
esse processo, temos uma nova medição da vazão, e este produto é dirigido
ao sistema de diluição para a mistura. Simultaneamente a este processo temos uma bomba captando ar atmosférico e enviando-o ao sistema de diluição. Dentro do sistema de diluição temos um regime turbulento forçando a
mistura dos gases. A próxima etapa é a leitura dos gases diluídos pelo analisador HORIBA.
Processo 2: Difere-se do processo 1 apenas por substituir o secador de ar atmosférico por um concentrador de oxigênio, fornecendo um
maior volume de moléculas a serem transformadas em ozônio, aumentando
assim, o rendimento do gerador BRO3.
Processo 3: Difere-se dos outros processos pois nesta etapa não foi
utilizado nenhum equipamento com o objetivo de alterar a constituição do
ar atmosférico de alimentação do gerador de ozônio BRO3.
Foi possível obter uma série de dados para diferentes avaliações.
Esses dados foram utilizados para a geração de gráficos comparativos com o
objetivo de facilitar a visualização e conseqüente avaliação. Foram realizados
testes em duas situações distintas:
Processo 1 - geração do ozônio utilizando mangueiras de poliuretano e secador de ar, variando a vazão de diluição e fixando a vazão do ozônio gerado e processo 2 - geração do ozônio com utilização de mangueiras
de silicone e concentrador de oxigênio.
218
No processo 1, pôde-se observar que a redução de 0,5°C proporcionou um aumento da concentração do ozônio. Fixando-se a temperatura
em 25°C pode-se observar basicamente o mesmo comportamento. Comparando o processo nas temperaturas 17°C, 17,5°C e 25°C, foi observado que o
aumento de temperatura de praticamente 8°C não influenciou mais no aumento de concentração de ozônio, portanto pode-se afirmar que existe uma
temperatura ótima onde a geração se torna estável.
Pôde-se verificar a tendência de aumento da concentração de
ozônio como consequencia da diminuição da vazão de diluição. Esse resultado atende ao esperado, tendo em vista que, quanto menor a vazão de ar no
sistema, menor será a diluição do gás ozônio e maior serão as suas concentrações. Podemos ainda levantar a questão a respeito dos fatores que influenciam nos resultados dos testes como por exemplo a temperatura e a umidade, condições estas que em nenhum momento puderam ser reproduzidas.
Segundo os testes, foi possível facilmente notar a variação da
concentração final tendo como base as diferentes situações de temperatura
(15oC na medição 1, 14,3 oC na medição 2 e 12,9 o C na medição 3) e umidade (40% na medição 1 e 2 e 71% na medição 3). Não foi possível quantificar
essa interferência, pois não houve possibilidade da execução de mais testes
variando a temperatura e umidade tendo em vista que a proposta do trabalho era outra. Outro fator, que visivelmente interferiu nos resultados foi a
utilização de mangueiras Poliuretano devido a sua reatividade em presença
de ozônio (reação de oxidação do polímero). Ao final dos testes foi verificada,
nas mangueiras responsáveis por transportar o ozônio, uma intensa modificação da coloração do material passando do azul para o verde. Foi verificado
também o rompimento de uma dessas mangueiras causando um pequeno
vazamento. Assim decidimos pela substituição das mangueiras de Poliuretano por mangueiras de silicone, inerte ao ozônio.
No processo 2, fixando-se a temperatura em 16.5oC pôde-se observar que há uma grande instabilidade na concentração do ozônio medido
quando a relação do ar de diluição é muito maior com relação a vazão do gás
estudado. Torna-se necessário a realização de uma quantidade maior de curvas para aplicação em modelos matemáticos. Através do sistema de equacionamento matemático obtivemos a curva real de concentração abaixo. Foi
adotada a metodologia do balanço de massa teórico. Analisando os valores
convertidos pudemos observar que o equacionamento acima comprova a
instabilidade no processo de geração do ozônio ao longo do tempo.
2009 | 2010
219
CONCLUSÃO
Os dados obtidos nesses ensaios permitem a avaliação quantitativa do equipamento de geração de ozônio e a opção de utilização de sistemas
de diluição para o estudo específico das concentrações de gases nocivos ao
meio ambiente, entretanto, podemos salientar como uma das principais conclusões desse trabalho a interferência de fatores ligados ao clima como umidade e temperatura, e a característica de interação dos materiais com o gás
causando corrosão, que comprovadamente influenciaram nos resultados.
Os resultados obtidos demonstram-se muito úteis para estudos
de tratamento de controle de bioincrustações causadas pelo mexilhão dourado em sistemas que utilizam a água bruta. Porém, estudos laboratoriais
mais específicos precisam ser realizados afim de avaliar os impactos do tratamento nos animais. Além disto, a ozonização pode ser útil no tratamento de
efluentes industriais, processos de descontaminação e controle da poluição
ambiental. Desta forma, ozonizadores comerciais ou mesmo construídos em
laboratório podem ser facilmente adaptados para os fins discutidos e para as
aplicações citadas.
Esse trabalho abre margem a realização de novos experimentos
com ozônio tendo como objetivos a avaliação da influência de fatores climáticos, bem como as reações de corrosão a materiais utilizados no transporte
ou que de alguma forma entrem em contato com esse gás.
AGRADECIMENTOS
Bolsas de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação, a todos
que contribuíram de alguma forma para a realização desse projeto podendo
citar os colegas de trabalho, o pesquisador Jair Duarte, minha namorada Patricia e ao LACTEC, pelo apoio financeiro, acadêmico e de infra-estrutura para
a elaboração deste projeto de pesquisa e desenvolvimento.
REFERÊNCIAS
ALMEIDA, E., ASSALIN, M. R.; ROSA, M. A. & DURAN N., 2004. Tratamento de
efluentes industriais por processos oxidativos na presença de ozônio. Quím.
Nova, São Paulo, v. 27, n. 5.
220
ARMAROLI, J. G., 2007. Nova abordagem de ozonizadores para tratamento de
água e esgoto por descarga corona. São Carlos: Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) – Universidade de São Paulo.
BASKIN, Y. A plague of rats and rubber-vines. The growing threat of species invasions. The Scientific Comitee of Problems on the Environment (SCOPE). Washington, USA: Island Press, 2002.
DARRIGRAN, G. & EZCURRA DE DRAGO, I. 2000. Ivasion of the exotic freshwater
mussel Limnoperna fortunei (Dunker, 1857) (Bivalvia: Mytilidae) in South America. The Nautilus, 114(2): 69-73.
DARRIGRAN, G.; PENCHASZADEH, P. & DAMBORENEA, M. C. 2000. An invasion
tale: Limnoperna fortunei (Dunker, 1857) (Mytilidae) in the Neotropics. Proc.
10th International Aquatic Nuisance Species and Zebra-Mussels Conference,
Toronto, Canadá: 219-224.
ELIASSON, B. & KOGELSCHATZ, U., 1991. Modeling and Applications of Silent
Discharge Plasmas. IEEE Transactions on Plasma Science, v. 19, n. 2.
GOGATE P. R., PANDIT A. B., 2004. A review of imperative technologies for wastewater treatment I: oxidation technologies at ambient conditions. Advances
in Environmental Research v. 8, 501–551.
GONÇALVES, R. F., 2003. Desinfecção de Efluentes Sanitários. Rio de Janeiro:
Projeto PROSAB; FINEP.
HASSEMER, M. E. N., 2000. Tratamento de efluente têxtil: processo físico-químico com ozônio e floculação em meio granular. Florianópolis. Dissertação (Mestrado em Engenharia Ambiental) – Universidade Federal de Santa Catarina.
KUNZ, A., FREIRE, R. S., ROHWEDDER J. J. R.; DURAN, N., MANSILLA H. e RODRIGUEZ J., 1999. Construção e otimização de um sistema para produção e aplicação de ozônio em escala de laboratório. Quím. Nova, São Paulo, v. 22, n. 3.
MACK, R.; SIMBERLOFF, D.; LONSDALE, M.W; EVANS, H.; CLOUT, M., BAZZAZ, F.A.
(2000). Biotic invasions: causes, epidemiological, global consequences, and
control. Ecol. Appl. 10 (3): 689-710.
MAHMOUD, A. & FREIRE, R. S., 2007 Métodos emergentes para aumentar a eficiência do ozônio no tratamento de águas contaminadas. Quim. Nova, v. 30, n. 1.
MANSTEN, S. J. & DAVIES, S. H. R., 1994. The use of ozonation to degrade organic
contaminants in wastewaters. Environ. Sci. Techno. v. 28, n. 4
MINISTÉRIO DO MEIO AMBIENTE – MMA - SECRETARIA DE QUALIDADE AMBIENTAL NOS ASSENTAMENTOS HUMANOS. 2004. Relatório Final Força Tarefa
Nacional para Controle do Mexilhão-Dourado. Brasília, DF.
MORTON, B. 1975. The Colonization of Hong Kong’s raw water supply system
by Limnoperna fortunei (Dunker, 1857) (Bivalvia: Mytilacea) from China. Malacol. Rev., 8: 91-105.
PASTORINO, G.; DARRIGRAN, G.; MARTIN, S. & LUNASCHI, L. 1993. Limnoperna
fortunei (Dunker, 1857) (Mytilidae), nuevo bivalvo invasor em águas Del Rio
de la Plata. Neotropica, 39 (101-102): 34.
2009 | 2010
221
PHILLIPS, S.; DARLAND, T. & SYTSMA, M. 2005. Potencial Economic Impacts
of Zebra Mussels on the Hydropower Facilities in the Columbia River Basin.
Prepared for the Bonneville Power Administration by Pacific States Marine
Fisheries Commission. http://www.psmfc.org/
SIMKINS, L. J. and JONES, J. D. 1997. The impact of Zebra Mussels on corrosion
of steel structures. In: Zebra Mussels and Aquatic Nuisance Species. Edited by
Frank M. D’Itri. 305-327.
VITOUSEK P.M., H.A. MOONEY, J. LUBCHENCO y J.M. MELILLO. 1997. Human
domination of Earth’s ecosystems. Science 277: 494-499.
222
AFERIDOR DE
MEDIDORES DE ENERGIA
ELÉTRICA SEM
INTERRUPÇÃO NO
FORNECIMENTO
DE ENERGIA
CNPq - 109373/2009-0
Autor: Tiago Andrei Adamczevski
Departamento: DPEE
Orientador: Rogers Demonti
Área de conhecimento: 3.04.02.00-0: Medidas Elétricas,
Magnéticas e Eletrônicas, Instrumentação
Palavras-chave: Aferidor de medidores; Carga artificial;
Aferição sem interrupção
2009 | 2010
223
224
INTRODUÇÃO
Medidores de energia elétrica são equipamentos que tem como
finalidade mensurar a quantidade de energia que está sendo consumida por
uma residência, empresa, ou equipamento elétrico. Porém ao longo de sua
vida útil, esses medidores acabam adquirindo erros em suas medidas, prejudicando dessa forma a concessionária ou o consumidor. Para não haver
dúvidas quanto a medição de energia e nem o cliente ou prestador e serviço
arcar com prejuízos, é usado um sistema de verificação que mostra o erro do
medidor em relação ao valor correto. Para o cálculo desse erro, o sistema de
aferição do medidor deve gerar correntes de 1.5 A, 3 A 15 A, e 15 A com 60°
de defasagem indutiva, conforme a norma de testes nos medidores de energia elétrica, a partir da rede elétrica.
Os equipamentos atualmente desenvolvidos que efetuam estes
testes necessitam que o fornecimento de energia à carga seja interrompido,
o que é uma situação muitas vezes indesejada. Por isso faz-se necessário a
construção de um equipamento que contorne este problema.
Por esse projeto ser de grande complexidade, este trabalho decida-se à apenas desenvolver um módulo de potência capaz de gerar as correntes necessárias. Para isto, foi escolhido a uso de inversores de tensão. Estes
são conversores estáticos de tensão destinados a transformar uma fonte de
tensão contínua (CC) em uma fonte de tensão alternada (CA). São geralmente encontrados na forma de dois circuitos: ponte completa ou meia ponte.
A idéia de um inversor de tensão é basicamente, variar a tensão
aplicada sobre uma carga. Para isto, utilizam-se sinais de controle nas chaves
(transistores) que decidem quais serão fechadas (ou abertas) e por quanto
tempo as mesmas permanecerão neste estado. Dependendo do tipo de carga utilizada (resistiva, capacitiva ou indutiva) podemos obter tanto correntes
quanto tensões alternadas na saída dos conversores.
2009 | 2010
225
OBJETIVOS
O trabalho realizado teve como objetivo desenvolver um equipamento capaz de realizar testes nos medidores de energia elétrica sem a
necessidade da interrupção no fornecimento de energia à carga. Testes foram realizados de tal forma a verificar a funcionalidade do circuito integrado
inversor de tensão capaz de gerar as correntes de teste para os medidores.
METODOLOGIA
Inicialmente foi necessário um estudo sobre o processador utilizado na geração dos sinais de teste (DSP TMS320F28335). Depois passou-se ao
desenvolvimento do hardware necessário utilizando softwares adequados e
só assim foram realizados testes com o circuito integrado inversor (TLE5206).
Os testes foram feitos utilizando-se dois tipos de modulação: uma com dois
sinais de PWM e outra com apenas um sinal.
O circuito utilizado para os testes era constituído pelo TLE5206,
uma carga indutiva e um transformador abaixador em série com o indutor.
Também foi utilizado um pequeno circuito de segurança constituído por um
monoestável para evitar danos ao TLE5206, caso não existisse modulação alguma nas suas entradas.
FIGURA 1 - ESQUEMA ELÉTRICO DO CIRCUITO UTILIZADO COMPOSTO POR UMA
CARGA INDUTIVA, O TLE5206 E UM TRANSFORMADOR ABAIXADOR.
226
RESULTADOS
Foi encontrado um tempo de resposta ou propagação no componente de 11,5 µs. Que impossibilitou o uso de freqüências elevadas.
FIGURA 2 - CORRENTE DE SAÍDA UTILIZANDO PWM E UM SINAL DE CONTROLE
A Figura 2 foi capturada do equipamento que estava sendo utilizado e mostra no canal 4 a corrente obtida para a modulação com apenas um
único sinal de PWM (canal 1). Como se pode notar ela não é uma corrente
puramente senoidal.
FIGURA 3 - CORRENTE DE SAÍDA USANDO DOIS SINAIS DE PWM.
A Figura 3 mostra a corrente de saída para o caso em que uma modulação usando dois sinais de PWM foi utilizada. Nos canais 1 e 2 são encontrados os sinais de PWM, um complementar ao outro, e no canal 4 a resposta
da corrente no indutor para cada período de modulação.
2009 | 2010
227
FIGURA 4 - TENSÃO SOBRE O INDUTOR UTILIZANDO MODULAÇÃO COM UM
PINO DE PWM APENAS.
A Figura 4 ilustra a diferença de potencial sobre o indutor. Podemos notar uma componente em 60 Hz que foi a responsável por causar o
achatamento na passagem por zero das correntes verificadas anteriormente.
CONCLUSÃO
O inversor de tensão TLE5206 mostrou-se ser uma boa opção para
chaveamento de tensões em baixas freqüências. A freqüência utilizada deve
respeitar seu tempo de reposta, relativamente alto.
A modulação com apenas um pino de PWM mostrou-se uma boa
opção em situações em que só se tem um sinal e seu complemento não pode
ser gerado. Esta modulação proporcionou os mesmos resultados do que a
modulação com dois sinais PWM’s.
O chaveamento da corrente apresentou um efeito indesejado em
ambas as modulações. Este fenômeno ocorreu devido ao transformador conectado em série com o indutor.
AGRADECIMENTOS
228
deste projeto de pesquisa e desenvolvimento. ao meu lado, aos colegas estagiários que me apoiaram e ao LACTEC, pelo apoio financeiro, acadêmico e
de infra-estrutura para a elaboração deste projeto de pesquisa e desenvolvimento.
REFERÊNCIAS
[1] Folha de Dados TLE5206 – Disponível em : http://www.datasheetcatalog.
com/datasheets_pdf/T/L/E/5/TLE5206-2.shtml Acesso em: Todo o período
da bolsa
[2] TMS320x2833x Enhanced Pulse Width Modulator (ePWM) Reference
Guide– Disponível em :
http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/
tms320f28335.html Acesso em: Todo o período da bolsa
[3] TMS320x2833x System Control and Interrupts Reference Guide (Rev. C)
Disponível em : http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/tms320f28335.
html Acesso em: Todo o período da bolsa
[4] TMS320C28x Floating Point Unit and Instruction Set Reference Guide (Rev.
A)
Disponível em : http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/tms320f28335.
html Acesso em: Todo o período da bolsa
[5] Associação Brasileira de Normas Técnicas. NR8380: Verificação em serviço
de medidores de energia ativa. Rio de Janeiro: ABNT, 1984.
2009 | 2010
229
230
PREPARAÇÃO E
CARACTERIZAÇÃO DE
ELETRÓLITOS SÓLIDOS A
BASE DE CÉRIA
DUPLAMENTE DOPADA
COM ÍTRIA E LANTÂNIA
CNPq - 108629/2009-0
Autor: Viviane Tiemi Utumi
Departamento: DPTM
Área de conhecimento: 1.06.03.02-6: Eletroquímica; 3.03.05.02-0: Cerâmicos
Palavras-chave: eletrólito sólido, condutividade iônica
2009 | 2010
231
232
RESUMO ESTENDIDO
Neste trabalho são apresentados os resultados da caracterização
físico-química e das propriedades elétricas do eletrólito sólido a base de céria duplamente dopada com ítria e lantânia Ce0,8Y0,2-xLaxO1,9 (x=0,0; 0,05; 0,1;
0,15; 0,2). Foram obtidos eletrólitos sólidos com densidade superiores a 94%
em relação a densidade teórica após tratamento térmico a 1450ºC/5h. Por
medidas de difração de raios-X foi caracterizado que todas as composições
estudadas apresentaram uma estrutura cúbica do tipo fluorita. Um pequeno deslocamento dos ângulos de difração para valores menores de 2 foi
relacionado ao aumento do parâmetro de rede da estrutura cúbica devido
ao maior raio iônico do íon lantânio em relação ao íon ítrio. Os dados de espectroscopia Raman confirmam a estrutura cúbica pela presença de um pico
F2g na freqüência entre 455 cm-1 e 476 cm-1, sendo que para as amostras com
maior conteúdo de lantânia o pico F2g se desloca para valores menores de
freqüência. A condutividade iônica do composto Ce0,8Y0,2-xLaxO1,9 foi determinada por meio de medidas de espectroscopia de impedância eletroquímica
,efetuada em atmosfera de ar, numa faixa de temperatura entre 400 ºC a 800
ºC, realizadas em intervalos de 50 ºC. Para a faixa de temperatura estudada,
a condutividade aumenta com o aumento da temperatura. Amostras com
lantânia apresentaram menores valores de condutividade, indicando que a
lantânia na rede da céria contribui para uma maior resistência ao transporte
iônico.
INTRODUÇÃO
As células a combustível são vistas como uma promissora tecnologia de geração de energia para o futuro. Um exemplo são as células a combustível de óxido sólido - CCOS, onde os eletrodos e o eletrólito são óxidos.
Atualmente o material mais utilizado como eletrólito numa na CCOS é a zircônia estabilizada com ítria, que funciona na temperatura de 1000 °C. No enLivro de Resumos Estendidos
2009 | 2010
233
tanto, esta alta temperatura de funcionamento traz algumas desvantagens
como, por exemplo, a limitação na escolha de materiais, não podendo ser
utilizadas ligas metálicas para componentes das células, os quais possuem
um custo de fabricação menor do que as cerâmicas. Também possuem um
tempo de vida útil curto, sendo uma conseqüência da degradação térmica
e corrosão dos materiais.[1] Diante destes desafios, tornou-se grande o interesse em desenvolver materiais que possam servir como eletrólitos sólidos
em temperaturas mais baixas, entre 500 °C - 700 °C. Os materiais tradicionais
mais promissores para utilização em células a combustível de óxido sólido a
baixas temperaturas são materiais a base de óxidos de cério dopados com
óxidos de terra rara ou alcalinos terrosos. A contribuição deste trabalho foi
realizar o estudo da síntese e caracterização da cerâmica a base de céria dopada com ítria e lantânia como eletrólito sólido, para aplicação em células a
combustível de óxido sólido de temperatura intermediária de operação.
OBJETIVOS
Estudar o eletrólito sólido a base de céria duplamente dopada
com ítria e lantânia, como cerâmica iônica para aplicação em células a combustível de óxido sólido de temperatura intermediária de operação. Os objetivos específicos foram:
- realizar a sintetize e caracterização físico-química do composto
Ce0,8Y0,2-xLaxO1,9 variando o conteúdo de lantânia em relação a ítria;
- determinar as propriedades elétricas do eletrólito sólido de céria
duplamente dopado com ítria e lantânia por medidas de espectrospocia de
impe^dancia eletroquímica;
METODOLOGIA
Primeiramente foram preparadas amostras de pó do composto
Ce0,8Y0,2-xLaxO1,9 pelo método de combustão, onde variou-se a composição de
lantânia e ítria, com x variando entre 0 e 0,20. O pó resultante da combustão
foi calcinado à 700ºC por 2 horas para eliminação de resíduos de compostos
de carbono. Após calcinação as amostras foram compactadas em forma de
pastilhas e sinterizadas à 1450 ºC por 5 horas. A sinterização é um processo
234
realizado para obter uma amostra cerâmica com determinadas propriedades
físicas, neste caso buscou-se um alto grau de densificação. A caracterização
das amostras sinterizadas foi realizada por difratometria de raios-X, espectroscopia Raman e espectroscopia de impedância eletroquímica.
RESULTADOS
Na Figura 1, está apresentado o difratograma de raios-X das amostras de Ce0,8Y0,2-xLaxO1,9 sinterizadas à 1450 ºC/5horas. O difratograma é caracterizado por nove picos na faixa entre 20 a 90 º 2, correspondente a estrutura cúbica da céria.
Ce0,8Y0,2-xLaxO1,9
x=0,20
Intensidade
x=0,15
x=0,10
x=0,05
x=0
20
40
60
2θ (Grau)
80
100
FIGURA 1 - DIFRATOGRAMA DE RAIOS-X DAS AMOSTRAS SINTERIZADAS À 1450
ºC/5HORAS.
A partir dos dados de difração e utilizando um software para refinamento dos dados, calculou-se o parâmetro de rede da estrutura cúbica e
observou-se que o parâmetro de rede aumenta com o aumento do conteúdo
de lantânia na amostra. Isto se deve ao fato de que o raio iônico do íon lantânio é maior do que o raio iônico do íon ítrio, o íons que está sendo substituído pelo íon lantânio no processo de dopagem. O maior raio iônico resulta
numa expansão da rede cúbica da céria.
2009 | 2010
235
Contante de rede (Angstron)
5,46
5,43
5,40
0,0
0,1
0,2
x em Ce0,8Y0,2-xLaxO1,9
x em
Ce0,8Y0,2-xLaxO1,9
x= 0,0
x= 0,05
x= 0,10
x= 0,15
x= 0,20
Parâmetro de rede
(Å)
5,4010
5,4159
5,4309
5,4418
5,4565
FIGURA 2 -PARÂMETRO DE REDE EM FUNÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE LANTÂNIA
DAS AMOSTRAS SINTERIZADAS À 1450ºC/5HORAS(ESQUERDA). TABELA COM
OS VALORES (DIREITA).
As amostras sinterizadas à 1450°C/5h de Ce0,8Y0,2-xLaxO1,9 apresentaram boa densificação, isto é, material compacto com pouco poroso. Os
valores de densidade aparente foram determinados utilizando o princípio
de Arquimedes, e os valores são expressos como porcentagem em relação
a densidade teórica (D%), que utiliza os parâmetros de rede dos dados de
difração de raios-X. Os valores da densidade estão apresentados na Tabela 1.
Amostra
Ce0,8Y0,2O1,9
Ce0,8Y0,15 La0,05 O1,9
Ce0,8Y0,10 La0,10 O1,9
Ce0,8Y0,05 La0,15 O1,9
Ce0,8 La0,20 O1,9
236
Da( g/cm-3)
6,347
6,680
6,586
6,780
6,777
Dt( g/cm-3)
6,744
6,820
6,913
6,961
6,980
D%
94,11%
97,95%
95,27%
97,40%
97,09%
TABELA 2 -VALORES DE DENSIDADE APARENTE (Da) E DA DENSIDADE TEÓRICA
(Dt) PARA AMOSTRAS SINTERIZADAS À 1450 ºC/5H.
Uma análise por Espectroscopia Raman das amostras sinterizadas
detectou o aparecimento de um pico em ~ 465 cm-1 (Figura 3) referente ao
modo vibracional F2g, típico de estruturas do tipo fluorita e dois picos menores entre ~ 520 e ~ 650 cm-1 que estão relacionados a concentração de
vacâncias de oxigênio [2-3].
As vacâncias de oxigênio são defeitos responsáveis pela condução
iônica da céria dopada. A reação de formação das vacâncias pode ser representada pela equação abaixo:
Y2O3 = 2Y`Ce + 3Ox0 + V..0
Ce0,8La0,2O1,9
Intensidade Relativa
Ce0,8Y0,05La0,15O1,9
Ce0,8Y0,1La0,1O1,9
Ce0,8Y0,15La0,05O1,9
Ce0,8Y0,2O1,9
200
300
400
500
600
700
numero de onda /cm-1
FIGURA 4 -ESPECTRO RAMAN DO COMPOSTO
1450°C/5H.
Ce0,8Y0,2-xLaxO1,9 SINTERIZADO A
A condutividade iônica (| |) das amostras foi determinada por medidas de espectroscopia de impedância eletroquímica e utilizando a relação
entre a condutividade e a resistência (R) da amostra e suas dimensões geométricas (espessura, l, e área (s), ( | | | | | | | | | | | | | | | | | |) , onde resistividade
é dada por | | | | | | | | R.s/l). O valor de R é obtido a partir da curva do gráfico
da figura 5 onde a parte imaginária da impedância corta o eixo real, que corresponde a resistência do total da cerâmica. Na figura 5 estão apresentados
gráficos para diferentes temperaturas e para a composição Ce0,8Y0,15La0,005O1,9.
2009 | 2010
237
Pode-se perceber que a resistência do material diminui com o aumento de
temperatura, o que aumenta a condutividade. Isso se deve ao fato de que
com o aumento da temperatura, aumentam-se as imperfeições no sólido (vacâncias, posições intersticiais, etc.), o que acarreta numa maior facilidade do
transporte dos íons através do eletrólito, aumentando a condutividade.
-300
Ce0,8Y0,15La0,05O1,9
400°C
450°C
500°C
550°C
600°C
650°C
700°C
750°C
800°C
Z' (Ω)
-200
-100
0
0
100
200
300
Z''(Ω)
Composição
Ce0,8Y0,2-xLaxO1,9
x= 0,0
x= 0,05
x= 0,10
x= 0,15
x= 0,20
Condutividade
(mScm-1)
700 ºC
25
12
12
13
12
FIGURA 2 -REPRESENTAÇÃO GRÁFICA DOS ESPECTROS DE IMPEDÂNCIA
EM ATMOSFERA DE AR PARA A COMPOSIÇÃO CE0,8Y0,15 LA0,05O1,9 (ESQUERDA).
TABELA COM VALORES DE CONDUTIVIDADE A 700 ºC (DIREITA).
CONCLUSÃO
O aumento da concentração de lantânia no composto, Ce0,8Y0,2-x
Lax O1,9 , conduziu a maiores valores do parâmetro de rede, confirmando que
238
a dopagem com lantânia tende a aumentar a deformação da rede da estrutura cristalina devido ao maior raio iônico do íon La3+ em relação ao íon Y3+.
A análise das amostras sinterizadas, por espectroscopia Raman, evidenciou o
modo vibracional F2g típico de estruturas do tipo fluorita corroborando com
os dados de difração de raios-X. As medidas de condutividade, obtidas por
espectroscopia de impedância eletroquímica, mostraram que com o aumento da temperatura os valores de resistência para ambos os compostos diminuem e a condutividade aumenta. A lantânia não contribui para um aumento na condutividade da cerâmica.
AGRADECIMENTOS
Ao PIBITI/CNPq (Programa Institucional de Bolsas de Iniciação em
Desenvolvimento Tecnológico e Inovação), aos colegas de laboratório.
Ao professor Aldo José Gorgatti Zarbin, pela disposição do equipamento para as medidas de espectroscopia Raman.
Ao LACTEC, pelo apoio financeiro, acadêmico e de infra-estrutura
REFERÊNCIAS
[1] G. Cristiane, Preparação, caracterização e propriedades elétricas do eletrólito sólido Ba Ce0,8Y0,2O2,9. p.1-5,CURITIBA. 2008
[2] J.R. McBride,K.C. Hass, B.D. Poindexter, W.H.Weber,J. Appl. Phys. 76 (1994)
2435-2441.
[3] R.S. torrens, N.M.Sammes,G.A. Tompsett, Solid State Ionics 111 (1998)
9-15.
2009 | 2010
239
240
SISTEMA DE
AUTOMAÇÃO E
TRATAMENTO DE
DADOS DE ENSAIOS
REALIZADOS EM
GONIFOTÔMETRO
TIPO C
CNPq - Convidado
Autor: Otávio Mitsuru Shiono
Bolsista CNPq Convidado
Departamento: DPEE
Orientador: Alexandre Rasi Aoki
Palavras-chave: Fotometria, ensaio fotométrico, goniofotômetro,
dados fotométricos, arquivo fotométrico
2009 | 2010
241
242
INTRODUÇÃO
Os ensaios fotométricos são fundamentais para o desenvolvimento e aprimoramento da eficiência luminosa de luminárias, e por conseqüência, dos sistemas de iluminação. Para tal é verificada as características das
luminárias, como: o fluxo luminoso, a distribuição da intensidade luminosa, e
o rendimento luminoso.
O mapeamento da distribuição luminosa de luminárias possibilita
que a eficiência de um sistema de iluminação seja completa. Pois, evidentemente, um sistema de iluminação é basicamente constituído de equipamentos elétricos, e assim, normalmente a maior atenção de conservação de
energia é dada do ponto de vista elétrico. O ensaio fotométrico permite aperfeiçoar um sistema de iluminação do ponto de vista luminoso, ou seja, como
o olho humano é sensibilizado por fontes luminosas.
Para tal, é necessário conhecer as normas para ensaios fotométricos, grandezas, unidades e leis fotométricas.
OBJETIVO
Objetivo geral: Desenvolver sistema de automação e tratamento
de dados de ensaios fotométricos.
Objetivos específicos:
• Realizar estudo de ensaios fotométricos em luminárias;
• Realizar estudo de forma de apresentação de dados obtidos em
ensaios fotométricos na forma de relatórios e planilhas;
• Elaborar um programa de automação para a geração de relatórios e planilhas automatizados;
• Realizar simulações de ensaios do equipamento e geração de relatórios automáticos.
2009 | 2010
243
METODOLOGIA
Neste projeto, inicialmente foi realizado um levantamento das
principais normas nacionais e internacionais relacionadas a ensaios fotométricos em luminárias de iluminação pública, assim como um estudo sobre
fotometria e suas leis físicas.
Dentre as normas pesquisadas, as que apresentaram maior relevância foram: a norma CIE 121/1996 - The photometry and goniophotometry of luminaires da COMIMMISSION INTERNATIONALE DE L’ECLAIRAGE, que
contém os procedimentos padrão para a realização de ensaios fotométricos
em luminárias através de um goniofotômetro e a norma IES LM-63 - ANSI Approved Standard File Format for Electronic Transfer of Photometric Data and
Related Information da ILLUMINATING ENGINEERING SOCIETY, que descreve
como criar um arquivo para transferência e armazenamento de dados fotométricos usando o padrão IES.
O programa de tratamento de dados fotométricos automatizado
foi implementado na linguagem computacional gráfica do software LabVIEW
da National Instruments e na linguagem Visual Basic do Microsoft Excel e foi
incorporado ao sistema de controle do goniofotômetro que foi desenvolvido
em paralelo por outros autores, completamente na linguagem do software
LabVIEW.
O programa de tratamento de dados pode ser dividido em quatro etapas: a primeira etapa é responsável pela transferência dos dados fotométricos do programa de controle do goniofotômetro (LabVIEW) para o
software Microsoft Excel; a segunda etapa é responsável pela organização
dos dados transferidos em forma de uma tabela padrão de distribuição luminosa; na terceira etapa é aplicada a lei fotométrica do inverso do quadrado
das distâncias para converter a grandeza lux para candela; a quarta etapa é
responsável pela geração do gráfico de distribuição da intensidade luminosa.
Após a conclusão do programa de tratamento de dados incorporado ao programa de controle do goniofotômetro, foram realizados alguns
testes com luminárias para verificar o funcionamento do programa.
RESULTADO
Os testes, do programa de tratamento de dados, apresentaram re244
sultados satisfatórios, dadas condições não ideais de ensaio, como: goniofotômetro descalibrado e falta de uma infra-estrutura adequada para a sala de
ensaios fotométricos.
O funcionamento do programa, em si, foi satisfatório, uma vez que
as tabelas e gráficos foram devidamente gerados.
A seguir são apresentados os resultados de um teste do programa
de tratamento de dados que está integrado ao programa de controle do goniofotômetro onde foram utilizadas as seguintes configurações para o posicionamento do goniofotômetro:
=5e
= 5o , onde
FIGURA 1 - TABELA DE DISTRIBUIÇÃO DA INTENSIDADE LUMINOSA
2009 | 2010
245
FIGURA 2 - DIAGRAMA FOTOMÉTRICO
CONCLUSÃO
COMIMMISSION INTERNATIONALE DE L’ECLAIRAGE. CIE 121-1996: the photometry and goniophotometry of luminaires. Vienna, AUSTRIA, 1996.
CORRÊA, Gilberto José da Costa. Iluminação econômica: cálculo e avaliação,
3ª Ed; Porto Alegre, editora da PUC-RS, 1998.
ILLUMINATING ENGINEERING SOCIETY. IES LM-63-1995: Standard File Format
for Electronic Transfer of Photometric Data and Related Information, 1995.
LUMIÈRE, Revista. Curso de Fotometria. Disponível em: <http://www.iee.usp.
br/biblioteca/producao/2004/Artigos%20de%20Periodicos/rinaldo_aula2.
pdf>. Acessado em: 16 jan. 2006.
BURIOL, Tiago Martinuzzi. Processamento e Visualização de Campos em Ambientes Virtuais e Sistemas CAD 3D Aplicados a Projetos de Iluminação em
Subestações, Dissertação, Curitiba, 2006.
DIB, Wanderley Mauro. Goniofotômetro inteligente associado ao traçamento de curvas características clássicas de luminotécnica. Tese de doutorado.
Campinas, 2005.
246
DESENVOLVIMENTO E
IMPLANTAÇÃO DE
SISTEMA DE CONTROLE
DE GONIOFOTÔMETRO
TIPO C PARA ENSAIO EM
LUMINÁRIAS DE
ILUMINAÇÃO PÚBLICA C
CNPq - Convidado
Autor: Renato Daher
Bolsista CNPq Convidado
Departamento: DPEE
Orientador: Alexandre Rasi Aoki
Palavras-chave: Iluminação Pública, Fotometria, Automação
2009 | 2010
247
248
INTRODUÇÃO
O Goniofotômetro tem a finalidade de levantar as intensidades
luminosas em luminárias de iluminação pública nas diversas orientações de
uma fonte de luz no espaço. É constituído de três partes: Goniômetro (parte
física responsável por mudar a posição do sensor em relação à fonte de luz),
Filtros e Luxímetro.
Fazendo uma analogia, a luminária fica no centro de uma esfera
e o interesse é levantar a intensidade luminosa em cada ponto na casca da
esfera. Sendo assim, o Goniômetro tem um servomotor no eixo da luminária
responsável por um giro de 360º e um servomotor no eixo do espelho responsável por um giro de 180º, esses dois movimentos são suficientes para
que o sensor percorra toda a área.
Para isso, se faz necessário um programa para coordenar os movimentos dos servomotores e do luxímetro, para que seja possível o levantamento das curvas fotométricas das fontes.
OBJETIVO
Desenvolver sistema para controle de servomotores no software
LabView para possibilitar a implantação do Goniofotômetro Tipo C desenvolvido no LACTEC e, com isso, aumentar a capacidade do laboratório para
atender o Programa Brasileiro de Etiquetagem - PBE.
METODOLOGIA
Existem diversos tipos de sensores no mercado, após os estudos sobre servoacionamentos e encoders foi possível desenvolver um programa no
software labview, que atenda os parâmetros levantados aos servomotores em
2009 | 2010
249
relação à velocidade e posição.
A implantação do sistema de controle do movimento foi realizada
através de uma placa da National Instruments modelo 7342, conectada em um
barramento PCI de um Personal Computer - PC - responsável pelo controle,
comando e medição do sistema. A integração dos componentes pode ser resumida da seguinte forma: Computador – Placa Motion Control – Driver – Servomotores – Placa Motion Control.
Os sinais enviados pela Motion Control são recebidos pelo Driver,
que por sua vez os disponibiliza aos servomotores em forma de tensão e corrente, se convertendo em velocidade e torque. Os sinais que fecham a malha
de controle vêm do encoder de cada motor.
A Lógica de programação consiste basicamente em sincronizar os
dois eixos com o acionamento do luxímetro da seguinte forma: para cada movimento em graus do eixo do espelho (parâmetro controle do espelho 5º, 10º
ou 45º) o eixo da luminária gira 360º (parâmetro controle da luminária em 5º,
10º ou 45º). A cada movimento em graus do eixo da luminária, aciona- se o
luxímetro que ira medir o nível de iluminação naquele ponto, nesse momento
o programa salva as informações necessárias para o levantamento das curvas
fotométricas como a posição e a intensidade luminosa. Este procedimento
ocorre repetidamente até o eixo do espelho chegar ao parâmetro posição final
(de 90º ou 180º) percorrendo todos os pontos em volta da fonte de luz.
A partir disso, foram realizados primeiramente testes de lógica de
programação entre os servomotores, Luxímetro e o software. E desenvolvido
um programa de interface com o usuário através do labview. Posteriormente
foram Instalados os servomotores no goniômetro e realizados os testes finais
de funcionamento.
RESULTADOS
FIGURA 2 - PAINEL FRONTAL INTERFACE COM USUÁRIO
250
O painel traz a esquerda uma coluna que indica em tempo real o
posicionamento da luminária e o valor em lux da intesidade luminosa. Tem
por finalidade mostrar a funcionabilidade do sensor e do eixo do motor na
aquisição de dados.
Na parte superior são os dados do eixo da luminária como: velocidade em counts por segundo, aceleração e controle da luminária ( parâmetro
em graus de aquisição de dados 5º, 10º ou 45º ). A barra de cor azul tem escala de 0º a 360º indicando a posição da luminária.
Na parte inferior são os dados do eixo do espelho como: velocidade em counts por segundo, milliseconds to wait ( tempo para estabilização
do braço que suporta a luminária após se mover de uma posição a outra),
posição final ( se refere ao braço que suporta a lumiária e indica se o ensaio
ira até 90º ou 180º) e controle do espelho (parâmetro em graus de movimentação do braço 5º, 10º ou 45º ). A barra de cor azul tem escala de 0º a 180º
indicando a posição do braço que suporta a luminária, dando uma noção do
andamento do ensaio.
Na parte direita mostra o PID (Proporcional Integral derivativo) Parameters. Um dos recursos existentes no programa da placa Motion Control
é a função Auto Tune, para o ajuste dos ganhos Kp (ganho proporcional), Kd
(ganho derivativo) e Ki (ganho integrativo).
CONCLUSÃO
O Software LabView em conjunto com a placa da National
Instruments modelo 7342 atenderam as espectativas quanto ao controle de
velocidade e posicionamento dos dois servomotores, bem como o acionamento do luxímetro na aquisição de dados. Sendo possível o tratamento dessas informações para o levantamento das curvas fotométricas.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem ao CNPq, Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico, e ao LACTEC, pelo apoio financeiro, acadêmico e de infra-estrutura para a elaboração deste projeto de pesquisa e
desenvolvimento.
2009 | 2010
251
REFERÊNCIAS
NATIONAL INSTRUMENTS. LabView basics I – development. Austin, 2001. Catálogo técnico.
NATIONAL INSTRUMENTS. LabView basics II – development. Austin, 2001. Catálogo técnico.
NI National Instruments. LabVIEW Development Systems. Disponível em:
<http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/en/nid/2454>. Acessado em: 26
set. 2009.
WEG. Servoacionamentos. Disponível em: < http://www.mundoeletrico.
com/downloads/Guia_de_Aplicacao_de_Servoacionamentos.pdf>. Acessado em : 16 out. 2009.
WEG. Servoacionamentos. Disponível em: < http://catalogo.weg.com.br/
PES_CAT/detailProduto.asp?ID_MENU=1&cd_produto=242&CD_CATEGORIA_PRODUTO=20&CD_EMPRESA=140>. Acessado em : 16 out. 2009.
252
2009 | 2010
253

2010 - Institutos Lactec

Transcrição

Documentos relacionados

IndústrIas do setor eletroeletrônIco recebem abInee e lactec

Certificamos que ANGELITA CRISTINA MAQUERA

serviço público federal conselho regional de medicina veterinária

2011 - Institutos Lactec

Plano de Vôo -QUADRO REVISÃO de 22 março

EDITAL 2014/2015 Bolsa de Iniciação Científica PIBIC - FEA

Convênio CNPq/IAS (França)

Divulgação de resultados de concessão de auxílio

"PMEs, Clusters e Inovação: uma agenda para o MERCOSUL"

Apresentação da Marina Landeiro