http://hdl.handle.net/123456789/16 2026-04-28T19:21:03Z http://hdl.handle.net/123456789/10707 Título: VERIFICAÇÃO DO FIRE DYNAMICS SIMULATOR PARA ESTUDOS DE DISPERSÃO DE PARTÍCULAS Autor(es): MACHADO, Jefferson Wennio Marinho Resumo: A intensificação das regulações ambientais e o debate sobre mudanças climáticas impulsionam a busca por ferramentas precisas para a avaliação da dispersão de poluentes, especialmente materiais particulados (MP2,5 e MP10), e, diante da complexidade desses fenômenos e da dificuldade de reprodução experimental, a Fluidodinâmica Computacional surge como alternativa relevante. Este estudo teve como objetivo verificar a aplicabilidade do Fire Dynamics Simulator (FDS) para estudos de dispersão de partículas sólidas no ar, avaliando a capacidade do solver em prever o coeficiente de arraste e a velocidade terminal de partículas esféricas, cilíndricas e discoidais, modeladas por equivalência de área projetada a partir de tamanhos aerodinâmicos de 5 μm e 50 μm. A comparação entre os resultados numéricos e as soluções analíticas indicou boa concordância na previsão do coeficiente de arraste, com erros relativos inferiores a 5%, embora com maior dispersão no regime de Stokes, sobretudo para partículas menores, evidenciando maior sensibilidade numérica em escoamentos dominados por forças viscosas, enquanto no regime de transição observou-se maior robustez do modelo. Na determinação da velocidade terminal, o FDS apresentou excelente desempenho para partículas esféricas e cilíndricas, com erros da ordem de 1%; entretanto, para partículas discoidais, observou-se uma discrepância sistemática elevada, da ordem de 70%, caracterizada por forte linearidade e baixos desvios-padrão, afastando a hipótese de erro numérico e indicando uma limitação associada à metodologia de equivalência geométrica simples adotada, uma vez que a solução analítica, obtida por meio da equação clássica de velocidade terminal formulada para partículas esféricas, superestimou a velocidade terminal. Conclui-se que o FDS é uma ferramenta robusta para partículas esféricas e cilíndricas, porém sua aplicação a partículas não esféricas exige cautela e a adoção de correções geométricas adequadas. Descrição: The intensification of environmental regulations and the ongoing debate on climate change have driven the demand for accurate tools to assess pollutant dispersion, particularly with regard to particulate matter (PM2,5 and PM10). Given the complexity of these phenomena and the difficulty of experimental reproduction, Computational Fluid Dynamics has emerged as a widely employed computational tool. This study aimed to verify the applicability of the Fire Dynamics Simulator (FDS) for investigating the dispersion of solid particle in air by assessing the ability of the FDS solver to predict the drag coefficients and terminal velocities of spherical, cylindrical, and discoidal particles, modeled through projected-area equivalence based on aerodynamic diameters of 5 μm and 50 μm. The comparison between numerical results and analytical solutions showed good agreement in the prediction of the drag coefficient, with relative errors below 5%, although greater dispersion was observed in the Stokes regime, particularly for smaller particles, indicating higher numerical sensitivity in viscous-dominated flows. In contrast, greater model robustness was observed in the transitional regime. Regarding terminal velocity, FDS demonstrated consistent performance for spherical and cylindrical particles, with errors on the order of 1%, however, for discoidal particles, a pronounced systematic discrepancy of approximately 70% was observed, characterized by strong linearity and low standard deviations. The observed data do not support the hypothesis of numerical error and indicate a limitation associated with the simple geometric equivalence methodology adopted. This occurs because the analytical solution, obtained from the classical terminal velocity equation formulated for spherical particles, overestimated the terminal velocity. It is concluded that FDS is a robust and reliable tool for spherical and cylindrical particles, whereas its application to non-spherical particles requires caution and the adoption of appropriate geometric correction factors. 2026-01-21T00:00:00Z http://hdl.handle.net/123456789/10706 Título: USO DE MODELOS PREDITIVOS NÃO LINEARES NA PREVISÃO DE SATURAÇÃO DE FILTROS DIASTAR EM UMA REFINARIA DE ALUMINA Autor(es): SOUSA, Felipe Pereira Resumo: A produção de alumina pelo processo Bayer é limitada pela instabilidade das soluções supersaturadas utilizadas pelas refinarias de alumina. O processo de filtração de licor rico em alumina é vital para a qualidade do produto final, assim como a etapa mais impactada pelos níveis de supersaturação do licor. A elaboração de um modelo preditivo de saturação de filtros surgiu com a necessidade de um controle mais fino de turbidez e operação do equipamento em seu ponto ótimo. Foram desenvolvidos e comparados modelos de aprendizado de máquina, especificamente Multilayer Perceptron (MLP) e Random Forest, utilizando a linguagem Python. A base de dados utilizada compõe-se de conjuntos de dados históricos de filtros de uma refinaria, sendo a performance dos modelos avaliada através do coeficiente de determinação (R²) e do erro médio absoluto. Os resultados indicaram que o modelo MLP apresentou desempenho superior ao Random Forest, obtendo um coeficiente de determinação (R²) de 0,95 contra 0,86 do comparativo. As análises dos diferentes conjuntos no decorrer dos anos de 2022 a 2024 mostrou que a utilização de dados mais recentes no treinamento dos modelos é capaz de adequar predições à ajustes operacionais comuns no ambiente industrial. Descrição: The production of alumina by the Bayer process is limited by the instability of the supersaturated solutions used in alumina refineries. The filtration process of alumina-rich liquor is vital to the quality of the final product, as well as being the most affected stage by the liquor’s supersaturation levels. The development of a predictive model for filter saturation arose from the need for finer control of turbidity and for operating the equipment at its optimal point. Machine learning models were developed and compared, specifically Multilayer Perceptron (MLP) and Random Forest, using the Python programming language. The dataset used consists of historical data from filters in a refinery, and model performance was evaluated using the coefficient of determination (R²) and the mean absolute error. The results indicated that the MLP model outperformed the Random Forest, achieving a coefficient of determination (R²) of 0.95 compared to 0.86 for the latter. Analyses of different datasets over the years 2022 to 2024 showed that using more recent data for model training enables predictions to better adapt to common operational adjustments in the industrial environment. 2026-01-23T00:00:00Z http://hdl.handle.net/123456789/10705 Título: Aproveitamento sustentável dos resíduos do abacaxi de Turiaçu: uma abordagem termodinâmica e termoquímica Autor(es): COSTA, Diana Silva da Resumo: A utilização sustentável de resíduos agroindustriais constitui alternativa estratégica para mitigar impactos ambientais e viabilizar rotas renováveis de conversão energética. Avaliou-se o potencial de valorização termoquímica dos resíduos da produção do abacaxi de Turiaçu (MA), casca e coroa, por meio da integração entre caracterização físico-química e modelagem termodinâmica. As amostras foram submetidas à análise imediata e elementar, determinação do poder calorífico superior e caracterização por FTIR. A produção de gás de síntese rico em hidrogênio foi investigada por simulações de equilíbrio baseadas na minimização da energia livre de Gibbs (regime isotérmico) e na maximização da entropia (regime adiabático), considerando temperaturas entre 600 e 1100 K e razões água/biomassa de 5,7:1 a 19:1. Os resultados evidenciaram diferenças composicionais, com a casca apresentando maior teor de materiais voláteis (≈79%) e estrutura mais facilmente conversível, enquanto a coroa exibiu maior lignificação e caráter estruturalmente mais resistente. As simulações indicaram aumento da produção de hidrogênio com a elevação da temperatura. No regime isotérmico, a fração molar de H₂ aumentou progressivamente, atingindo cerca de 60% em temperaturas mais elevadas. No regime adiabático, a produção de hidrogênio estabilizou-se entre 60 e 64% em base seca, a partir de temperaturas iniciais próximas de 700 K, em função do autoaquecimento do sistema (ΔT ≈ 400 K). Em ambos os regimes, observou-se redução de espécies mais reduzidas, especialmente o metano. Os resultados confirmam o potencial de aproveitamento sustentável desses resíduos em processos termoquímicos avançados, com aplicação em estratégias de biorrefinaria voltadas à produção de hidrogênio renovável. Descrição: The sustainable use of agro-industrial residues represents a strategic alternative to mitigate environmental impacts and enable renewable energy conversion routes. This study evaluated the thermochemical valorization potential of residues from the production of Turiaçu pineapple (MA), namely peel and crown, through the integration of physicochemical characterization and thermodynamic modeling. The samples were subjected to proximate and ultimate analyses, higher heating value determination, and FTIR characterization. The production of hydrogenrich synthesis gas was investigated using equilibrium simulations based on Gibbs free energy minimization (isothermal regime) and entropy maximization (adiabatic regime), considering temperatures between 600 and 1100 K and water-to-biomass ratios ranging from 5.7:1 to 19:1. The results revealed compositional differences between the fractions, with the peel exhibiting a higher volatile matter content (≈79%) and a more readily convertible structure, while the crown showed higher lignification and greater structural recalcitrance. The simulations indicated an increase in hydrogen production with increasing temperature. Under isothermal conditions, the H₂ molar fraction increased progressively, reaching approximately 60% at higher temperatures. Under adiabatic conditions, hydrogen production stabilized between 60 and 64% on a dry basis from initial temperatures close to 700 K, due to system self-heating (ΔT ≈ 400 K). In both regimes, a reduction in more reduced species, particularly methane, was observed. These results confirm the potential for sustainable utilization of these residues in advanced thermochemical processes, supporting biorefinery strategies aimed at renewable hydrogen production. 2026-01-16T00:00:00Z http://hdl.handle.net/123456789/10291 Título: DESENVOLVIMENTO E AVALIAÇÃO DE FILMES BIODEGRADÁVEIS À BASE DE ALGINATO, MESOCARPO DE COCO BABAÇU E FIBRAS DE ARIRI Autor(es): PIRES, Vitória Santos Resumo: Os biocompósitos vêm ganhando destaque devido à crescente demanda por alternativas sustentáveis em substituição aos materiais petroquímicos não degradáveis. Entre as opções estudadas estão os biopolímeros naturais, como os polissacarídeos, que, em meio aquoso, formam géis e soluções viscosas e permitem o desenvolvimento de filmes biodegradáveis. O amido do mesocarpo de coco babaçu (AMCB), abundante no Maranhão, destaca-se como uma matéria-prima promissora por seu baixo custo, não toxicidade e fácil degradação, representando uma alternativa viável ao polietileno presente em curativos convencionais. Neste estudo, foram desenvolvidas membranas de biocompósitos à base de AMCB e alginato, reticuladas com cloreto de cálcio dihidratado (CaCl₂·2H₂O), agente de reticulação iônica dos grupos carboxilato do alginato e reforçadas com fibras do endocarpo de coco ariri, utilizada para melhorar a resistência mecânica das membranas. As formulações diferiram na concentração de glicerol, quantidade de CaCl₂ e presença de fios de algodão. Os filmes sem glicerol apresentaram-se quebradiços, enquanto os com maior teor de glicerol, que atua como plastificante, apresentaram melhor maleabilidade. Entre os resultados obtidos destacam-se: umidade de 7,72% a 31,18%, solubilidade de 28,56% a 49,64%, espessura de 0,14 a 0,24 mm e permeabilidade ao vapor d’água de 2,75 a 8,27 (g.mm)/(m².dia.kPa). As formulações F1 e F2 foram selecionadas por apresentarem os melhores desempenhos nas análises. O filme F2, com maior teor de CaCl₂, apresentou maior rigidez e tensão de ruptura, mas menor alongamento, o que restringe o movimento das cadeiras poliméricas. A análise morfológica revelou cristais de CaCl₂ e poros na superfície, enquanto as análises de difração raios X (DRX) confirmaram o caráter semicristalino dos filmes. Os resultados indicam o potencial das membranas como curativos biodegradáveis e embalagens. Estudos futuros incluem a adição de fibras e compostos bioativos para ampliar suas funcionalidades. Descrição: Biocomposites have been gaining prominence due to the growing demand for sustainable alternatives to replace non-degradable petrochemical materials. Among the options studied are natural biopolymers, such as polysaccharides, which, in aqueous media, form gels and viscous solutions, enabling the development of biodegradable films. The starch from babassu coconut mesocarp (BCMS), abundant in Maranhão, stands out as a promising raw material due to its low cost, non-toxicity, and easy degradation, representing a viable alternative to polyethylene found in conventional wound dressings. In this study, biocomposite membranes based on BCMS and alginate were developed, crosslinked with calcium chloride dihydrate (CaCl₂·2H₂O), an ionic crosslinking agent for the carboxylate groups of alginates, and reinforced with fibers from the ariri coconut endocarp, used to improve the mechanical strength of the membranes. The formulations differed in glycerol concentration, CaCl₂ content, and the presence of cotton threads. Films without glycerol were brittle, while those with higher glycerol content, which acts as a plasticizer, exhibited better flexibility. Among the results obtained, notable values include moisture content ranging from 7.72% to 31.18%, solubility from 28.56% to 49.64%, thickness from 0.14 to 0.24 mm, and water vapor permeability from 2.75 to 8.27 (g·mm)/(m²·day·kPa). Formulations F1 and F2 were selected for presenting the best performances in the analysis. The F2 film, with a higher CaCl₂ content, showed greater stiffness and tensile strength but lower elongation, which restricts the movement of the polymer chains. Morphological analysis revealed CaCl₂ crystals and pores on the surface, while X-ray diffraction (XRD) analyses confirmed the semicrystalline nature of the films. The results indicate the potential of these membranes for use as biodegradable wound dressings and packaging. Future studies include the addition of fiber and bioactive compounds to expand their functionalities. 2025-08-07T00:00:00Z