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Abrasive effects of sediments on impellers of pumps used for catching raw water.
(2018) Serrano, Rodrigo Otávio Peréa; Castro, Ana Leticia Pilz de; Mancilla Rico, Edwin Andres; Pinto, Maria Aparecida; Viana, Edna Maria de Faria; Martinez, Carlos Barreira
This study presents an analysis of the abrasive effects of sediments from the bed of the Acre River, Brazil, on the wear of three different ferrous materials employed in the manufacture of impellers of centrifuge pumps used to catch raw water. In order to evaluate the abrasive wear and specific wear coefficient (k) as a function of sediment concentration, tests were conducted in samples of SAE 8620 steel, nodular cast iron and gray cast iron by using a rotary-ball abrasion meter. These tests employed abrasive slurry with concentration of 1, 2, 3, 5 and 10 g L-1 of sediments in distilled water. The volume of worn material as a function of the relative velocity of water flow in relation to the impeller blades was mathematically estimated. The experimental results showed that: i) The semi-angular and semi-rounded shapes of the sediments from the Acre River produced evidence of micro-grooving and plastic deformation in the three metallic alloys; ii) SAE 8620 steel showed higher resistance to abrasive wear than samples of gray and nodular cast iron; iii) the increase in the volume of worn material due to increment in sediment concentration and the relative velocity of the mixture (water + sediment) to the rotor pads.
Aferição de parâmetros de labirinto hidráulico em turbinas Francis: proposta de uma bancada de teste.
(2020) Castro, Ana Leticia Pilz de; Serrano, Rodrigo Otávio Peréa; Sampaio, Mila Correa; Coelho, Stenio Augusto; Pinto, Maria Aparecida; Mancilla Rico, Edwin Andres; Viana, Edna Maria de Faria; Martinez, Carlos Barreira
A geração de energia elétrica no Brasil é fortemente dependente da hidroeletricidade. As turbinas hidráulicas são máquinas responsáveis em transformar a maior parte da energia do escoamento contínuo da água que a atravessa a usina hidrelétrica em trabalho mecânico. Os principais componentes das turbinas do tipo Francis são: o rotor, o distribuidor e a caixa espiral, e é no rotor onde estão localizados os anéis de desgaste superior e inferior, e entre os anéis de desgaste os labirintos inferior e superior. Contudo, a fuga de fluido que ocorre nos labirintos das turbinas hidráulicas um dos responsáveis pelas perdas de geração de energia elétrica, vislumbrou-se a necessidade de se desenvolver um aparato que permita simular um labirinto de uma turbina Francis, afim de obter parâmetros que poderão auxiliar na tomada de decisões de projetos nesse segmento.
Análise de ferramentas para corte de borracha no processo de filetamento de cabo de aço em emenda de correia transportadora.
(2020) Silva, Pablo César da; Magalhães, Paulo Henrique Vieira; Castro, Ana Leticia Pilz de; Magalhães, Paulo Henrique Vieira; Castro, Ana Leticia Pilz de; Rêgo Segundo, Alan Kardek; Viana, Edna Maria de Faria
Os transportadores de correia têm prevalecido no deslocamento de materiais a granel por vantagens econômicas, confiabilidade e versatilidade, segurança e capacidade. Na mineração têm papel fundamental, estão presentes em todas as etapas do processo. A substituição ou a instalação de uma nova correia de cabo de aço pode levar em média 42 horas para ser concluída. Atualmente, todo o processo é executado manualmente. O desenvolvimento de novas soluções automatizadas podem reduzir: o tempo de execução da emenda, a exposição humana aos riscos da atividade e os custos do processo. Este trabalho propõe o estudo de uma solução para remoção de borracha das correias, com a finalidade de aumentar a automatização do processo de emenda de correias. Muito tempo é despendido na remoção da borracha sobre os cabos de aço da estrutura da correia. Testes preliminares foram feitos usando uma lâmina padrão para identificar as forças envolvidas no processo convencional. Uma lâmina aquecida em formato do perfil dos cabos de aço da correia foi avaliada dentro dos limites de temperatura da correia. Uma ferramenta de corte por ultrassom também foi testada em diferentes frequências de operação. As ferramentas estudadas apresentaram menores esforços e menor tempo de execução dos cortes quando comparadas à ferramenta convencional, além de grande potencial de serem utilizadas em processos automatizados.
Avaliação do Plano Municipal de Saneamento Básico de Ouro Preto - Minas Gerais.
(2022) Gonçalves, Thiago João; Castro, Ana Leticia Pilz de; Nunes, Aline de Araújo; Castro, Ana Leticia Pilz de; Nunes, Aline de Araújo; Souza, Aline dos Reis
A Lei n. 14.026/ 2020, que atualiza o marco legal do saneamento básico, define Saneamento Básico como o “conjunto de serviços públicos, infraestruturas e instalações operacionais”, que integra abastecimento de água potável, esgotamento sanitário, limpeza urbana e manejo de resíduos sólidos e drenagem e manejo das águas pluviais urbanas. A conjuntura brasileira padece com as limitações desses serviços que se expressam, sobretudo, no âmbito de escala municipal. Diante dessas limitações, a Lei n. 11.445/07, com alterações da Lei n. 14.026/20, que estabelece diretrizes nacionais para o setor, cita a elaboração do Plano Municipal de Saneamento Básico como instrumento de planejamento, buscando a melhoria do atendimento dos serviços. Nesse contexto, o objetivo geral deste trabalho é realizar uma análise crítica do Plano Municipal de Saneamento (PMSB) do município de Ouro Preto, buscando sugerir seu aperfeiçoamento diante de eventuais lacunas identificadas. Para isso, foi realizado um levantamento de referencial teórico acerca do tema principal Saneamento Básico e Plano Municipal para contextualização, assim como análise do Plano no que se refere aos componentes do saneamento e os princípios fundamentais, preconizados na legislação em vigor. Na sequência, a metodologia foi dividida em duas etapas. A primeira, de caráter exploratório, e a segunda, de caráter qualitativo, a fim de analisar o PMSB do munícipio de Ouro Preto. Nesse sentido, foi adotada a lista de verificação (checklist) constituída por um conjunto de categorias, divididas em subcategorias, das quais foram analisados os componentes do saneamento, assim como os princípios fundamentais. Após a análise, é possível constatar que lacunas foram encontradas no Plano, no que tange aos componentes do saneamento e itens relacionados aos princípios, a saber: Políticas como combate à pobreza e sua erradicação; política e plano de prevenção de riscos e desastres, e política de gênero, promoção da igualdade, tecnologias sustentáveis e ferramentas como: o controle de emissões, mudanças climáticas, recuperação energética, Universalidade: falta de detalhes sobre a população que ainda não tem acesso aos serviços de saneamento. Destaca-se, ainda, a Equidade, que deixa de evidenciar as características sociais da população sem acesso aos serviços de saneamento como forma de priorizar os investimentos nessas populações. No princípio da Intersetorialidade, as políticas de combate à população carente, gênero e raça não aparecem no Plano. Portanto, conclui-se que o PMSB do município de Ouro Preto apresenta lacunas a serem resolvidas. O objetivo de encontrar e sanar as lacunas é melhorar as políticas para serem absorvidas nos processos de avaliação e/ou revisão, assim, o aperfeiçoamento se faz necessário, uma vez que é possível a melhoria das condições sanitárias e ambientais, assim como a promoção da saúde pública e a melhoria da qualidade de vida da população, Dessa forma, haverá benefício para as ações de planejamento dos serviços de saneamento básico no âmbito municipal, garantindo proteção ambiental, direito social, cidadania, condições de dignidade, saúde, sustentabilidade e qualidade de vida da população.
Case study : abrasive capacity of Limnoperna fortunei (golden mussel) shells on the wear of 3 different steel types.
(2019) Castro, Ana Leticia Pilz de; Serrano, Rodrigo Otávio Peréa; Pinto, Maria Aparecida; Silva, Gilberto Henrique Tavares Álvares da; Ribeiro, Livia de Andrade; Viana, Edna Maria de Faria; Martinez, Carlos Barreira
The impact of particles suspended in the water is responsible for the wear of mechanical surfaces in hydraulic systems. The characteristics and concentrations of these particles in the flow directly influence the intensity of the abrasion processes. Within this context, knowledge of the abrasive power of a particle is of great importance. It is known that an invasive species, known as golden mussel shell, has become embedded in several hydroelectric plants of the South and Southeast of Brazil, provoking an increase of the wear caused by shells that pass through the hydraulic system. In this context, the abrasive capacity of ground golden mussel shells on the three metallic materials used in the labyrinth component of the hydraulic turbines was analyzed. To determine the wear pattern and the relationship of the specific wear coefficient of the material (k), due to the increased concentration of golden mussel shell, micro-scale abrasive wear tests were performed on three different steel plates using abrasive suspensions at different concentrations of ground golden mussel shell in distilled water. The abrasivity of the golden mussel shell was also compared with the abrasivity of silicon carbide (SiC), commonly used as standard material in microabrasion tests. The analyses showed that the golden mussel shell is around 16 times less abrasive than the silicon carbide, taking into account the average obtained for the three different materials tested. In addition, the wear mechanisms acting on the SiC tests and those with the golden mussel shell were the same.
Desenvolvimento de uma metodologia de gestão de riscos em mananciais de abastecimento com múltiplas fontes : aplicação ao caso de Mariana, MG.
(2021) Reis, Isabel Francisco de Araujo; Castro, Ana Leticia Pilz de; Santiago, Aníbal da Fonseca; Castro, Ana Leticia Pilz de; Santiago, Aníbal da Fonseca; Vieira, José Manuel Pereira; Souza, Tamara Daiane de
Plano de Segurança da Água (PSA) é a abordagem preventiva que possui a finalidade de melhorar a qualidade da água. A presente pesquisa teve o objetivo de aplicar a matriz de classificação e priorização de riscos e propor medidas de controle para mitigar os riscos classificados nos mananciais de abastecimento do município de Mariana, MG, fornecendo, dessa forma, embasamento para a implementação do PSA. A pesquisa teve abordagem qualiquantitativa e utilizou pesquisa bibliográfica, documental, análises laboratoriais e trabalho de campo. Inicialmente o trabalho abordou o estudo do meio físico dos mananciais de abastecimento superficiais e teve como foco aspectos ambientais, principalmente aqueles que impactam a qualidade das águas dos mananciais. Posteriormente, foram avaliados os parâmetros da qualidade das águas. Essas informações subsidiaram a identificação de perigos potenciais que foram a base para a classificação e priorização de riscos e proposição de medidas de controle. Os resultados obtidos indicaram que os aspectos geológicos, morfológicos, pedológicos, o clima, a vegetação e o potencial à erosão associados às bacias hidrográficas refletiram no uso do solo do município, o que influenciou nos perigos potenciais identificados a montante dos mananciais de abastecimento. Os resultados obtidos indicaram que os aspectos geológicos, morfológicos, pedológicos, o clima, a vegetação e o potencial à erosão associados às bacias hidrográficas refletiram no uso do solo do município, o que influenciou nos perigos potenciais identificados a montante dos mananciais de abastecimento. Os resultados mostraram, ainda, que, no gerenciamento de riscos, é importante especificar características dos pontos de captações, pois essas peculiaridades serviram de subsídio para aplicar a matriz de classificação de riscos. Pontuar os contaminantes nocivos à saúde foi fundamental para o estabelecimento de critérios que embasaram a classificação dos riscos associados às múltiplas fontes avaliadas. A abordagem preventiva foi importante no controle da qualidade da água e revelou riscos que foram identificados mesmo quando os resultados dos ensaios laboratoriais dos pontos de captações se encontravam abaixo dos limites preconizados pela legislação vigente. Demonstrou-se, ainda, que a matriz de classificação de riscos foi uma ferramenta adequada para classificar e priorizar riscos nos mananciais de abastecimento, como também serviu de subsídio para indicar que riscos com a classificação mais elevada foram associados, em sua maioria, aos distritos rurais. Indicou, também, que a ausência de séries históricas de avaliação de parâmetros de qualidade da água impactou na classificação elevada desses riscos, pois, quando não existiam dados suficientes para aplicar a matriz de classificação de riscos, foram associados valores mais elevados à probabilidade de ocorrência e severidade das consequências dos eventos perigosos. Após a classificação e priorização de riscos, foram indicadas medidas de controle e de rotina, sendo possível perceber que a execução de algumas intervenções necessita de investimentos mais elevados, sendo importante planejá-las no curto, médio e longo prazos. Outras intervenções, porém, podem ser inseridas na rotina operacional. A pesquisa tem o potencial de representar uma contribuição ao município, pois, por meio dela, será possível organizar e implementar o PSA e atingir importantes metas em saúde.
Estudos para simulação da qualidade da água no Alto Curso Rio das Velhas : Rio Itabirito - MG.
(2021) Silva, Raphael Ricardo da; Santiago, Aníbal da Fonseca; Santiago, Aníbal da Fonseca; Castro, Ana Leticia Pilz de; Santos, Luciano Miguel Moreira dos
O rio Itabirito está localizado no município de Itabirito, pertencente à rede hidrográfica do alto curso rio das Velhas na região central do estado de Minas Gerais. Simular a qualidade da água para verificar a capacidade de suporte de carga orgânica na bacia do município de Itabirito se mostra relevante, já que a confluência de suas águas com as águas do rio das Velhas são responsáveis por abastecer 70% da população da Região Metropolitana de Belo Horizonte (RMBH). A proposta é, a partir do levantamento histórico da qualidade da água e pluviosidade, simular as variáveis de Demanda bioquímica de oxigênio (DBO5), Oxigênio dissolvido (OD) e vazões fluviométricas no QUAL-UFMG. O QUAL-UFMG foi criado com base no QUAL2-E, desenvolvido pela US Envionmental Protection Agency (USEPA) que, por sua vez, utiliza as equações de Streeter-Phelps. Consiste em uma plataforma composta por planilhas de Excel com campos para entrada de dados referente à qualidade da água do rio bem como suas características hidráulicas. Relevante ferramenta de modelagem da qualidade da água de rios o QUAL-UFMG tem sua utilização no processo de gerenciamento dos recursos hídricos. No levantamento histórico de qualidade as variáveis que mais influenciaram para a depleção do Índice de Qualidade da Água foi E. coli e turbidez tanto em períodos chuvosos quanto nos períodos secos. O programa QUAL-UFMG 2017 foi utilizado em um trecho de aproximadamente 15 km e evidenciou capacidade de autodepuração devido ao gradiente de reaeração que o trecho urbano possui por características hidráulicas naturais da bacia. No entanto, a simulação não se ajustou ao modelo proposto na pesquisa o que permite novos estudos utilizando as mesmas variáveis usadas para o presente estudo. O coeficiente de desoxigenação, isto é, k1 representa a taxa de degradação da matéria orgânica e os resultados da pesquisa variaram entre 0,003 a 0,743 d-1 no período chuvoso e 0,003 a 0,234 d -1 no período seco. Valores típicos de k1 em condições de laboratório base 20 C° para águas de rio são de 0,08 a 0,020. Logo, os resultados da pesquisa se mostraram superiores aos valores estimados na bibliográfica clássica. Os resultados para o coeficiente de reaeração superficial (k2) foram consideravelmente mais elevados em relação aos valores usualmente encontrados por meio de métodos empíricos. Por isso para a simulação da modelagem na plataforma do QUAL-UFMG considerou-se utilizar os valores determinados na bibliografia. II De modo geral, os estudos desta dissertação fornecem subsídios para futuras simulações da qualidade da água na bacia do rio Itabirito, propõem cenários e contribuem com informações que podem subsidiar revisões na política pública de gestão das águas do município e no investimento em novas tecnologias para o Serviço de Saneamento Básico.
Hydraulic and auto-depurative characteristics of the Gualaxo do Norte River after the Fundão dam rupture.
(2021) Reis, Deyse Almeida dos; Silva, Priscila Kelly da; Azevedo, Igor Andrade; Castro, Ana Leticia Pilz de; Santiago, Aníbal da Fonseca
The hydraulic characteristics of the Gualaxo do Norte River (RGN), a tributary of the upper Rio Doce basin, were affected in November 2015 by the rupture of the iron ore tailings dam at Fundão, in Bento Rodrigues, Mariana, Minas Gerais. We analyzed two sections of the RGN, located upstream and downstream of the Fundão dam. Measurements were taken at 11 stations along the main river in distinct seasonal periods, including river depth, river width, velocity, and flow. We also calculated the deoxygenation coefficient (K1) and the reaeration coefficient (K2) and collected elaborate bathymetric profiles of the sections. Anthropogenic interference influenced the river’s hydraulic characteristics mainly in relation to the depth. In upstream sections, the changes are believed to be due to mining activities at the head of the river, while downstream effects were due to the introduction of iron ore tailings coming from the rupture of the Fundão dam. Despite these influences, deoxygenation coefficient values were typical for clean water, and the reaeration coefficient findings show that the RGN is efficient at biological degradation of the organic matter even receiving untreated domestic sewage from riparian communities. With the results obtained in this work, we seek to replicate a source of information about the current state of the region and to contribute information to future river planning, control, and restoration projects.
Integração de sistemas fotovoltaicos e aquecedores de água solar em telhados residenciais.
(2017) Serrano, Rodrigo Otávio Peréa; Moreira, José Genivaldo do Vale; Castro, Ana Leticia Pilz de; Mesquita, Anderson Azevedo; Martinez, Carlos Barreira
O aumento da demanda de energia elétrica no Brasil para os próximos 10 anos é de 4,25% ao ano, demandando assim uma expansão do sistema de 3,8% a.a., com previsão de crescimento médio da carga de energia de 2.900 MW ano-1. O aumento da demanda, somado aos recorrentes déficits hídricos em várias usinas hidrelétricas e a lentidão da expansão do sistema de geração sustentável, acarretará aumento do consumo de energia gerada por meio de combustíveis fósseis. Neste contexto, a implantação de sistemas híbridos (energia elétrica fotovoltaica e aquecedor de água solar) integrados a rede de distribuição de energia elétrica, apresenta-se como uma alternativa para reduzir essa demanda, com um potencial de produção média de cerca de 3.000 MWh mês-1 a cada 10 mil casas, que corresponde a energia produzida por uma pequena central hidrelétrica de 6 MW (FC = 0,7) de capacidade instalada.
Optimization and scale-up of an LED-illuminated microalgal photobioreactor for wastewater treatment.
(2020) Silva, Ludymyla Marcelle Lima; Santiago, Aníbal da Fonseca; Castro, Ana Leticia Pilz de; Bastos, Leonardo de Souza; Periard, Lucas; Vassoler, Fábio
The use of light-emitting diode (LED)-illuminated photobioreactors with microalgae has been extensively studied for wastewater treatment. Most studies have used isolated microalgae species; however, this practice does not match the reality of conditions in wastewater treatment plants. Operational conditions that promote greater growth of algal biomass and that remove pollutants most effectively are disputed in the literature. In this context, LED-illuminated photobioreactors with microalgae were evaluated using multivariate analysis in order to optimize removal of pollutants (nitrogen, phosphorus, and carbonaceous organic matter). Three variables were evaluated: operating time, LED wavelength, and luminous flux intensity. A microalgae consortium was used in the photobioreactor. In addition to the LED-illuminated photobioreactors, control photobioreactors illuminated by sunlight were also operated. Using the results obtained in the optimization, a scaled-up reactor approximately 8.5 times larger in volume was operated to evaluate if the behavior would be maintained. The best operational conditions for the removal of pollutants were observed in LED-illuminated photobioreactors operated under a light intensity of 700 μmol·m 2 s 1 for 15 days. Under these conditions, it was possible to remove 89.97% of carbonaceous organic matter, 86.50% of nitrogen, and 30.64% of phosphorus. The scaled-up photobioreactor operated with similar performance.
Sabão artesanal e empreendedorismo : ações socioeducativas virtuais para a proteção dos recursos hídricos e combate à pandemia da COVID-19.
(2021) Guarda, Vera Lúcia de Miranda; Castro, Ana Leticia Pilz de; Machado, Marina de Medeiros; Costa, Adivane Terezinha; Andrade, Ângela Leão; Santos, Eleonice Moreira; Silva, André Luís; Mendes, Júlia Castro
Pesquisadores demonstraram que o vírus SARS-CoV-2, responsável pela pandemia da COVID-19, apresenta membrana lipídica (gordura) em sua estrutura, e o uso do sabão durante a lavagem das mãos é uma das medidas mais eficazes para eliminá-lo, embora muitas localidades não têm acesso à água potável nem, tampouco, ao uso de sabão para higienização. Assim, com o apoio do Programa Hidrológico Intergovernamental para América Latina e Caribe, o Núcleo da Cátedra UNESCO: Água, Mulheres e Desenvolvimento (NuCat) desenvolveu um curso de extensão virtual com o objetivo de disseminar a metodologia de fabricação de sabão, que utiliza óleo de cozinha residual. O curso incluiu três módulos: 1) a importância do sabão e da higiene como auxílio no combate à COVID-19; 2) a educação ambiental como forma de proteção aos recursos hídricos; e 3) introdução aos princípios de empreendedorismo e cooperativismo aplicados à produção de sabão. Entre 18/05/2020 a 23/06/2020, videoaulas sobre o tema foram disponibilizadas no canal do Youtube: “Projeto Recursos Hídricos e Sabão Artesanal”, o qual alcançou mais de 360 inscritos naquele período. Uma sala virtual via plataforma de educação a distância Moodle também foi disponibilizada para os participantes que se interessassem em adquirir certificado. Os resultados mostraram, ao final do curso, mais de 4.400 visualizações no canal do Youtube e 80 participantes certificados. Os participantes deixaram feedback positivo, com 95% deles declarando-se satisfeitos ou muito satisfeitos com o curso.

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