Identificacao_de_Elementos_e_Sistematiza

Text Material Preview

III Workshop de Engenharia Mecânica e de 
Produção 
Energia – Materiais – Projetos, Gestão e Otimização 
 
Anais do evento 
1a Edição 
 
Coordenação do evento 
Profa. Dra. Ivonete Ávila 
Prof. Dr. Otávio José de Oliveira 
 
 
Guaratinguetá - 01 e 02 de outubro de 2019 
 
 
Faculdade de Engenharia 
Campus de Guaratinguetá / UNESP 
2019 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
W926a 
 
Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção (3. 2019 : Guaratinguetá) 
Anais do 3. Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção [e-book] : energia, 
materiais, projetos, gestão e otimização, 01-02 de outubro de 2019, 
Guaratinguetá-SP / coordenadores Ivonete Ávila, Otávio José de Oliveira ; 
[editoração: Fellipe Sartori da Silva] . – Guaratinguetá: Universidade Estadual 
Paulista, Faculdade de Engenharia, 2019. 
 Bibliografia 
 
 ISBN: 978-85-93547-01-0 
 Tipo do arquivo: Texto 
 Online 
 
1. Pós-graduação. 2 Engenharia mecânica 3. Engenharia de produção 4. 
Energia 5. Projetos de engenharia I. Ávila, Ivonete Ávila II. Oliveira, Otávio 
José de. 
CDU: 62:061.3 
Pâmella Benevides Gonçalves 
Bibliotecária CRB-8: 9203 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 APOIO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Editoração 
Fellipe Sartori da Silva 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de 
Produção 
Energia – Materiais – Projetos, Gestão e Otimização 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1 e 2 de outubro de 2019 
Centro de Inovação em Eficiência Energética – InovEE 
Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” 
Guaratinguetá – SP 
 
COMISSÃO ORGANIZADORA 
COORDENAÇÃO 
Profa. Dra. Ivonete Ávila 
Prof. Dr. Otávio José de Oliveira 
 
INTEGRANTES 
Prof. Dr. Celso Eduardo Tuna 
Prof. Dr. Fernando Augusto Silva Marins 
Prof. Dr. Fernando de Azevedo Silva 
Prof. Dr. Manoel Cleber de Sampaio Alves 
Fabio Roberto Vieira 
Fellipe Sartori da Silva 
Fernando Manente Perrella Balestieri 
Renata Pereira da Rocha Barbosa 
Rodrigo José Nunes 
 
COMISSÃO CIENTÍFICA 
Prof. Dr. Alex Mendonça Bimbato 
Prof. Dr. Altair Ramos Gomes Júnior 
Prof. Dr. Aneirson Francisco Da Silva 
Prof. Dr. Celso Eduardo Tuna 
Profa. Dra. Cristiane Inácio de Campos 
Prof. Dr. Eduardo Gonçalves Ciapina 
Prof. Dr. Fernando Azevedo 
 
Prof. Dr. Fernando Marins 
Profa. Dra. Giseli Cristina Ribeiro 
Profa. Dra. Gretta Arce Ferrufino 
Prof. Dr. Gustavo Ventorim 
Profa. Dra. Ivonete Avila 
Prof. Dr. Johan Alexander Cortes Suarez 
Prof. Dr. José Alexandre Matelli 
Prof. Dr. Jose Antonio Perrella Balestieri 
Prof. Dr. José Feliciano Adami 
Prof. Dr. José Roberto Dale Luche 
Prof. Dr. José Vitor Cândido de Souza 
Prof. Dr. Julio Cesar Molina 
Prof. Dr. Luis Rogerio de Oliveira Hein 
Prof. Dr. Manoel Cléber de Sampaio Alves 
Profa. Dra. Marcela Machado 
Prof. Dr. Marcelino Pereira do Nascimento 
Prof. Dr. Marcos Valério Ribeiro 
Profa. Dra. Maria Odila Hilário Cioffi 
Prof. Dr. Otávio José de Oliveira 
Prof. Dr. Rubens Alves Dias 
Prof. Dr. Sergio Francisco Santos 
Profa. Dra. Thais Santos Castro 
 
 
 
COMISSÃO DE TRABALHO 
Amanda Da Silva Santos 
Barbara Arboleia Correa de Freitas 
Barbara Lois Mathias 
Daniela Ercole Dale Luche 
Diogo Garcia Nunes 
Fabio Roberto Vieira 
Fellipe Sartori da Silva 
Fernando Manente Perrella Balestieri 
Elen Yanina Aguirre Rodriguez 
Gretta Larisa Aurora Arce Ferrufino 
João Marcos De Toledo Silva 
Kely Regina Maximo Vieira 
Miriam Ricciulli De Oliveira 
Natalia Ribeiro Galina 
Raul Pereira Micena 
Rita Rangel 
Sofia Glyniadakis 
Talita Kathleen 
 
 
 
SUMÁRIO 
APRESENTAÇÃO ······························································································· i 
HISTÓRICO ······································································································· ii 
RESUMO DO EVENTO ······················································································ iii 
IMPORTÂNCIA ································································································· iv 
TEMAS DE INTERESSE ······················································································ v 
PROGRAMAÇÃO ······························································································ vi 
PALESTRAS ······································································································· vii 
MINICURSOS ···································································································· viii 
MESA REDONDA ······························································································ ix 
 
TRABALHOS: 
 
ENERGIA 1 
A.B. Machín; L.F.C Nascimento. Efeitos da exposição ao PM2,5 e CO nas 
internações por doenças respiratórias em cuiabá, mt, brasil ·························· 2 
A.A.R. Gamboa; A.M.A. Rocha; L.R. Santos; J.A. Carvalho. Oportunidade de 
aproveitamento dos calores residuais durante a pirólise de pneus ················ 6 
A.C.R.S. Silva; A.M. Bimbato; J.A.P. Balestieri; M.R.N. Vilanova. Uso de 
energia elétrica em sistemas de água e esgoto na região metropolitana do 
vale do paraíba e litoral norte (SP) ··································································· 10 
C.A.M. Santos; M. Santos; T.M. Souza. Análise de viabilidade de um 
monotrilho de alta velocidade ligando são paulo ao rio de janeiro utilizando 
a rodovia presidente dutra ··············································································· 14 
C.H.S. Moura; W.Q. Lamas; J.L. Silveira. Sistema híbrido solar-eólico-biogás 
incluindo produção, armazenamento e uso hidrogênio ·································· 18 
D.J.M. Rosado; S.B.R. Chávez; J.A.C. Junior; A.A.M. Zeballos. Redução do 
consumo energético dos fornos de reaquecimento na combustão dos gases 
de coqueria e aciaria (cog/ldg) ········································································· 22 
D.G. Nunes; G.L.A.A. Ferrufino; I. Ávila; J.C. Caraschi; C.M.R. Luna. Oxi-
combustão do glicerol utilizando análises termogravimétricas ······················ 26 
E.S.R. Escalante; C.J.C. Rodriguez; M.B. Silva; J.A.C. Junior. Influência da 
temperatura sobre os limites de inflamabilidade inferiores de misturas 
QAV-1/etanol anidro/ar ··················································································· 30 
E.C.M. Santos; R.A. Dias; J.A.P. Balestieri. O nexo água-alimento-energia e a 
rede de influência entre as cidades ································································· 34 
E.C. Gouvêa; P.M. Sobrinho; T.M. Souza. Diodo com diamante cvd dopado 
com nitrogênio ································································································· 38 
 
F.R. Vieira; I. Ávila. Análise imediata como método de previsão de produção 
de produtos de pirólise de biomassa ································································ 42 
F.S. Silva; J.A. Matelli. Desenvolvimento e aplicação de métricas para 
quantificação de resiliência em sistemas energéticos ····································· 45 
F.M.P. Balestieri; C.M.R. Luna; I. Ávila. Estudo fluidodinâmico em um leito 
fluidizado borbulhante de uma mistura casca de arroz e areia ······················ 49 
J.L.F. Junior; T.M. Souza; R.K. Rangel. Desenvolvimento de um sistema 
híbrido de produção de energia para veículos aéreos não tripulados ············ 53 
J.D. Daibert; T.M. Souza. Trem sobre monotrilho na faixa de domínio da via 
dutra ················································································································· 57 
J. Amaro; A.Z. Mendiburu; J.A.C. Junior. Mecânica da atomização 
efervescente ······································································································ 61 
K.R.M. Vieira; G.L.A.A. Ferrufino; I. Ávila. Estudodo ciclo calcium looping 
para captura de co2 a partir da geração de energia ······································· 65 
M.R. Oliveira; G.L.A. Ferrufino; E.V. Canettieri; I. Ávila. Extração dos 
componentes lignocelulósicos do bagaço de cana-de-açúcar ························· 69 
N.R. Galina; G.L.A.F. Arce; I. Ávila. Análise da influência do tempo de reação 
no processo de dissolução ácida de um silicato brasileiro ······························· 73 
O.R.L. Pizarro; J.L. Silveira. Dimensionamento de um sistema híbrido 
gerador de energia para as ilhas galápagos ···················································· 77 
P.T.M. Lobo; T.M. Souza. Projeto de um motor elétrico para fins 
aeronáuticos ····································································································· 81 
P.S.R. Meloni; T.M. Souza. Avaliação da eficiência energética em uma 
indústria de pequeno porte: estudo de caso em uma metalúrgica ················· 85 
R.P. Micena; J.L. Silveira. Produção de hidrogênio eletrolítico com energia 
solar fotovoltaica: aplicação automotiva ························································ 89 
R.F.S. Paulino; A.M. Essiptchouk; J.L. Silveira. Potencial de produção de 
eletricidade a partir da gaseificação a plasma de resíduos sólidos de saúde 
da cidade de guaratinguetá-sp ········································································ 93 
R.D. Marson; A.M. Bimbato; J.A. Matelli. Determinação dos coeficientes 
convectivos em tubos aletados não padronizado ············································ 97 
S.B.R. Chávez; D.J.M. Rosado; J.A. Carvalho; A. Mendiburu; D. Lacoste. 
Imagem de ondas de detonação de hidrogênio-ar pelo sistema de schlieren· 101 
S. Glyniadakis; J.A.P. Balestieri. Análise das oportunidades de inserção de 
veículos elétricos na matriz energética brasileira ············································ 105 
T.T. Cruz; J.A.P. Balestieri; M.R.N. Vilanova; I. Ávila. Exergia aplicada a 
avaliação do ciclo de vida: um estudo bibliométrico ······································· 109 
 
T.M. David; P.M.S.R. Rizol; M.A.G. Machado; G.P. Buccieri. Estudo 
comparativo do custo nivelado de sistemas fotovoltaicos e do custo de 
energia tarifário convencional ········································································· 113 
V.A.F. Campos; J.L. Silveira. Estudo da irradiação solar incidente e análise 
de engenharia econômica de uma planta fotovoltaica ··································· 117 
MATERIAIS 121 
A.S.C. Bomfim; H.J.C. Voorwals; K.C.C. Benini. Reaproveitamento de 
cápsulas de café expresso para obtenção de biocomposito: análise de 
propriedades térmicas e mecânicas ································································· 122 
A.R.F. Neto; F.H.C. Freitas; C.S. Fukugauchi; M.S. Pereira; A.J. Abdalla. 
Análise macrográfica e de microdureza de um aço dp980 soldado a laser a 
uma liga de alumínio aa6013-t4 em diferentes condições ······························ 126 
B. Hangai; A.Z. Simões. Estudos das propriedades estruturais e magnéticas 
das nanopartículas de znfe2o4 ·········································································· 130 
C.A.B. Oliveira; K.A. Oliveira; N.A. Bianchi; J.C. Molina. Influência da 
termorretificação na resistência da madeira ao impacto na flexão ··············· 134 
C.O.L. Almeida; M.S. Pereira. Retorno elástico do aço de alta resistência DP 
600 ···················································································································· 138 
D.M. Oliveira; H.J.C. Voorwald; K.C.C.C. Benini. Obtenção e caracterização 
do compósito de polipropileno reciclado reforçado com papel residual para 
produção de filamentos para impressão 3D ···················································· 142 
D.S. Galdino; C.I. Campos; R.M. Barreiros. Propriedades físicas e qualidade 
de colagem de painel compensado produzido com lâminas 
termorretificadas e resina poliuretana ···························································· 146 
E.O. França; M.C.S. Alves; J.V.C. Souza; M.V. Ribeiro. Análise de 
desempenho de feramenta de meta duro e cerâmica de AL2O3 MGO na 
usinagem de ferro fundido vermicular ····························································· 150 
E.S. Callisaya; M.C.S. Alves. Análise da vibração no fresamento da superliga 
VAT32® com ferramentas de corte de alumina com diferentes dopantes ······ 154 
F.A.S. Hansted; D. Goveia; C.I. Campos. Desempenho físico-mecânico de 
painéis particulados de madeira com adição de nanocelulose ······················· 158 
F.O. Lima; L.C.L. Silva; L.O. Leite; H.R. Favarim; C.I. Campos. Adição de 
nanopartículas em painéis engenheirados de madeira ··································· 162 
F.V.P. Kodaira; K. Fricke; R.P. Mota. Polimerização por plasma em pressão 
atmosférica da mistura dos monômeros hema e deaema para drug delivery 
··························································································································· 166 
F.M. Praxedes; L.D. Caires; R.S. Nunes; M.A.R. Gil. Influência da etapa de 
neutralização na obtenção de óxido de grafeno reduzido pelo método de 
hummers modificado ························································································ 170 
 
F.T.B. Calçada; L.R.O. Hein; C.A.R.P. Baptista. Estudo da propagação de 
trincas por fadiga em uma liga al-mg-si sob condições de carregamentos 
variáveis ············································································································ 174 
F.H.C. Freitas; A.R.F. Neto; C.S. Fukugauchi; M.S. Pereira. Caracterização 
mecânica de juntas sobrepostas em aços DP980 e TRIP780 soldadas pelo 
processo a laser ································································································ 178 
F.M. Monticeli; H.J. Voorwald; M.O.H. Cioffi. Influência dos tecidos de fibra 
de carbono/vidro na permeabilidade de laminados híbridos: metodologia 
de superfície de resposta ·················································································· 182 
J.V.J. Silva; M.F.F. Silva; B.S. Ferreira; C.I. Campos. Caracterização de painéis 
OSSB de palha de soja à partir de microscopia óptica ····································· 186 
J.F. Macedo. Avaliação da fragilização por hidrogênio em aços API 5L X70 ··· 190 
J.F. Reis; L.F.B. Marques; A.B.R.M. Abrahão; E.C. Botelho. Desenvolvimento 
do dispositivo de soldagem para junção híbrida de compósito PEI/fibra de 
vidro e AA2024-T3 ···························································································· 194 
J.B. Oliveira; L.M. Guerrini; E.C. Botelho. Obtenção e caracterização de 
compósitos termorrígidos tenacificados com reforços elástoméricos para 
aplicação aeronáutica ······················································································ 198 
J.C.S.L. Junior; L.R.O. Hein. Fractografia correlativa a partir de imagens 
obtidas em microscópio de varredura eletrônica e em microscópio óptico ···· 202 
L.R.L. Soares; M.C.S. Alves. Comparação entre ferramentas de corte de 
metal duro PVD e CVD na usinagem do aço SAE 4340 endurecido ················· 205 
L.L. Oliveira; A.Z. Simões; E. Longo. Caracterização de nanopartículas de 
óxido de cério dopado com praseodímio obtidas pela síntese hidrotermal 
via micro-ondas ································································································ 209 
L.C.L. Silva; F.O. Lima; C.I. Campos; H.R. Favarim. Análise comparativa da 
adição de nanopartículas em painéis MDP ······················································ 213 
L.F.B. Marques; J.F. Reis; A.B.R.M. Abrahão; E.C. Botelho; M.L. Costa. 
Influência do intemperismo em compósitos PEI/fibra de vidro soldados pela 
técnica de resistência elétrica ·········································································· 217 
M.F. Fernandes; V.M.O. Velloso; J.R.M. Santos; H.J.C. Voorwald. 
Caracterização microestrutural do aço AISI 4140por técnica de tríplice 
ataque ··············································································································· 221 
M.O. Filho; L.M.O. Marcilio; C.V.D. Agustinho; L.R.O. Hein. Projeto de forno 
de solidificação direcional e viscosímetro para ligas de alumínio ··················· 225 
N.A. Bianchi; C.A.B. Oliveira; K.A. Oliveira; F.D. Lisboa; J.C. Molina. 
Avaliação da eficiência de colagem de madeira laminada colada com 
eucalipto (classe D30) e resina poliuretana ····················································· 229 
 
P.P.S. Ortega; A.Z. Simões; M.A.R. Gil. Estudo dos mecanismos de condução 
e defeitos de interface em semicondutores não estequiométricos com 
diferentes morfologia ······················································································· 233 
R.M.I.S. Santos; E.G. Ciapina; R.Z. Nakazato. Caracterização estrutural de 
materiais à base paládio ancoradas em dióxido de titânio ····························· 237 
S.K.C.A. Camargo; G. Ventorim. Efeito da dosagem de ácido na etapa de 
hidrólise na produção de etanol celulósico ······················································ 241 
S.D. Müzel; E.P. Bonhin; E. Cocchieri; M.C.S. Alves. Estudo da viabilidade da 
aplicação de brocas revestidas com TiAlN na furação de compósitos 
poliméricos ········································································································ 245 
T.S.M. Mui; R.P. Mota; K.G. Kostov. Caracterização superficial de 
tratamentos a plasma em sementes de girassol ············································· 249 
T.F.O. Lima; M.C.S. Alves. Desenvolvimento de sistema de aquisição de 
dados e monitoramento de processos de usinagem usando RASPBERRY PI® · 251 
PROJETOS, GESTÃO E OTIMIZAÇÃO 255 
A.O. Köhn; F.A. Silva. Estudo analítico das tensões de contato entre um 
cilindro e um plano através das equações de Hertz ········································ 256 
D.E.D. Luche; B.C.M. Gonçalves; M.B. Silva. Influência da luminosidade na 
produção de microalgas utilizando fontes de CO2 ··········································· 260 
E.L. Marcos; J.P.E. Souza; M.B. Silva. Certificação ISO 9001 e o prêmio da 
qualidade: uma análise da aderência dessas conquistas por empresas 
brasileiras ········································································································· 264 
E.H. Bredda; P.C.M. Rós; M.B. Silva. Cultivo mixotrófico da microalga 
marinha Dunaliella salina sob iluminação de diferentes comprimentos de 
onda ·················································································································· 268 
E.Y.A. Rodríguez; E.C.A. Rodríguez; P.M.S.R. Rizol; A.F. Silva; F.A.S. Marins. 
Sistema de inferência neuro-fuzzy adaptativo para prever a produção de 
eletricidade de uma usina de ciclo combinado ················································ 272 
G.C.R. Oliveira; F.A. Silva; V.O.G. Rosado. Modelagem e simulação de um 
elevador assistivo residencial ··········································································· 276 
I.A. Rodriguez; J.M. Junior; A.M.P. Salgado; T.P. Munyon. Liderança e 
compartilhamento do conhecimento: a perspectiva de colaboradores do 
setor industrial ·································································································· 280 
K.B. Oliveira; O.J. Oliveira. Boas práticas de sustentabilidade ambiental em 
hospitais ············································································································ 284 
M.V.S. Dias. Identidade das pequenas e médias empresas brasileiras do 
setor de transformação ···················································································· 288 
 
M.A.S. Mathias; O.J. Oliveira. Diretrizes para um sistema de trabalho de 
alto desempenho orientado à capacitação de funcionários de linha de 
frente ················································································································ 292 
M. Espuny; J.S.M. Reis; O.J. Oliveira. Identificação de elementos e 
sistematização dos pilares da gestão de resíduos sólidos ······························· 296 
R.F.M. Junior; R. Alderliesten; M.Y. Shiino; M.O.H. Cioffi; H.J.C. Voorwald. 
Influência da fração volumétrica de fibra na tenacidade à fratura em modo 
I: carregamento quase-estático ······································································· 300 
R.A. Moura; V.B. Ribeiro; J.M. Junior; M.B. Silva. Requisitos e papel do 
recursos humanos para desenvolver pessoas e manter empregos com o 
advento da indústria 4.0 ·················································································· 304 
R.A. Moura; D.J.R. Marques; J.M. Junior; M.B. Silva. Gestão industrial com 
análise e simulação virtual do controlador diâmetral de buchas bi-metálicas 
utilizadas em motores veiculares ····································································· 308 
S.P. Oliveira; A.F.B. Costa; J.R.D. Luche. Modelo matemático para o 
planejamento de uma rede cicloviária integrada ao transporte público por 
ônibus ··············································································································· 312 
V.B. Ribeiro; J.M. Junior. Análise de fatores de compartilhamento do 
conhecimento em um ambiente produtivo do setor vidreiro ························ 316 
V.P. Ribeiro; J.A.P. Balestieri; C.D. Maciel. Método bioinspirado para a 
construção de redes bayesianas ······································································ 320 
 
 
 
 
 
 
 i 
 
APRESENTAÇÃO 
 
A comissão organizadora tem o prazer de convidar a comunidade científica para o 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção, com o tema “A 
Transversalidade na Engenharia”. 
O evento será realizado no Centro de Inovação em Eficiência Energética (InovEE), 
na UNESP, Faculdade de Engenharia, Campus de Guaratinguetá, SP, nos dias 1 e 2 
de outubro de 2019. 
O evento é multidisciplinar e abrange as áreas de Engenharia Mecânica e de 
Produção, com destaque para as especialidades de energia, gestão de operações, 
materiais e projetos. Ele está estruturado em torno dos benefícios da 
transversalidade na engenharia, sendo este o ponto de partida para discussão. 
O evento está organizado em palestras, mesa redonda e minicursos. As palestras 
versarão sobre os desafios e oportunidade da transversalidade na pesquisa, os 
processos de escrita e editorial nos periódicos de alto impacto, indústria 4.0, 
inovação e startups. O evento contará com uma mesa redonda que discutirá a 
transversalidade no nexo água-alimentos-energia. Os minicursos serão oferecidos 
de forma a praticar e aprofundar as discussões sobre temas transversais, incluindo 
a análise bibliométrica, economia circular e análise do ciclo de vida, geração de 
energia, metodologias ativas de ensino e habilidades sociais na área acadêmica. 
Os convidados para proferirem as palestras e ministrarem os minicursos são 
pesquisadores e/ou profissionais que atuam em áreas relacionadas às engenharias 
mecânica e de produção com reconhecimento, regional, nacional ou 
internacional. O público-alvo do evento são pesquisadores, professores, 
estudantes e profissionais que tramitam neste campo do conhecimento. 
 ii 
 
HISTÓRICO 
 
O evento é anual e de caráter regional voltado para pesquisadores da pós-
graduação das engenharias. É uma das atrações da Semana de Ciência e 
Tecnologia da Faculdade de Engenharia, Campus de Guaratinguetá, SP. 
Inicialmente denominada por Jornada Científica, foi organizado pelo Programa de 
Pós-graduação em Engenharia Mecânica e teve três edições: 
• Jornada Científica da Pós-Graduação da UNESP, Guaratinguetá, 10-12 de 
setembro, 2014. 
• 2ª Jornada Científica da Pós-Graduação em Engenharia Mecânica da UNESP, 
Guaratinguetá, 7 a 9 de outubro, 2015. 
• 3ª Jornada Científica da Pós-Graduação em Engenharia Mecânica da UNESP, 
Guaratinguetá, 28 e 29 de setembrode 2016. 
A partir de 2017 o evento passou a ter uma maior abrangência e ser denominado 
por Workshop da Pós-graduação, sendo organizado pelos Programas de Pós-
graduação de Engenharia Mecânica e de Produção, tendo duas edições anteriores: 
• I Workshop da Pós-graduação em Engenharia Mecânica e em Engenharia de 
Produção, UNESP, Guaratinguetá, 20 de setembro, 2017. 
• II Workshop da Pós-graduação em Engenharia Mecânica e em Engenharia de 
Produção, UNESP, Guaratinguetá, 18 e 19 de setembro, 2017. 
Na 1ª. edição foram discutidos os avanços, problemas e desafios da pós-graduação 
e na sua 2ª. edição, foram abordados os temas de “Pesquisa e Inovação". 
Para esta 3ª. edição estão programadas diversas palestras, minicursos e uma mesa 
redonda para discutir “A Transversalidade na Engenharia”. O evento será realizado 
no Centro de Inovação em Eficiência Energética, na UNESP, Faculdade de 
Engenharia, Campus de Guaratinguetá, SP, nos dias 1 e 2 de outubro de 2019. 
 iii 
 
RESUMO DO EVENTO 
 
O evento é multidisciplinar e abrange as áreas de Engenharia Mecânica e de 
Produção, com destaque para as especialidades de energia, projetos gestão de 
operações e materiais. Ele está estruturado em torno dos benefícios da 
transversalidade na engenharia, sendo este o ponto de partida para discussão. O 
evento está organizado em palestras, mesa redonda e minicursos. As palestras 
versarão sobre os desafios e oportunidade da transversalidade na pesquisa, os 
processos de escrita e editorial nos periódicos de alto impacto, indústria 4.0, 
inovação e startups. O evento contará com uma mesa redonda que discutirá a 
transversalidade no nexo água-alimentos-energia. Os minicursos serão oferecidos 
de forma a praticar e aprofundar as discussões sobre temas transversais, incluindo 
a análise bibliométrica, economia circular e análise do ciclo de vida, geração de 
energia, metodologias ativas de ensino e habilidades sociais na área acadêmica. 
Os convidados para proferirem as palestras e ministrarem os minicursos são 
pesquisadores e/ou profissionais que atuam em áreas relacionadas às engenharias 
mecânica e de produção com reconhecimento, regional, nacional ou 
internacional. O público-alvo do evento são pesquisadores, professores, 
estudantes e profissionais que tramitam neste campo do conhecimento. 
 
 iv 
 
IMPORTÂNCIA 
 
O evento abordará áreas multiprofissionais relacionadas à engenharia, sob 
aspectos técnicos, econômicos e sociais. As atividades desenvolvidas nos 
minicursos contribuirão para o desenvolvimento científico de alunos de pós-
graduação. As discussões nas palestras e mesa redonda dará a oportunidade aos 
participantes de estabelecer relações pessoais por meio da difusão de 
informações científicas. A participação de pesquisadores estrangeiros, de outros 
estados e profissionais de empresas contribuirão para a formalização ou 
fortalecimento de colaborações. Além disso, o evento propiciará a discussão do 
nexo entre água, alimentos e energia no contexto dos resultados alcançados com 
o projeto temático FAPESP/ESRC com abertura de espaço para troca de 
experiência entre os participantes. Os participantes terão a oportunidade de 
publicar suas pesquisas e expor em duas sessões de pôster. Os trabalhos serão 
avaliados por uma comissão científicas e os três melhores serão premiados. 
 
 v 
 
TEMAS DE INTERESSE 
 
As seguintes áreas temáticas foram definidas no âmbito do III Workshop de 
Engenharia: 
 
Área de Energia 
• Gestão ambiental e sustentabilidade 
• Transmissão e conversão de energia 
 
Projetos, gestão e otimização 
• Controle estatístico e técnicas multivariadas 
• Gestão da qualidade e engenharia organizacional 
• Gestão de operações e logística 
• Mecânica aplicada e computacional 
• Otimização, simulação e tomada de decisão 
• Sustentabilidade e gestão organizacional 
 
Área de Materiais 
• Corrosão 
• Materiais cerâmicos 
• Materiais compósitos lignocelulósicos 
• Materiais metálicos 
• Materiais poliméricos e compósitos avançados 
• Processamento e caracterização de materiais avançados 
 
 vi 
 
PROGRAMAÇÃO 
 
30 de agosto de 2019 
8h-12h Abertura da Semana de Ciências e Tecnologia 
 
1 de outubro de 2019 2 de outubro de 2019 
7h30-8h Credenciamento 7h40-8h Credenciamento 
8h-8h10 Abertura das atividades 8h30-12h15 MC III 
8h10-9h10 Palestra I 8h30-12h15 MC IV 
9h10-10h10 Palestra II 10h15-12h15 MC V 
10h10-10h30 Coffee break 10h-10h15 Coffee break 
10h30-12h Palestra III 12h15-13h30 Intervalo de almoço 
12h-13h30 Intervalo de almoço 13h30-14h30 SESSÃO TÉCNICA 
13h30-14h30 SESSÃO TÉCNICA 14h30-15h30 Palestra IV 
14h30-16h Mesa redonda I 15h30-16h30 Palestra V 
14h30-18h30 MC I 16h30-17h30 Palestra VI 
14h30-18h30 MC II 17h30-18h Premiação e encerramento 
16h-16h15 Coffee break 18h-19h Confraternização 
 
 
 vii 
 
PALESTRAS 
 
P-I PROF. DR. MARDSON MCQUAY 
ROLE OF INTELLECTUAL PROPERTY IN INNOVATION AND NEW 
PRODUCT DEVELOPMENT 
 
P-II PROF. DR. GHERHARDT RIBATSKI 
COMO ESCREVER, PUBLICAR E AVALIAR O IMPACTO DO SEU 
ARTIGO 
 
P-III PROF. DR. VALTENCIR ZUCOLOTTO 
FORMAÇÃO DE PESQUISADORES E ESCRITA DE ARTIGOS 
CIENTÍFICOS DE ALTO IMPACTO 
 
P-IV PROFa. DRa. MARLY MONTEIRO DE CARVALHO 
TEMAS TRANSVERSAIS EM PESQUISA: DESAFIOS E 
OPORTUNIDADES 
 
P-V ENG. ISMAEL JORGE COSTA NETO 
STARTUPS: OS DESAFIOS DA NOVA TENDÊNCIA – A EXPERIÊNCIA 
DA ALTAVE 
 
P-VI ENG. ROBERTO PEREIRA JUNIOR 
CULTURA 4.0 
 
 viii 
 
MINICURSOS 
 
MC-I DR. DIEGO IRITANI 
APLICAÇÃO DA AVALIAÇÃO DO CICLO DE VIDA (ACV) NO 
CONTEXTO DA ECONOMIA CIRCULAR 
 
MC-II PROF. DR. JOÃO ANDRADE DE CARVALHO JUNIOR; PROFa. DRa. 
DEANNA A. LACOSTE; PROF. DR. ANDRÉS ARMANDO 
MENDIBURU ZEVALLOS 
ESTUDO EXPERIMENTAL DE CHAMAS PRÉ-MISTURADAS 
 
MC-III PROF. MAXIMILIAN ESPUNY; PROF. SERGIO TENÓRIO DOS 
SANTOS NETO 
FERRAMENTAS AVANÇADAS PARA ANÁLISES BIBLIOMÉTRICAS 
 
MC-IV PROF. DR. CARLOS RENATO ZACHARIAS 
METODOLOGIAS ATIVAS DE ENSINO: GAMIFICANDO O ENSINO 
SUPERIOR 
 
MC-V PROFa. ANDREZA CRISTINA BOTH CASAGRANDE KOGA; PROFa. 
WALCYLENE CASTILHO DE ARAUJO 
HABILIDADES SOCIAIS COMO PROMOÇÃO DE BEM-ESTAR NA 
ÁREA ACADÊMICA 
 
 ix 
 
MESA REDONDA 
 
MR-I PROF. DR. JOSÉ ANTONIO PERRELLA BALESTIERI 
PROF. DR. MAURÍCIO CÉSAR DELAMARO 
PROFa. DRa. ARMINDA CAMPOS 
PROF. DR. PAULO VALLADARES SOARES 
PROF. DR. RUBENS ALVES DIAS 
DR. EDUARDO CRUZ MORAES 
DRa. RACHEL NUNES LEAL 
O NEXO ÁGUA-ALIMENTOS-ENERGIA E OUTROS NEXOS: A BUSCA 
PELA TRANSVERSALIDADE NA PESQUISA 
 
 
 
 
 
TRABALHOS APRESENTADOS 
 1 
 
 
 
ENERGIA 
 
 
 
2 
 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
Unesp, Campus de Guaratinguetá, São Paulo, Brasil 
 
Data: 1 e 2/Outubro/2019 
Local: InovEE – Centro de Inovação em Eficiência Energética 
 
 
EFEITOS DA EXPOSIÇÃO AO PM2,5 E CO NAS INTERNAÇÕES POR DOENÇAS 
RESPIRATÓRIAS EM CUIABÁ, MT, BRASIL 
 
Adrian Blanco Machín a*, Luiz Fernando Costa Nascimento a. 
 
aDepartamento de ENERGIA. Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá – Universidade Estadual Paulista. 
Endereço: Av. Dr. Ariberto Pereira da Cunha, 333, CEP:12516-410 Guaratinguetá, SP, Brasil. 
*e-mail: adrianbmachin@gmail.com 
 
Resumo. O presente trabalho teve como objetivo identificar a associação entre a exposição ao PM2,5, ajustado 
pelo CO e as internações no SUS por doenças respiratórias em Cuiabá, MT. Foi desenvolvido um estudo 
ecológico de séries temporais, relacionando os dados de internações, concentrações dos poluentes e variáveis 
ambientais, empregando para isso o modelo linear generalizado da regressão de Poisson com defasagens de 0 
a 7 dias. A exposição ao PM2,5 quando ajustado pelo CO, constitui um fator de risco de internação nos 7 lags 
considerados. O aumento de 5 µg/m3 na concentração de PM2,5 implicou um aumento de até 1670 internações e 
custos de R$ 1,68 milhão para o SUS. 
 
Palavras-chave: Poluição do ar;Material particulado; Monóxido de carbono; Doenças do aparelho respiratório. 
 
1. INTRODUÇÃO 
As doenças respiratórias, são aquelas consideradas com diagnósticos pertencentes ao capítulo X da 
Classificação Internacional de Doenças (CID -10). Nos últimos anos, as doenças respiratórias têm atingido 
fortemente à população brasileira. Só no ano 2013, aproximadamente 1 milhão de internações foram 
registradas pelo Sistema Único de Saúde (SUS), provocando cerca de 140 mil óbitos e trazendo um custo de 
mais de R$ 950 milhões ao Brasil. Em Cuiabá, MT, as doenças respiratórias foram responsáveis por cerca 
de 5 mil internações, nos anos 2012 e 2013 e estas internações geraram despesas ao SUS de aproximados 
R$ 6 milhões (DATASUS, 2015). 
Os diagnósticos mais comuns, dentro das doenças respiratórias (J00.0 - J99.9) que pertencem a (CID-10), 
são os seguintes: traqueite e laringite (J04.0 - J04.9), pneumonia (J12.0 - J18.9), bronquite e bronquiolite 
(J20.0 - J21.9), doença pulmonar obstructiva cônica (J44.0 - J44.9) e asma (J45.0 - J45.9), que representam 
em torno de 75% do total das internações por doenças respiratórias. 
Material particulado inalável PM, (do inglês particulate matter), com dimensões inferiores a 10 μm e mais 
recentemente a 2,5 μm, é apontado como o poluente mais frequentemente relacionado com danos à saúde 
do aparelho respiratório. A mortalidade por doenças cardiovasculares também tem sido relacionada à poluição 
atmosférica urbana, sendo novamente o PM inalável o poluente frequentemente associado (NASCIMENTO 
et al., 2016; FREITAS et al., 2007). 
O monóxido de carbono (CO) apresenta uma afinidade pela hemoglobina 240 vezes maior que a do oxigênio 
(WHO, 2005), o que faz com que uma pequena quantidade de CO possa saturar uma grande quantidade de 
moléculas de hemoglobina, diminuindo a capacidade do sangue de transportar O2. 
O objetivo deste trabalho consiste em identificar a associação entre a exposição ao particulado fino (PM2,5) e 
CO, e as internações por doenças respiratórias na população de Cuiabá, utilizando dados estimados pelo 
modelo matemático (CCATT-BRAMS). 
2. MÉTODO DE PESQUISA 
Foi desenvolvido um estudo ecológico de séries temporais com dados relativos a internações por doenças 
respiratórias correspondentes aos códigos J00.0 a J99.9 da (CID 10), focando a análise em dados de 
internações concernentes às doenças: traqueite e laringite (J04.0 - J04.9), pneumonia (J12.0 - J18.9), 
bronquite e bronquiolite (J20.0 - J21.9), doença pulmonar obstructiva cônica (J44.0 - J44.9) e asma (J45.0 - 
J45.9), que representam em torno de 75% do total das doenças respiratórias. Esses dados pertencem aos 
residentes em Cuiabá, MT, Brasil. O período de estudo é entre 01 de janeiro de 2012 e 31 de dezembro de 
2013. 
Os dados sobre internações foram obtidos do portal do DATASUS, que disponibiliza dados mensais de 
internação no Sistema Único de Saúde (SUS). Foi realizada distribuição de frequência das diferentes variáveis 
expressas com média, desvio-padrão e valores de mínimo e máximo, usando o programa Stata10, onde são 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
3 
 
consideradas as concentrações dos poluentes PM2,5 e CO estimados pelo Modelo Numérico Ambiental 
CCATT-BRAMS desenvolvido por Freitas et al. (2006, 2007) e Longo et al. (2007), além de ajustados com a 
umidade do ar e temperatura obtidas pelo Instituto Nacional de Meteorologia (INMET), focos de queimadas 
obtidos pelo Sistema de Informações Ambientais (SISAM) e dias da semana. Esta análise utiliza o Modelo 
Linear Generalizado da Regressão de Poisson, controlando a sazonalidade e dias da semana. Os coeficientes 
fornecidos pelo modelo foram transformados em Risco Relativo (RR) para internação pelas doenças 
respiratórias específicas segundo a expressão (1): 
RR= exp (β) (1) 
Sendo β o coeficiente obtido pela Regressão de Poisson. 
Foi calculado também o intervalo de confiança (IC95%) para o RR. 
Os coeficientes fornecidos pelo modelo também foram transformados em Risco Relativo (RR) para internação 
por doenças respiratórias (J-00 a J-99) quando aumentadas em 5µg/m3 as concentrações medias de PM2,5 
segundo a expressão (2): 
RR= exp (β*Δpoluente) (2) 
Sendo Δpoluente o valor do poluente quando aumentados 5 µg/m3 na sua concentração, menos o valor do 
poluente estimado no local. 
Optou-se por utilizar modelos com defasagens de até 7 dias após a exposição ao poluente. 
Além disso, foi estimado o efeito do acréscimo no número de internações hospitalares, dependendo do 
aumento nos níveis de PM2,5 por meio da fórmula: 
AP=(exp(β*Δpoluente) - 1) * 100 (3) 
Foi calculada a razão atribuível proporcional (RAP) segundo a expressão (4): 
RAP = 1 − 1𝑅𝑅 (4) 
Sendo RR= risco relativo com aumento, para verificar a porcentagem de internados devido aos poluentes. 
Com este valor, foi estimada a fração atribuível populacional (FAP) que permitiu estimar o número de 
internações associado a este aumento, segundo a expressão (5): 
FAP = RAP * N (5) 
Sendo N o número de internações por doenças respiratórias no período estudado. 
Foi estimado o custo para o Sistema de Saúde, segundo o valor médio de cada internação para estas doenças 
obtidas do DATASUS e que poderia ser evitado com a diminuição das concentrações de PM2,5. Todas as 
análises foram realizadas utilizando o programa estatístico Stata 10. O nível de significância adotado foi de 
5%. 
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO 
Foram internadas 4998 pessoas; destas, 2535 internações foram no ano 2012, e 2463 no ano 2013. Já das 
internações concernentes às doenças específicas: traqueite e laringite (J04.0 - J04.9), pneumonia (J12.0 - 
J18.9), bronquite e bronquiolite (J20.0 - J21.9), doença pulmonar obstructiva crônica (J44.0 - J44.9) e asma 
(J45.0 - J45.9), foram 3837 pessoas; destas, 1931 internações foram no ano 2012, e 1906 no ano 2013. 
Representando custos acima dos R$ 3,9 milhões para o sistema de saúde pública, com um valor médio por 
internação de R$ 1007,69 (DATASUS, 2015). 
Os valores médios diários das variáveis em análise para o ano 2012, 2013 e ambos os dois juntos podem ser 
observados na Tab. 1. 
 
 
 
 
 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
4 
 
Tabela 1. - Valores médios diários do número de internações, dos poluentes atmosféricos PM2,5 (µg/m3), CO 
(ppb), umidade relativa média(%), temperatura mínima (oC) e número de focos de queimadas, Cuiabá, MT, 
Brasil 
 Anos 
Variáveis 2012 2013 2012 e 2013 
Internações 5,28 5,22 5,25 
PM2.5 15,67 14,48 15,06 
CO 144,15 126,66 135,17 
Umidade Relativa 70,35 70,83 70,59 
Temperatura Mínima 20,57 21,57 21,06 
Focos de Queimadas 0,82 1,18 1 
Fonte: Autoria própria 
 
Os coeficientes da regressão de Poisson obtidos pelo Stata 10, relacionando a associação entre as 
internações por doenças respiratórias específicas e a exposição ao poluente PM2,5 sem ajuste com o CO, não 
apresentaram associação significativa em nenhum dos 7 lags considerados. 
Quando feita a análise, ajustando os valores de concentrações de CO, a exposição ao material particulado 
fino esteve associada significativamente (p<0,05), às internações por doenças respiratórias nos sete dias 
após à exposição (Lag 0 – Lag 7). Devido a que o monóxido de carbono potencializou a ação do material 
particulado fino na ocorrência de internações por doenças respiratórias. 
Para um aumento de 5 µg/m3 nas concentrações diárias do PM2,5, os valores do Risco Relativo de internação 
pelas doenças respiratórias específicas nos anos 2012 e 2013, constituiram fator de risco para todas as 
defasagens, mostrando valores entre 1,55 (1,36 – 1,77) no Lag 7 e 1,77 (1,55 – 2,02) no Lag 0 (Fig. 1). O 
aumento percentual do RR foi de 35,5% no Lag 7 até 43,5% no Lag 0, o que representa uma variação no 
número de internações entre 1361 e 1670, além de custos em atendimentosdo SUS entre R$1,37 e 1,68 
milhão. 
 
Figura 1. Risco Relativo de internação com aumento de 5 µg/m3 nas concentrações diárias do PM2,5, ajustado 
pelo CO. 
 
Fonte: Autoria própria 
 
Segundo o nosso conhecimento, são poucos os estudos feitos em Cuiabá, MT, sobre os efeitos dos poluentes 
do ar nas internações por doenças respiratórias, e temos identificado uma forte associação com a exposição ao 
PM2,5. 
Em estudo feito por Silva et al. (2010) utilizando as mesmas estimativas do modelo (CCATT-BRAMS), 
analisaram especialmente o efeito da exposição ao PM2,5 na ocorrência de doenças respiratórias de crianças 
de um a quatro anos, e de idosos ≥65 anos em Mato Grosso, em 2004. 
1
1,4
1,8
2,2
Lag 0 Lag 1 Lag 2 Lag 3 Lag 4 Lag 5 Lag 6 Lag 7
Risco Relativo de internação com aumento de 5μg/m3 nas 
concentrações de PM2,5
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
5 
 
Em estudo ecológico de séries temporais utilizando dados do modelo CCATT-BRAMS, Nascimento et al. 
(2016) concluíram que a redução em 5 μg/m³ na concentração de PM2,5 poderia reduzir até 76 internações 
por pneumonia, bronquite aguda, bronquiolite e asma com diminuição nos gastos de R$ 84 mil/ano. 
Concordando com nossos resultados, César et al. (2013) realizaram um estudo ecológico de séries temporais 
com indicadores diários de internação por doenças respiratórias, em crianças de zero a dez anos de idade, 
residentes em Piracicaba, SP, identificando associação entre a exposição ao PM2,5 ajustado pelo CO com as 
internações. O incremento de 10 μg/m³ de PM2,5 implicou aumento no risco relativo entre 7,9 e 8,6 pontos 
percentuais. Dessa forma fica evidenciado que o CO potencializa a ação do material particulado fino no 
número de internações por doenças respiratórias. 
4. CONCLUSÕES 
A associação entre a exposição ao PM2,5 e as internações por doenças respiratórias teve 
significância estatística quando ajustado o modelo com o CO e pode ser considerado um fator de 
risco para o desenvolvimento de doenças respiratórias. 
Também é importante destacar a importância da utilização do modelo CCATT-BRAMS, que se mostrou uma 
alternativa para municípios que não apresentam estações medidoras de concentrações dos poluentes do ar. 
Uma diminuição nas concentrações de material particulado fino representaria a diminuição significativa no 
número de internações e nos custos ao Sistema Único de Saúde. 
5. AGRADECIMENTOS 
À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes) do Ministério da Educação (MEC) 
pelo apoio financeiro a esta pesquisa. 
6. REFERÊNCIAS 
BRASIL. Ministério de Saúde – DATASUS [página na Internet]. Departamento de Informática do Sistema 
Único de Saúde [acesso em Nov 3 2015]. Disponível em: http://tabnet. 
datasus.gov.br/cgi/tabcgi.exe?sih/cnv/nrmt.def 
CID-10/ Organização Mundial da Saúde; tradução Centro Colaborador da OMS para a Classificação de 
Doenças em Português. 10a. ed. rev. – São Paulo: Editora da Universidade de São Paulo, 2007. 
CÉSAR, A.C.G.; NASCIMENTO, L.F.C.; CARVALHO JR, J.A. Association between exposure to particulate 
matter and hospital admissions for respiratory disease in children. Revista Saúde Pública, São Paulo, v. 47, 
n. 6, p. 1209-1212, 2013. 
 FREITAS, S.R.; LONGO, K.M.; ANDREAE, M.O. Impact of including the plume rise of vegetation fires in 
numerical simulations of associated atmospheric pollutants. Geophysical. Research Letters, v. 33, n. 17, p. 
808, 2006. 
FREITAS, S.R et al. The Coupled Aerosol and Tracer Transport model to the Brazilian developments on the 
Regional Atmospheric Modeling System (CATT-BRAMS). Part 1: Model description and evaluation. 
Atmospheric Chemistry and Physics. v. 7, p. 8525-69, 2007. 
LONGO, K.M. et al. The Coupled aerosol and tracer transport model to the brazilian developments on the 
regional atmospheric modeling system (CATT-BRAMS). Part 2: model sensitivity to the biomass burning 
inventories. Atmospheric Chemistry and Physics Discussion, European Geosciences Union, v.7, n. 3, 
p.8571-8595, 2007. 
NASCIMENTO, L.F.C. et al. Air pollution and respiratory diseases: ecological time series. Sao Paulo Medical 
Jornal, São Paulo, v. 134, n. 4, p. 315-321, 2016. 
SILVA, A.M.C. et al. Particulate matter (PM2.5) of biomass burning emissions and respiratory diseases in the 
South of the Brazilian Amazon. Revista Brasileira de Epidemiologia, São Paulo, v. 13, n. 2, p. 337-351, 
2010. 
WHO (World Health Organization). Air quality guidelines global update: report on a working group meeting. 
Geneve, 2005.
 
 
 
6 
 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
Unesp, Campus de Guaratinguetá, São Paulo, Brasil 
 
Data: 1 e 2/Outubro/2019 
Local: InovEE – Centro de Inovação em Eficiência Energética 
 
 
 
OPORTUNIDADE DE APROVEITAMENTO DOS CALORES RESIDUAIS DURANTE A 
PIRÓLISE DE PNEUS 
 
A. A. R. Gamboaa*; A. M. A. Rochab; L. R. dos Santosc; J. A. de Carvalhoa 
 
aUNESP-FEG, Av. Ariberto P. Cunha, 333, CEP 12510-410, Guaratinguetá, SP, Brazil 
bUFOP-EM, R. Diogo de Vasconcelos,122, Pilar-Ouro Preto-MG, 35400-000, Brazil 
cITA-LCPE-EM, Rod. Praça Marechal Eduardo Gomes, 50, CEP 12228-900, São José dos Campos, SP, Brazil 
*e-mail: alexander.r.gamboa@gmail.com 
 
Resumo. Este trabalho tem o objetivo de avaliar o potencial energético das fontes de calor residual durante 
o processo de pirólise de pneus. Dados experimentais e a lei de conservação da energia foi aplicada a cada 
fonte identificada, isto é, resfriamento do negro de fumo e dos vapores de pirólise de pneu (condensáveis e 
não condensáveis). Os resultados mostraram que a principal fonte de calor residual vem do resfriamento dos 
vapores de pirólise no condensador com 539 J/g de pneu a 698 K e aumenta até 1157 J/g de pneu a 848 K. 
 
Palavras-chave: Pirólise; Pneu; Calor residual; Análise termodinâmico 
 
1. INTRODUÇÃO 
A atividade humana tem gerado a modificação do meio ambiente e o consumo de recursos não renováveis. 
Produtos como pneus constituem um problema crucial para o ambiente, pois a demanda mundial de pneus 
cresce cerca de 4,3% a cada ano (Machin et al., 2017) e sua eliminação ambientalmente correta continua 
sendo tema de pesquisa. A pirólise é estudada como opção de eliminação correta de pneus inservíveis, mas 
sua implantação precisa do uso de recursos energéticos. 
No Brasil, a grande quantidade de pneus inservíveis gerados por ano, 585 mil toneladas (IBAMA, 2018), 
viabiliza parcialmente a implementação da tecnologia de pirólise como rota de reciclagem. As instalações de 
pirólise de pneus precisam atingir um grau de maturidade tecnológica que possa dar confiabilidade econômica 
para os investidores. Por conseguinte, resulta imperante aperfeiçoar a tecnologia acrescentando sua 
eficiência energética, o qual pode ser conseguido por meio da recuperação dos calores residuais durante o 
resfriamento dos produtos de pirólise de pneu. Os produtos de pirólise saem do reator a temperaturas 
próximas da temperatura de reação de pirólise, ou seja, próximos a 500 oC. Essa temperatura é relativamente 
baixa comparada com a temperatura no processamento do coque, a qual atinge um valor próximo de 1100 
oC na saída do forno (Qing e Chang, 2017). A indústria do coque utiliza ciclos Rankine a vapor para aproveitar 
o calor sensível do coque e dos vapores de pirólise. Essa mesma tecnologia pode ser aplicada a instalações 
de pirólise de pneus, com a diferença que o fluido de trabalho a utilizar seja um fluido orgânico como n-
pentano, tolueno, benzeno, MDM (octametiltrisiloxano) ou R134a. Assim, a eficiência de uma planta de pirólise 
de pneus pode ser melhorada implementando ciclos Rankine orgânicos, os quais além de produzir energia 
elétrica, podem gerar créditos de carbono. 
Devido aos fatos descritos, neste trabalho apresenta-se um estudo preliminar sobre a quantidade potencial 
de calor que pode ser aproveitada de uma planta de pirólise de pneus durante o resfriamento dos seus 
produtos de pirólise. Estetrabalho efetua uma análise termodinâmica baseada em dados experimentais 
coletados da literatura especializada. 
2. MATERIAIS E MÉTODO 
2.1 SISTEMA DE ANÁLISE TERMODINÂMICO 
O sistema de análise termodinâmico é idealizado como uma planta operando em regime permanente e 
autossustentável energeticamente. A partir desse fato, diversas fontes de calor residual potencialmente 
recuperáveis podem ser identificadas, as quais correspondem ao calor liberado no resfriamento dos seus 
produtos para seu posterior armazenamento e uso. A Figura 1 apresenta um esquema simplificado do 
processo de pirólise de pneu, na qual são identificadas as potenciais fontes de calor residual. 
 
 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
7 
 
Figura 1. Processo de pirólise de pneus idealizado e fontes de calor residual 
 
Fonte: Autoria própria 
 
A Figura 1 mostra as três principais fontes de calor residual no processo de pirólise de pneus: resfriamento 
do negro de fumo, vapores de pirólise e produtos de combustão na saída do reator. 
2.2 LEIS DE CONSERVAÇÃO: MASSA E ENERGIA 
A lei de conservação de massa e energia, Eq. (1) e (2), respectivamente, podem ser aplicadas a cada fonte 
de calor residual apresentadas na Fig. 1. 
( ) ( )
entrada saída
m m=  (1) 
( ) ( )c p c p
saída entrada
Q W m h e e m h e e   − = + + − + +       (2) 
O termo m na Eq. (1) e (2) corresponde as vazões mássicas na entrada ou saída do reator, enquanto Q e
W são o calor e trabalho, respectivamente, que atravessa a fronteira do reator. Os termos dentro dos 
parênteses na Eq. (2) correspondem à entalpia específica (h), energia cinética específica (ec) e energia 
potencial específica (ep) das substâncias que entram ou saem do reator. Ambas equações são aplicadas às 
fontes de calor residual com o intuito de estimar o calor potencial que pode ser liberado durante o resfriamento 
dos produtos de pirólise desde a temperatura de saída do reator (Tpiro) até a temperatura ambiente (Tambiente). 
Os volumes de controle construídos para as fontes de calor residual correspondentes ao resfriamento dos 
produtos de pirólise são apresentados na Fig. 2, acompanhados de valores assumidos para a análise 
termodinâmica baseados em dados experimentais coletados da literatura (Kordoghli et al., 2017; Lopez et al., 
2017; Akkouche et al., 2017; Martinez et al., 2013). 
 
Figura 2. Volumes de controle para as principais fontes de calor residual 
 
Fonte: Autoria própria. 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
8 
 
Segundo a Fig. 2, o cálculo dos calores liberados durante o resfriamento dos produtos de pirólise ( vapores
liberadoQ e 
sólido
liberadoQ ) precisa das suas entalpias na entrada e saída de cada volume de controle. A entalpia dos produtos 
de pirólise foi estimada de dados experimentais (Kordoghli et al., 2017; Lopez et al., 2017; Akkouche et al., 
2017; Martinez et al., 2013) e ferramentas teóricas, para o qual foi assumido que os vapores de pirólise 
apresentam um comportamento de gás ideal e o negro de fumo é uma substância homogênea formada 
unicamente por C, H, N e O. As equações obtidas para o OPP em fase vapor ( o
OPPh ), gás de pirólise ( o
gásh ) e 
negro de fumo ( o
sólidoh ) foram: 
o 2 2
OPPh (T) 2611,09 12,78T 1,34 10 T [J/g]−= − +  (3) 
o 3 2
gásh (T) 494,33 7,49T 7.60 10 T [J/g]−= − +  (4) 
o 2 4 2
sólidoh (T) 2985,34 38,56 10 T 8.35 10 T [J/g]− −= − +  +  (5) 
A faixa de temperatura válida para a aplicação das Eq. (3), (4) e (5) é de 698 a 848 K. Contudo, a entalpia de 
cada produto na saída dos volumes de controle da Fig. 2 foi estimada a 298 K. Para o caso do OPP, a entalpia 
a 298 K foi calculada por meio da definição do poder calorífico superior para o OPP em fase liquida, cujo dado 
experimental é publicado por alguns autores (Kordoglhi et al., 2017; Lopez et al., 2017), pelo que o valor 
estimado foi -660 J/g. Por outro lado, a entalpia a 298 K do gás e negro de fumo foi estimada da Eq. (4) e (5), 
pois essas equações levam em conta a entalpia de formação e entalpia sensível de cada substância sem 
considerar alguma mudança de fase, caso contrário ao OPP. 
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
Os resultados do calor liberado pelos produtos de pirólise de pneus durante seu resfriamento de Tpiro (698 a 
848 K) a Tambiente (298 K) são resumidos na Fig. 3. 
 
Figura 3. Processo de pirólise de pneus idealizado e fontes de calor residual
 
Fonte: Autoria própria. 
 
A Figura 3 mostra que o calor potencial liberado durante o resfriamento do negro de fumo será maior quanto 
mais elevada seja a temperatura de pirólise, assim, para uma temperatura de 698 K o valor foi de 185 J/g de 
pneu pirolisado, e aumentou para 281 J/g de pneu pirolisado quando a temperatura foi de 848 K. 
Adicionalmente, os resultados revelam que o resfriamento dos vapores condensáveis para produzir OPP é a 
maior fonte de calor residual, devido ao calor adicional liberado na mudança de fase de vapor para liquido. 
Por outro lado, o resfriamento dos vapores não condensáveis (gás de pirólise) pode fornecer uma quantidade 
de calor similar com o resfriamento do negro de fumo. O calor total que pode ser liberado durante o 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
9 
 
resfriamento dos vapores de pirólise (OPP e gás de pirólise) no condensador somam 539 J/g de pneu a 698 
K e aumenta até 1157 J/g de pneu a 848 K. 
Outra fonte potencial disponível de calor são os gases de combustão produzidos da queima do gás de pirólise 
utilizado como fonte energética para cobrir a demanda energética do processo. Assumindo que tais gases de 
combustão saem do reator à mesma temperatura que os produtos de pirólise, o calor que pode ser 
aproveitado deles para a faixa de temperatura de 698 a 848 K está entre 280 e 668 J/g de pneu. 
Os valores determinados neste trabalho mostram um panorama atrativo para a implementação a nível 
industrial de plantas de pirólise recicladoras de pneus inservíveis. Contudo, esses valores representam o caso 
ótimo de um resfriamento perfeito até a temperatura ambiente. Por conseguinte, apenas uma fração de tais 
quantidades serão aproveitadas, mas o aperfeiçoamento da tecnologia de pirólise precisa de tais valores 
ótimos, pois o intuito é alcançar valores próximos dos ideais. Além disso, na atualidade existem instalações 
em diferentes partes do mundo, as quais operam a nível industrial, chegando a processar 100 t de pneus 
inservíveis por dia (Antoniou e Zabanatiou, 2013), e o Brasil não é alheio ao processamento dos pneus 
inservíveis por meio da tecnologia de pirólise, pois na atualidade a fábrica POLIMIX processa cerca de 85 t 
de pneus inservíveis por dia (POLIMIX, 2019). 
4. CONCLUSÕES 
Uma análise termodinâmica baseada nas leis de conservação e em dados experimentais foi realizada com o 
intuito de avaliar as quantidades potenciais de calor que podem ser liberadas durante o resfriamento dos 
produtos de pirólise de pneus. Os resultados mostraram o grande potencial energético existente nas fontes 
de calor residual, o qual aumenta até duas vezes seu valor quando a temperatura de pirólise se acrescenta 
de 698 a 848 K. Assim, resulta significante a implementação de sistemas energéticos de recuperação como 
ciclos Rankine Orgânicos para o aproveitamento de tais quantidades energéticas, as quais tornam-se mais 
relevantes quanto maior é a capacidade de processamento das instalações de pirólise. 
5. AGRADECIMENTOS 
Os autores agradecem o suporte financeiro para a realização deste trabalho à Coordenação de 
Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) e à Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de 
São Paulo (FAPESP), processo 2016/10274-9. 
6. REFERÊNCIAS 
AKKOUCHE, N. et al. Heating rate effects on pyrolytic vapors from scrap truck tires. Journal of Analytical 
and Applied Pyrolysis, v. 123, p. 419-429. 2017. 
ANTONIOU, N.; ZABANIATOU, A.Features and an efficient and environmentally attractive used tyre pyrolysis 
oil with energy and material recovery. Renewable and Sustainable Reviews, v. 20, p. 539-558, 2013 
IBAMA. Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis. Relatório de 
Pneumáticos 2018. 
KORDOGHLI, S. et al. Catalysts’ influence on thermochemical decomposition of waste tires. Environmental 
Progress & Sustainable Energy, v. 36, n. 5, p. 1560-1567, 2017. 
LOPEZ, G. et al. Waste truck-tyre processing by flash pyrolysis in a conical spouted bed reactor. Energy 
Conversion and Management, v. 142, p. 523-532, 2017. 
MACHIN, E. B.; PEDROSO, D. T.; CARVALHO JÚNIOR, J. A. Energetic valorization of waste tires. 
Renewable and Sustainable Energy Reviews, São Paulo, v. 68, p. 306-315, 2017 
MARTINEZ, J. D. et al. Demonstration of the waste tire pyrolysis process on pilot scale in a continuous auger 
reactor. Journal of Hazardous Materials, v. 261, p. 637-645, 2013. 
POLIMIX AMBIENTAL. Disponível em: http://www.polimixambiental.com.br. Acesso em 2019. 
QING, S.; CHANG, S. Modelling, thermodynamic and techno-economic analysis of coke production process 
with waste heat recovery. Energy, v. 141, p. 435-450, 2017. 
 
 
 
10 
 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
Unesp, Campus de Guaratinguetá, São Paulo, Brasil 
 
Data: 1 e 2/Outubro/2019 
Local: InovEE – Centro de Inovação em Eficiência Energética 
 
 
USO DE ENERGIA ELÉTRICA EM SISTEMAS DE ÁGUA E ESGOTO NA REGIÃO 
METROPOLITANA DO VALE DO PARAÍBA E LITORAL NORTE (SP) 
 
Ana Carolina Rodrigues de Sá Silvaa*; Alex Mendonça Bimbatoa; José Antonio Perrella 
Balestieria; Mateus Ricardo Nogueira Vilanovab 
 
aUniversidade Estadual Paulista-UNESP, Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá, Departamento de Energia, 
Avenida Dr. Ariberto Pereira da Cunha, 333, Guaratinguetá, SP, Brasil 
bUniversidade Estadual Paulista-UNESP, Instituto de Ciência e Tecnologia Rodovia Presidente Dutra - até km 140,999, 
Eugênio de Mello, São José dos Campos, SP, Brasil 
*e-mail: acrs.silva@unesp.br 
 
Resumo. Este trabalho avalia o uso de energia elétrica em sistemas de abastecimento de água e 
esgotamento sanitário da Região Metropolitana do Vale do Paraíba e Litoral Norte (RMVPLN) do Estado de 
São Paulo. Dados dos anos de 2013 a 2017, obtidos no Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento, 
foram analisados, de forma a se calcular o consumo energético específico (em kWh.m-3). Os consumos 
específicos médios de energia para sistemas de abastecimento de água e esgotamento sanitário são, 
respectivamente, 0,65 kWh.m-³ e 0,36 kWh.m-³. Conclui-se que o consumo energético específico para 
esgotamento sanitário para a RMVPLN ficou maior que do Estado de São Paulo. 
 
Palavras-chave: nexo água-energia; saneamento; consumo energético específico. 
 
1. INTRODUÇÃO 
Água e energia são recursos indispensáveis para a vida e para o desenvolvimento econômico. Há uma 
interdependência – referida na literatura como nexo - entre água e energia: os recursos hídricos são utilizados 
na produção de energia, na extração das fontes energéticas, no resfriamento de centrais termelétricas, assim 
como a energia é requerida para a captação, limpeza, tratamento, distribuição, armazenamento da água e 
para coleta, tratamento e eliminação do esgoto (GJORGIEV; SANSAVINI, 2017; LUBEGA; FARID, 2014). A 
relação ou interdependência entre água e energia não se deve apenas ao fato de que um recurso necessita 
do outro para a sua materialização, mas também, devido às inter-relações na produção e no consumo de 
produtos (CHEN; CHEN, 2016). O nexo água-energia se torna mais importante com o crescimento 
populacional urbano, com a busca pela melhoria da qualidade de vida, com o crescimento da demanda per 
capita de água e de energia em função de mudanças no modo de vida das pessoas, dentre outros. Há um 
crescente número de estudos focados nessa inter-relação, em diversas escalas, como a regional, a urbana, 
e a de projeto (DUAN; CHEN, 2017). 
Os serviços de abastecimento de água e de esgotamento sanitário podem desempenhar um papel importante 
na economia de água e na conservação de energia, pois a gestão hídrica atual das cidades apresenta uma 
pegada energética (área necessária para absorver as emissões de dióxido de carbono provenientes do 
consumo energético) elevada e crescente (ČUČEK; KLEMEŠ; KRAVANJA, 2012; FANG; HEIJUNGS; DE 
SNOO, 2014; SCOTT; PASQUALETTI, 2010). No Brasil, por exemplo, em 2017, as prestadoras de serviço 
de saneamento consumiram 11,3 TWh com o abastecimento de água e 1,3 TWh com os serviços de esgoto, 
quantidades que equivalem ao consumo doméstico de energia anual de aproximadamente 18,2 milhões de 
habitantes (SNIS, 2019). 
O objetivo deste estudo foi quantificar a energia elétrica utilizada pelos sistemas de abastecimento de água e 
esgotamento sanitário na Região Metropolitana do Vale do Paraíba e Litoral Norte do Estado de São Paulo 
(RMVPLN), e comparar seus indicadores com os do Brasil, Região Sudeste e Estado de São Paulo. A 
RMVPLN foi escolhida devido à sua relevância, devido à sua importância econômica e industrial, sendo uma 
das Regiões mais desenvolvidas do Brasil, e à notoriedade da Bacia Hidrográfica do Rio Paraíba do Sul, uma 
das mais emblemáticas do cenário brasileiro de recursos hídricos. 
2. MATERIAIS E MÉTODOS 
2.1 ÁREA DE ESTUDO 
A RMVPLN é composta por 39 municípios, sendo eles (EMPLASA, 2016): Aparecida, Arapeí, Areias, Bananal, 
Caçapava, Cachoeira Paulista, Campos do Jordão, Canas, Caraguatatuba, Cruzeiro, Cunha, Guaratinguetá, 
Igaratá, Ilhabela, Jacareí, Jambeiro, Lagoinha, Lavrinhas, Lorena, Monteiro Lobato, Natividade da Serra, 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
11 
 
Paraibuna, Pindamonhangaba, Piquete, Potim, Queluz, Redenção da Serra, Roseira, Santa Branca, Santo 
Antônio do Pinhal, São Bento do Sapucaí, São José do Barreiro, São José dos Campos, São Luís do 
Paraitinga, São Sebastião, Silveiras, Taubaté, Tremembé e Ubatuba. 
A RMVPLN possuía uma população de 2.262.723 habitantes em 2010, ano do último censo realizado pelo 
IBGE, com uma taxa geométrica de crescimento anual entre 2000 e 2010 de 1,28%, o que indica um 
crescimento populacional no período na região. A área de estudo possui uma taxa de urbanização de 94,2 % 
(GOVERNO DO ESTADO DE SÃO PAULO, 2012). 
2.2 MÉTODO 
Um levantamento de dados foi realizado no Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento (SNIS, 
http://app.cidades.gov.br/serieHistorica/), para os anos de 2013 a 2017. Foram considerados os seguintes 
indicadores e variáveis: população total atendida com abastecimento de água e por esgotamento sanitário 
(habitantes), consumo total de energia elétrica nos sistemas de água e nos sistemas de esgotos (1.000 
kWh/ano), despesa com energia elétrica (R$/ano), despesas de exploração em sistemas de abastecimento 
de água e esgotamento sanitário (R$/ano), volume produzido de água (1.000 m³/ano), volume importado de 
água tratada (1.000 m³/ano), volume de esgoto coletado (1.000 m³/ano), e indicador de participação da 
despesa com energia elétrica nas despesas de exploração (%). 
As variáveis e indicadores primários obtidos no SNIS foram analisados e trabalhados, de forma a se calcular 
os seguintes indicadores secundários: (1) população total atendida pelo abastecimento de água na RMVPLN 
(soma das populações municipais atendidas); (2) população total atendida pelo serviço de esgoto; (3) 
consumo total de energia para água e esgoto (soma de toda energia consumida nos dois serviços); (4) 
consumo energético específico para água e esgoto (relação entre consumo total de energia elétrica e volume 
de água produzido e importado ou volume de esgotos coletado em determinado ano); (5) despesas com 
energia elétrica (soma de todos os custos com energia em todos os municípios atendidos pelo sistema 
público); (6) participação da despesa com energia elétrica nas despesas de exploração (despesascom 
energia multiplicado por 100 e divido pelo gasto total com exploração em toda RMVPLN); (7) máximo da 
participação da despesa com energia elétrica nas despesas de exploração por município. 
O SNIS não apresenta dados para os 39 municípios da região de estudo. Os municípios que não possuem 
dados são: em 2017, Areias, Natividade da Serra, Potim e São José do Barreiro; em 2016, Cunha, Potim, 
Santa Branca e São José do Barreiro; em 2015, Areias, Cunha, Paraibuna, Potim e São José do Barreiro; em 
2014, Areias, Cunha e Potim; em 2013, Areias, Cunha, Potim e São José do Barreiro. Os municípios que não 
apresentaram dados não foram considerados na análise. 
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
Entre os anos de 2013 e 2017, os sistemas de abastecimento de água da RMVPLN atenderam uma população 
média de 2.257.908 habitantes/ano, enquanto os de esgotamento sanitário, no mesmo período, de 2.047.680 
habitantes/ano (Fig. 1). 
O consumo médio de energia no mesmo período (nos sistemas de água e esgoto) foi 188.739,4 MWh, com 
despesa média anual R$ 73.513.650, que corresponde a uma participação média da despesa com energia 
elétrica nas despesas de exploração de 12,8 % (Fig. 3 e Fig. 4). Em comparação, no mesmo período, a 
participação média com energia elétrica nas despesas de exploração no Brasil foi de 13,07%, na Região 
Sudeste de 13,6%, e no Estado de São Paulo de 13,6% (SNIS, 2014, 2016, 2017, 2018, 2019). Apesar da 
similaridade entre estes valores médios, a participação da energia elétrica nas despesas de exploração do 
município de Santa Branca foi de 48,1% em 2013 (Fig. 4). 
O consumo específico de energia elétrica nos sistemas de abastecimento de água variou de 0,63 kWh.m-³ a 
0,67 kWh.m-³ entre 2013 e 2017 (Fig. 2). No Brasil, no mesmo período, este indicador variou de 0,68 kWh.m-
³ a 0,71 kWh.m-³, de 0,64 kWh.m-³ a 0,69 kWh.m-³ na Região Sudeste, e de 0,65 kWh.m-³ a 0,72 kWh.m-³ no 
Estado de São Paulo. Para o esgotamento sanitário, o consumo de energia elétrica da RMVPLN variou entre 
0,32 kWh.m-³ a 0,40 kWh.m-³. No Brasil, esse consumo, variou de 0,21 kWh.m-³ a 0,25 kWh.m-³, na Região 
Sudeste de 0,20 kWh.m-³ a 0,24 kWh.m-³, e no Estado de São Paulo de 0,27 kWh.m-³ a 0,32 kWh.m-³. O 
consumo de energia para esgotamento sanitário na RMVPLN se mostrou superior àqueles do Brasil, Região 
Sudeste e Estado de SP. O consumo de energia para sistemas de abastecimento de água e esgotamento 
sanitário pode variar devido a questões topográficas, envelhecimento do sistema, escassez hídrica e/ou a 
degradação da qualidade da água (SNIS, 2019). Estes fatores, dentre outros, podem explicar a diferença 
entre o consumo energético específico do esgotamento sanitário na RMVPLN em relação às médias 
Estaduais, Regionais e Nacionais. 
De acordo com WAKEEL et al. (2016), o consumo per capita de energia no sistema de abastecimento de 
água nos países desenvolvidos é maior que nos países subdesenvolvidos, tendo variado, no caso da 
RMVPLN, entre 61,7 kWh.pessoa-1.ano-1 e 68,6 kWh.pessoa-1.ano-1 para o abastecimento de água, e entre 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
12 
 
16,5 kWh.pessoa-1.ano-1 a 21,7 kWh.pessoa-1.ano-1 (Fig. 2). Para efeito de comparação, na Austrália, 
registrou-se um índice para o sistema de abastecimento de água de 164 kWh.pessoa-1.ano-1; em Toronto, 
136 kWh.pessoa-1.ano-1, e 33,2 kWh.pessoa-1.ano-1 na China (SMITH; LIU; CHANG, 2016; WAKEEL et al., 
2016). Para o Brasil, o valor médio entre 2013 e 2017 foi de 68 kWh.pessoa-1.ano-1, no Sudeste, de 72 
kWh.pessoa-1.ano-1, no Estado de São Paulo, 73 kWh.pessoa-1.ano-1 para o abastecimento de água. Para o 
esgotamento sanitário, no Brasil e no Sudeste o valor foi de 12 kWh.pessoa-1.ano-1; no Estado de São Paulo, 
15 kWh.pessoa-1.ano-1 (SNIS, 2014, 2016, 2017, 2018, 2019). 
 
Figura 1: Municípios atendidos pelo serviço de 
abastecimento público e a população atendida com 
serviços de água e esgoto na RMVLN de 2013 a 
2017 
Figura 2: Energia per capita e consumo energético 
dos serviços de água é esgoto na RMVLN de 2013 a 
2017 
 
Fonte: Adaptado de SNIS (2014, 2016, 2017, 2018, 
2019) 
Fonte: Adaptado de SNIS (2014, 2016, 2017, 2018, 
2019) 
 
Figura 3: Consumo energético dos serviços de água 
e esgoto por ano na RMVLN de 2013 a 2017 
Figura 4: Gasto com energia e sua participação nas 
despesas no sistema de abastecimento público de 
água na RMVLN de 2013 a 2017 
 
Fonte: Adaptado de SNIS (2014, 2016, 2017, 2018, 
2019) 
Fonte: Adaptado de SNIS (2014, 2016, 2017, 2018, 
2019) 
 
 
 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
13 
 
4. CONCLUSÕES 
O consumo de energia elétrica nos sistemas de abastecimento de água e esgotamento sanitário da RMVPLN 
entre 2013 e 2017 variou de 178.813 a 201.337 MWh/ano, sendo o consumo específico médio de 2013 a 
2017 de 0,65 e 0,36 kWh/m³ para sistema de água e esgotamento sanitário, respectivamente. Conclui-se que 
o consumo de energia da RMVPLN para abastecimento de água ficou dentro da faixa esperada para o Estado 
de São Paulo, mas o consumo de energia para o esgotamento sanitário foi maior que a faixa encontrada para 
o Estado de São Paulo no mesmo período. Dentre os indicadores analisados, os indicadores consumo per 
capita e consumo específico de energia elétrica para serviços de esgotamento sanitário apresentaram valores 
bastante discrepantes em relação às médias do Brasil, Região Sudeste e Estado de São Paulo. 
5. AGRADECIMENTOS 
A discente agradece à Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) pela 
concessão de bolsa de estudo (Doutorado). 
6. REFERÊNCIAS 
CHEN, S.; CHEN, B. Urban energy–water nexus: A network perspective. Applied Energy, v. 184, p. 905–
914, 2016. 
ČUČEK, L.; KLEMEŠ, J. J.; KRAVANJA, Z. A Review of Footprint analysis tools for monitoring impacts on 
sustainability. Journal of Cleaner Production, v. 34, p. 9–20, out. 2012. 
DUAN, C.; CHEN, B. Energy–water nexus of international energy trade of China. Applied Energy, v. 194, p. 
725–734, 2017. 
EMPLASA. Sobre a RMVPLN. Disponível em: <https://www.emplasa.sp.gov.br/RMVPLN>. Acesso em: 3 
maio. 2017. 
FANG, K.; HEIJUNGS, R.; DE SNOO, G. R. Theoretical exploration for the combination of the ecological, 
energy, carbon, and water footprints: Overview of a footprint family. Ecological Indicators, v. 36, p. 508–518, 
2014. 
GJORGIEV, B.; SANSAVINI, G. Water-energy nexus: Impact on electrical energy conversion and mitigation 
by smart water resources management. Energy Conversion and Management, v. 148, p. 1114–1126, 2017. 
GOVERNO DO ESTADO DE SÃO PAULO. Plano Estadual de Habitação de Interesse Social (PEH-SP) 
2011-2023. [s.l: s.n.]. 
LUBEGA, W. N.; FARID, A. M. Quantitative engineering systems modeling and analysis of the energy-water 
nexus. Applied Energy, v. 135, p. 142–157, 2014. 
SCOTT, C. A.; PASQUALETTI, M. J. Energy and Water Resources Scarcity: Critical Infrastructure for 
Growth and Economic Development in Arizona and Sonora. [s.l: s.n.]. v. 50 
SMITH, K.; LIU, S.; CHANG, T. Contribution of Urban Water Supply to Greenhouse Gas Emissions in China. 
Journal of Industrial Ecology, v. 20, n. 4, p. 792–802, ago. 2016. 
SNIS. Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento: Diagnóstico dos Serviços de Água e 
Esgotos – 2013. Brasília: Ministério das Cidades. Secretaria Nacional de Saneamento Ambiental – SNSA, 
2014. 
SNIS. Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento: Diagnóstico dos Serviços de Água e 
Esgotos – 2014. Brasília - DF: Ministério das Cidades. Secretaria Nacional de Saneamento Ambiental – 
SNSA, 2016. 
SNIS. Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento: Diagnóstico dos Serviços de Água e 
Esgotos – 2015. Brasília: Ministério das Cidades. Secretaria Nacional de Saneamento Ambiental – SNSA, 
2017. 
SNIS. Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento: Diagnóstico dos Serviços de Água e 
Esgotos – 2016. Brasília - DF: Ministério das Cidades. Secretaria Nacional deSaneamento Ambiental – 
SNSA, 2018. 
SNIS. Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento: Diagnóstico dos Serviços de Água e 
Esgotos – 2017. 23° ed. Brasília - DF: Ministério das Cidades. Secretaria Nacional de Saneamento Ambiental 
– SNSA, 2019. 
WAKEEL, M. et al. Energy consumption for water use cycles in different countries: A review. Applied Energy, 
v. 178, n. 19, p. 868–885, set. 2016. 
 
 
 
14 
 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
Unesp, Campus de Guaratinguetá, São Paulo, Brasil 
 
Data: 1 e 2/Outubro/2019 
Local: InovEE – Centro de Inovação em Eficiência Energética 
 
 
ANÁLISE DE VIABILIDADE DE UM MONOTRILHO DE ALTA VELOCIDADE LIGANDO 
SÃO PAULO AO RIO DE JANEIRO UTILIZANDO A RODOVIA PRESIDENTE DUTRA 
 
Carlos Augusto Marcondes dos Santos a*; Teófilo Miguel de Souzaa 
 
aFaculdade de Engenharia, UNESP - Universidade Estadual Paulista, Campus de Guaratinguetá, Departamento de 
Engenharia Mecânica - Avenida Ariberto Pereira da Cunha, 333, Guaratinguetá, SP, 12516-410 
*e-mail: carlos.marcondes@unesp.br 
 
Resumo. Visando a diminuição da emissão de dióxido de carbono por veículos a combustão no deslocamento 
de milhares de pessoas entre as duas maiores cidades do país, Rio de Janeiro e São Paulo, este trabalho 
propõe a construção de um monotrilho de alta velocidade de duas vias ligando as duas cidades, implantado 
na faixa de domínio da Rodovia Presidente Dutra. O estudo consiste na análise de traçado e previsão de 
investimento para certificar a viabilidade do projeto desta magnitude, durante o trajeto a fonte de energia 
primária, que serão providas totalmente de energias renováveis, será solar e eólica. A implantação de 
fazendas solares em campos limpos durante o traçado e utilização de turbinas verticais entre as vias da 
Rodovia Presidente Dutra se farão necessárias. 
 
Palavras-chave: Monotrilho; Alta velocidade; Transporte sustentável. 
 
1. INTRODUÇÃO 
A Agência Nacional de Transportes Terrestres (ANTT, 2017) afirma que os setores de transportes no país 
têm se expandido e melhorado em diversos aspectos nas últimas décadas, mas faz a ressalva que ainda não 
se encontra em estado satisfatório. Para o Anuário Estatístico de Transportes (2017) do Governo Federal 
Brasileiro, o transporte de passageiros pelo mundo pode ser realizado por meio de corpos d’água, terrestre e 
aéreo. Sendo assim, os meios de transporte são classificados em ferroviário, rodoviário, marítimo, fluvial e 
aéreo. 
O desenvolvimento das cidades, o aumento no número de empregos e o maior número de pessoas circulando 
diariamente ocasionam um aumento na demanda por bons sistemas de transporte público no mundo 
(NAZARI; CHOWDHURY; SHIFTAN, 2019). O Ministério do Desenvolvimento Regional (2018) reforça a idéia 
que as cidades têm como papel principal maximizar a troca de bens e serviços, cultura e conhecimentos entre 
seus habitantes, mas isso só é possível se houver condições de mobilidade adequadas para seus cidadãos. 
Neste sentido, a mobilidade é um atributo associado à cidade e corresponde à facilidade de deslocamento de 
pessoas e bens na área urbana. 
O objetivo deste trabalho é buscar à diminuição da emissão de dióxido de carbono por veículos a combustão 
no deslocamento diário de milhares de pessoas entre as cidades entre o eixo Rio de Janeiro e São Paulo, 
incluindo as capitais. O trabalho tem caráter experimental e analítico. 
2. MATERIAIS E MÉTODOS 
2.1 MOBILIDADE URBANA SUSTENTÁVEL 
A mobilidade sustentável no contexto sócio-econômico e ambiental da área urbana pode ser vista através de 
ações sobre o uso e ocupação do solo e sobre a gestão dos transportes visando proporcionar acesso aos 
bens e serviços de uma forma eficiente para todos os habitantes, melhorando a qualidade de vida da 
população atual sem prejudicar a geração futura e principalmente o meio ambiente. Um bom programa de 
políticas de atuação urbana visando à mobilidade sustentável consiste na coordenação de ações conjuntas 
para produzir efeitos acumulativos de longo prazo atrelados ao balanceamento de metas ambientais, 
econômicas e sociais da sustentabilidade (KIMIJIMA, 2009). 
Quando se trata de mobilidade urbana e sustentabilidade se destacam as tecnologias de transporte que tem 
a contribuição com o menor impacto ao meio ambiente, podendo ser associado a fatores como o consumo 
de energia, a qualidade do ar, emissões de gases poluentes e a poluição sonora (MATHIESEN, 2015). 
As questões relacionadas com a mobilidade sustentável e os possíveis impactos e indicadores ambientais 
podem ser classificadas como: esgotamento de recursos devido ao aumento do consumo de energia, 
mudanças climáticas devido ao aumento das emissões de CO₂, aumento da poluição do ar devido às 
emissões de NOx, CO, compostos orgânicos voláteis e outros poluentes, aumento da geração de lixo, 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
15 
 
poluição da água, aumento da infra-estrutura gerando perda de área verde e até mesmo a falta de segurança 
nas rodovias com o aumento nos acidentes (BUDDE; WELLS; CIPCIGAN, 2012). 
2.2 MÉTODOS 
Para o traçado do percurso do monotrilho, foram utilizadas imagens das plataformas Google Earth e Google 
Maps para obter o perfil geográfico do terreno e dividi-lo em três perfis principais. O primeiro perfil é 
considerado a partir do primeiro quilômetro da Rodovia Presidente Dutra, na cidade de São Paulo, até o 
município de Volta Redonda, caracterizado e agrupado devido a característica de planalto destas áreas. O 
segundo perfil vai de Volta Redonda à Piraí, municípios já localizados no estado do Rio de Janeiro, com 
regiões críticas como a descida da Serra das Araras e variações de altitude. O terceiro perfil vai de Piraí até 
o último quilômetro da Rodovia na cidade de Rio de Janeiro, na Baixada Fluminense, caracterizado por ser 
uma região de planície. Cada perfil tem características geomorfológicas diferentes e são levadas em 
consideração para a determinação dos gastos de construção do monotrilho. 
Quanto à previsão dos custos, foi realizada uma média entre os custos da construção de monotrilhos já 
existentes, cujos perfis sejam semelhantes aos identificados. Dados como o custo por quilometro da 
construção de um monotrilho, o preço de cada estação, a velocidade do trem, o comprimento e o número de 
carros necessários para o transporte do número de passageiros estipulado foram retirados de informações 
providas pelas concessionárias que operam os monotrilhos já existentes. Já o número de passageiros do 
monotrilho foi obtido através do levantamento do número de pessoas que circula entre Rio de Janeiro e São 
Paulo pela Rodovia Dutra, fornecido pela empresa CCR – Nova Dutra, visando a diminuição de automóveis 
individuais neste trajeto. 
2.3 DESCRIÇÃO DOS VEÍCULOS DO MONOTRILHO 
Para atender às necessidades dos passageiros de maneira confortável, cada composição do monotrilho terá 
quatro vagões para transportar 80 pessoas cada, um carro destinado a carregar carga leve e se locomoverá 
a uma velocidade média de 150km/h. Sua aceleração será de 3 m/s², enquanto a desaceleração será de 4 
m/s² e a desaceleração de emergência será de 4,5 m/s², de modo a manter a segurança e o conforto dos 
passageiros. 
O monotrilho admite uma grande variedade de materiais para sua construção. Para execução do monotrilho 
Rio/SP, serão utilizados materiais a base de compósitos. Estes materiais geralmente compõem-se de resinas 
epóxi reforçadas com material fibroso e apresentam vantagens aos outros materiais como elevada rigidez e 
módulo específico, elevada resistência à corrosão, baixa condutividade térmica, boa fluidez, estabilidade 
estrutural e fácil moldagem. 
Os materiais mais comuns para a indústria de transportes são a fibra de vidro (PRFV) e a fibra de carbono. O 
PRFV, ou o plástico reforçado com fibra de vidro, é normalmente utilizado em pára-choques e peças 
estruturais que permitem a confecção de diversas formas complexas, algumasimpossíveis para chapas 
metálicas, além de que sua estampagem possui preço mais acessível que a convencional. Aviões usam 
compósitos de fibra de carbono, que é muito mais leve e resistente que o aço e a fibra de vidro, considerado 
ideal para este tipo de monotrilho de alta velocidade e que deverá ser implantado nos trens deste trecho. 
As fontes de eletricidade que abastecerão o monotrilho brasileiro, visando reduzir os impactos ambientais, 
serão renováveis, provenientes de fazendas solares em áreas descampadas e turbinas eólicas instaladas 
entre as duas vias da Rodovia, que serão movimentadas pelos ventos gerados pelos carros ao passarem por 
estes locais, estas tecnologias já são existentes, baratas e sustentáveis. 
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
O trecho da Rodovia Presidente Dutra que liga as cidades de São Paulo e do Rio de Janeiro possui 402 km 
de extensão, conforme a Figura 1, e circulam por ela cerca de 858 mil pessoas diariamente. Para implantação 
de uma nova forma de locomoção entre as duas cidades, é necessário um estudo de sua viabilidade, que se 
inicia pela caracterização detalhada do meio de transporte em questão. 
 
 
 
 
 
 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
16 
 
Figura 1. Regiões do trajeto do monotrilho e os três perfis. 
 
Fonte: Google Maps (2019) 
O trajeto será composto por cinco estações, nas cidades de São Paulo, São José dos Campos, Aparecida, 
Volta Redonda e Rio de Janeiro. As paradas estarão localizadas a cada 100 km, aproximadamente, para 
receber passageiros de 36 cidades dos dois estados, com isso, os trens sairão a cada hora das estações de 
São Paulo e Rio de Janeiro, com a possibilidade do aumento do número de veículos por hora nos horários de 
pico, como o começo da manhã, meio do dia e final de tarde, com a intenção de atender a alta demanda. 
3.1 PREVISÃO DE INVESTIMENTO 
Os fatores como a topografia do terreno, a velocidade, o número de passageiros e o comprimento alteram o 
valor do investimento. Neste empreendimento, a grande extensão do sistema e a sua locação na faixa de 
domínio da Rodovia Presidente Dutra tendem a diminuir o custo por quilômetro. Os valores apresentados na 
Tabela 1 são as médias entre os diferentes monotrilhos avaliados, mostrando o custo por quilometro de 
diferentes monotrilhos (PEDERSEN, 2019). A Tabela 2 relaciona cada perfil do trajeto do monotrilho e sua 
topografia com o investimento por quilômetro, sendo estes dados obtidos realizando a média entre 
monotrilhos existentes com perfis topográficos semelhantes aos de cada trecho (PEDERSEN, 2019). 
No caso dos perfis um e três, foi realizada uma média entre os monotrilhos de Tóquio no Japão e de Kuala 
Lumpur na Malásia, considerando sua geografia e extensão. Por seu difícil acesso para a construção e a 
necessidade de adaptar os trilhos à topografia acidentada, o trecho que corresponde à descida da Serra das 
Araras terá alguns quilômetros de maior valor do que o dos outros trechos, assemelhando-se ao monotrilho 
de Chongquing, na China. 
 
Tabela 1. Custo por quilômetro de diferentes monotrilhos 
Local Preço/km (USD$) 
Tóquio – Japão 15.000.000 
Las Vegas – EUA 55.000.000 
Kitakyushu – Japão 62.000.000 
Kuala Lumpur – Malásia 36.000.000 
Chongqing – China 26.250.000 
Fonte: Autoria própria 
 
Tabela 2. Custo por quilômetro de cada perfil do monotrilho 
 Total (km) Preço/km (USD$) 
Perfil 1 
Planalto Oriental de SP 
324 25.500.000 
Perfil 2 
Serra das Araras 
30,2 26.500.000 
Perfil 3 
Baixada Fluminente 
83,8 25.500.000 
Fonte: Autoria própria 
 
O investimento total do empreendimento está avaliado em USD$ 11,192,000,000.00 (KIMIJIMA, 2009; 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
17 
 
PEDERSEN, 2019). A grandiosidade deste empreendimento não foge à realidade dos demais projetos de 
monotrilhos no resto do planeta. Os monotrilhos de Mumbai, na Índia e Kuala Lumpur, na Malásia, estão 
sendo estudados para terem até 77 km e 135 km de extensão respectivamente, projeto de mesma magnitude 
que o brasileiro e com custo semelhante (PEDERSEN, 2019). 
4. CONCLUSÃO 
Os monotrilhos são um meio de transporte seguro, ecológico, rentável e coletivo, no caso deste estudo de 
viabilidade por se tratar de um veículo elétrico, reduzirá as emissões de gás carbônico significativamente. O 
que destaca o monotrilho dos outros meios de transporte são a estrutura mais leve, a construção modular e 
uma maior diversidade de materiais na construção. Neste projeto estudado, o fato de ligar as duas maiores 
cidades do Brasil, facilita a locomoção dos passageiros dentro da cidade após o desembarque. 
O transporte sustentável de passageiros no eixo Rio-São Paulo se mostra viável quando se trata de redução 
da emissão de gases poluentes através do uso de energias limpas e renováveis e mostra indícios para o 
desenvolvimento das regiões que estão no eixo do trajeto. O aumento da competitividade dos meios de 
transportes também deve ser ressaltado, já que por ter como energia primária a eletricidade provinda de 
energias renováveis os valores se tornarão mais atrativos para o transporte sobre monotrilho, forçando os 
outros meios se tornarem mais atrativos para se manterem viáveis. A utilização da malha para transporte de 
produtos e insumos pela região é algo que torna o meio de transporte mais atrativo para os provedores do 
serviço, sendo um incremento de renda para a concessionária. O modelo deste projeto é aberto para 
duplicação em outras capitais e regiões, podendo ser replicado para conectar capitais ao redor do mundo. 
5. AGRADECIMENTOS 
O presente trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível 
Superior- Brasil (CAPES), através do Programa de Demanda Social. O mais sincero agradecimento a todo o 
corpo de funcionários do Departamento de Engenharia Mecânica e Seção de Pós-Graduação da UNESP. 
6. REFERÊNCIAS 
BRASIL. Agência Nacional de Transportes Terrestres. Relatório Anual. Brasília: MI, 2017. 151 p. 
BRASIL. Ministério dos Transportes, Portos e Aviação Civil. Anuário Estatístico de Transportes. Brasília: 
MTPA, 2017. 56 p. 
BRASIL. Ministério do Desenvolvimento Regional. Relatório de Gestão. Brasília: MDR, 2018. 119 p. 
BUDDE, T.; WELLS, P.; CIPCIGAN, L. Can innovative business models overcome resistance to electric 
vehicles? Better Place and battery electric cars in Denmark. Energy Policy, v. 48, p. 498–505, 2012. 
KIMIJIMA, Nobuhiko. New Urban Transport System for Middle East Monorail System for Dubai Palm 
Jumeirah Transit System. Japão, 2009. 
MATHIESEN, B. V et al. Smart Energy Systems for coherent 100 % renewable energy and transport solutions. 
Applied Energy, v. 145, p. 139–154, 2015. 
NAZARI, S.; CHOWDHURY, S.; SHIFTAN, Y. Justice in public transport systems : A comparative study of 
Auckland , Brisbane , Perth and Vancouver. Cities, v. 90, n. January, p. 88–99, 2019. 
PEDERSEN, Kim. Website The Monorail Society. Disponível em: < http://www.monorails.org/index.html >. 
Acesso em 23 junho 2019.
 
 
 
18 
 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
Unesp, Campus de Guaratinguetá, São Paulo, Brasil 
 
Data: 1 e 2/Outubro/2019 
Local: InovEE – Centro de Inovação em Eficiência Energética 
 
 
SISTEMA HÍBRIDO SOLAR-EÓLICO-BIOGÁS INCLUINDO PRODUÇÃO, 
ARMAZENAMENTO E USO HIDROGÊNIO 
 
Carlos Henrique Silva Mouraab*; Wendell de Queiróz Lamascb; José Luz Silveiraab 
 
aUniversidade Estadual Paulista, Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá, Guaratinguetá, São Paulo 
bInstituto de Pesquisa em Bioenergia 
cUniversidade de São Paulo, Escola de Engenharia de Lorena, Lorena, São Paulo 
*e-mail: carloshenriquesmoura@gmail.com 
 
Resumo. O objetivo deste trabalho é destacar a importância de aumentar a participação de fontes alternativas 
no contexto da sociedade que ainda é majoritariamente dependente de combustíveis fósseis, uma vez que 
os impactos ambientais causados por eles são prejudiciais à vida no planeta,confirmando assim a 
necessidade da aplicação de tais tecnologias em diferentes cenários. A metodologia é baseada na revisão de 
estudos já realizados a fim de verificar a aplicabilidade e viabilidade de um sistema híbrido que utiliza energia 
eólica, energia solar, bioenergia e célula de combustível, considerando a produção de hidrogênio renovável. 
Foi possível concluir que o uso de tecnologias alternativas e renováveis para geração de energia é uma 
alternativa viável para o setor de transporte. 
 
Palavras-chave: Sistema híbrido; Energia solar; Energia eólica; Bioenergia; Hidrogênio renovável; Célula a 
combustível. 
 
1. INTRODUÇÃO 
A demanda energética mundial cresce a cada ano que passa e desde meados do século XVIII com o advento 
da Revolução Industrial os combustíveis de origem fóssil vêm sendo utilizados de forma intensa para as mais 
diferentes atividades e setores que compõe a sociedade como um todo. Além desses combustíveis serem 
altamente poluentes, eles são uma fonte de energia não renovável e até o fim de 2017 as suas reservas 
globais comprovadas poderiam durar até 50,2 anos no caso do petróleo, 52,6 anos no caso do gás natural e 
134 anos no caso do carvão (BP, 2018). O uso desenfreado desses recursos visando o ganho financeiro e 
avanços tecnológicos fizeram com que graves danos fossem causados ao meio ambiente (DIAS, 2010). 
O desenvolvimento sustentável vem sendo abordado em praticamente todas as ações e discussões desde a 
Conferência de Estocolmo em 1972 e as questões energéticas são intrínsecas a esse assunto; a geração de 
energia constitui-se de uma grande cadeia produtiva a qual possui grande interação com o meio ambiente 
(REIS; SANTOS, 2014). 
A crescente preocupação em assegurar um futuro sustentável e também uma segurança energética (KAR; 
SINHA, 2014) faz com que a utilização de fontes renováveis para a produção de energia desempenhe um 
papel proeminente em todo o mundo (SHARMA; TIWARI; SOOD, 2012). 
2. ESQUEMATIZAÇÃO DO SISTEMA HÍBRIDO DE GERAÇÃO 
O sistema proposto para ser estudado constitui-se do uso de fontes alternativas e renováveis de energia. O 
sistema híbrido (solar-eólico-biogás) considerou um cenário no qual painéis fotovoltaicos, aerogeradores e 
motores de combustão interna correspondem a 20%, 25% e 55% da demanda, respectivamente. O sistema 
híbrido gerará energia elétrica a fim de produzir hidrogênio através do processo da eletrólise da água, sendo 
o hidrogênio armazenado em seu estado gasoso e posteriormente redirecionado a uma estação de 
abastecimento para ser utilizado como combustível veicular em veículos. 
3. MÉTODO DE PESQUISA 
A análise energética será desenvolvida para que seja dimensionado o sistema híbrido de geração de energia, 
com base nos consumos de hidrogênio e a eletricidade requerida para produção (2.500 kWh) e compressão 
(150 kWh) dele, o que irá variar, mas dá uma média mensal de 71.329 kWh. A metodologia aplicada consistiu 
primeiramente em estimar o consumo de hidrogênio, já considerando o estoque devido à intermitência de 
duas das três fontes utilizadas, e também à eletricidade requerida diariamente para produção dele, devido ao 
uso do eletrolisador no processo de eletrólise da água. Assim que obtidos os consumos hidrogênio e 
eletricidade, continuou-se a obter os dados do recurso solar, eólico e biogás (produção oriunda de aterro 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
19 
 
sanitário) para a cidade de São Paulo. A planta híbrida foi concebida com base nos recursos solares, eólicos 
e de biogás disponíveis para satisfazer a demanda de hidrogênio de acordo com o consumo do ônibus. 
3.1 CARACTERÍSTICAS E CONSUMO DO ELETROLISADOR 
Para seleção do eletrolisador foi considerada a necessidade mínima de hidrogênio 45 kg/dia dentro do tempo 
(5 horas) em que o sistema estará operando para este fim. Com base nessas informações optou-se pelo 
modelo de eletrolisador HySTAT®-100-10. 
Segundo Braga (2014), a eficiência energética do eletrolisador pode ser determinada pela Eq. (1). 
2 2

= H H
eletrolisador
req
m PCI
E
 (1) 
Sendo, 
req
E potência consumida pelo eletrolisador em [kW], 
2H
m o vazão mássica de hidrogênio produzido 
em [kg/s], 
2H
PCI o Poder Calorífico Inferior do hidrogênio em [kJ/kg] e eletrolisador
 a eficiência do eletrolisador 
[-]. O Poder Calorífico Inferior do hidrogênio é 120.000 kJ/kg (PALADINO, 2013). 
3.2 PROCESSO DE ELETRÓLISE 
A eficiência energética do processo de eletrólise utilizando eletricidade produzida pelos painéis solares 
fotovoltaicos, aerogeradores e queima de biogás no motor de combustão interna, sendo cada uma faz fontes 
responsável por 20%, 25% e 55%, da energia elétrica produzida, respectivamente, foi calculada através da 
Eq. (2), adaptada de Braga (2014) e Paulino (2017). 
. . . . .[0,20 ( ) 0,25 ( ) 0,55 ( )]
eletro el SH el solar el eolico el MCI eletrolisador
    =  +  +   (2) 
Sendo, . .eletro el SH
 é a eficiência energética do processo de eletrólise pelo sistema híbrido solar-eólico-biogás 
[-], respectivamente, eletrolisador
 é eficiência do eletrolisador [-] e .el solar
 , .el eolico
 e .el MCI
 são as 
eficiência de geração de eletricidade dos painéis solares fotovoltaicos, aerogeradores e do motor de 
combustão interna a biogás [-], respectivamente. 
3.3 RECURSO SOLAR NA CIDADE DE SÃO PAULO 
De acordo com CRESESB (2018), a irradiação solar média anual na cidade de São Paulo é de 4,43 kWh/m² 
no plano com ângulo igual a latitude. Segundo a Agência Nacional de Energia Elétrica (2005) na cidade de 
São Paulo tem-se até 6 horas de radiação solar. Para este estudo, foram consideradas 5 horas de sol para a 
realização dos cálculos para esta cidade. 
3.4 POTÊNCIA ELÉTRICA EM PLANTA SOLAR FOTOVOLTAICA 
Segundo Laranci, Silveira e Lamas (2012), a energia gerada por uma série de painéis fotovoltaicos é 
diretamente proporcional à radiação solar, conforme a Eq. (3). 
100
pv
p A pE R A

=   (3) 
Sendo, pv
 a eficiência do painel fotovoltaico [%], Ap a área de um painel fotovoltaico [m²], A
R a insolação 
diária média mensal [kWh/m².dia]. A eficiência do painel fotovoltaico depende do tipo e da pureza do material 
semicondutor utilizado. 
3.5 RECURSO EÓLICO NA CIDADE DE SÃO PAULO 
De acordo com CRESESB (2018), observa-se que a velocidade média anual do vento para uma altura de 
50m é de 3,53 m/s. 
3.6 POTÊNCIA ELÉTRICA EM PLANTA EÓLICA 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
20 
 
Segundo Ruiz (2016) pode-se calcular a potência elétrica gerada por uma turbina eólica, a qual é diretamente 
proporcional à velocidade do vento ao cubo, pela seguinte equação: 
31
2 rtr p
P A V C=     (4) 
Sendo,  a massa específica do ar [kg/m³], Atr a área transversal do rotor [m²], V a velocidade do vento [m/s], 
e 
rp
C o coeficiente da potência do rotor, segundo Roberts (2012) o valor é de 0,59. A massa específica do ar 
utilizada foi de 1,1839 kg/m³ para temperatura média de 25 ºC. 
3.7 RECURSO DE BIOGÁS NA CIDADE DE SÃO PAULO 
Para este estudo foi considerada a produção de biogás do aterro sanitário privado Centro de Disposição de 
Resíduos (CDR) Pedreira. A produção de biogás do aterro é de 15.000 Nm³/h (PAULINO, 2017). 
Segundo Paulino (2017), a composição do de biogás de aterros sanitários é 55% de CH4 e 45% de CO2 e 
seu do Poder Calorífico Inferior é 15429 kJ/kg e a massa molar 52,08 kmol/kg. 
3.8 DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA HÍBRIDO 
Foi escolhida a turbina eólica deixo vertical, pois tem um melhor desempenho em áreas urbanas (RUIZ, 2016), 
modelo Aeolos-V 5kW da empresa Aeolos com uma potência nominal de 5 kW, para o módulo fotovoltaico 
escolheu-se o modelo CS6X-315 da empresa Canadian Solar com uma potência de 315 Wp, para o motor de 
combustão interna foi selecionado o modelo SCANIA OC 13A (420 kVA / 300 kW) da ER-BR e o compressor 
de hidrogênio foi selecionado modelo C06-40-300/600LX-H2.4. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
A Tab. 1 apresenta as quantidades de equipamentos necessários para a demanda requerida, as quais foram 
calculadas de acordo com a metodologia explicada no início desta seção em relação com o balanço 
energético anual. 
 
Tabela 1. Número de equipamentos que compõe o sistema híbrido 
Quantidade de Painéis 
Fotovoltaicos 
Quantidade de 
Aerogeradores 
Quantidade de Motores de 
Combustão Interna 
Potência Instalada 
(KW) 
387 136 1 1101,905 
Fonte: Autoria própria 
 
A Fig. 1 apresenta os resultados obtidos quanto à produção de energia elétrica pelo sistema híbrido proposto. 
 
Figura 1. Gráfico de demanda x produção de energia elétrica 
 
Fonte: Autoria própria 
5. CONCLUSÃO 
O Sistema Híbrido apresenta-se de forma geral com excedente na geração de eletricidade para uso nos 
processos de eletrólise da água e compressão do hidrogênio, demonstrando assim a sua autossuficiência 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
21 
 
para a produção de hidrogênio para assim ser utilizado como combustível veicular. 
6. AGRADECIMENTOS 
O presente trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível 
Superior – Brasil (CAPES) – Código de Financiamento 001. 
7. REFERÊNCIAS 
AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA. Atlas de Energia Elétrica do Brasil. 2. ed. 
Brasilia: [s.n.], 2005. 
BP. BP Statistical Review of World Energy 2018. . [S.l: s.n.], 2018. 
BRAGA, L. B. Análise Econômica do Uso de Célula a Combustível para Acionamento de 
Ônibus Urbano. 2010. 99 f. Faculdade de Engenharia do Campus de Guaratinguetá, Universidade 
Estadual Paulista, 2010. 
BRAGA, L. B. Aspectos Técnicos, Econômicos e Ecológicos de Processos de Produção de 
Hidrogênio. 2014. 141 f. Universidade Estadual Paulista, 2014. 
CRESCESB. SunData. Dispnível em: < 
http://www.cresesb.cepel.br/index.php?section=com_content&cid=fontes_dados_vento_sol>. 
Acessado em: 3 nov. 2018. 
DIAS, G. F. Educação Ambiental – Princípios e Práticas. 9. ed. São Paulo: Gaia, 2010. 
KAR, S. K.; SINHA, P. K. Ensuring Sustainable Energy Security: Challenges and Opportunities for 
India. Oil, Gas & Energy Law, v. 4, 2014. 
LARANCI, P.; SILVEIRA, J. L.; LAMAS, W. Q. SOLAR 1.1 software: a case study of a chicken farm 
illumination project. Exacta, v. 10, n. 1, 2012. 
NATIONAL RENEWABLE ENERGY LABORATORY. Renewable Electrolysis. Disponível em: 
<https://www.nrel.gov/hydrogen/renewable-electrolysis.html>. Acesso em: 5 jan. 2018. 
NEHRIR, M. H.; WANG, C. Fuel cells. Electr. Renew. Energy Syst. 1st. ed. Bozeman: Elsevier Inc., 
2016. p. 92–113. 
NEVES, N. P.; PINTO, C. S. Licensing a fuel cell bus and a hydrogen fueling station in Brazil. 
International Journal of Hydrogen Energy, v. 38, n. 19, p. 8215–8220, 2013. 
NOVAKOVIC, B.; NASIRI, A. Introduction to electrical energy systems. Electr. Renew. Energy 
Syst. 1st. ed. Milwaukee: Elsevier Inc., 2016. p. 1–20. 
OH, T. H.; CHUA, S. C.; GOH, W. W. Bakun - Where should all the power go? Renewable and 
Sustainable Energy Reviews, v. 15, p. 1035–1041, 2011. 
ONG, H. C.; MAHLIA, T. M. I.; MASJUKI, H. H. A review on energy scenario and sustainable energy 
in Malaysia. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 15, p. 639–647, 2011. 
PALADINO, P. A. Uso do Hidrogênio no Transporte Público de São Paulo. 2013. 195 f. 
Universidade de São Paulo, 2013. 
PAULINO, R. F. S. Uso do Biogás para Produção de Biohidrogênio: Eletrólise Versus Reforma 
a Vapor. 2017. 111 f. Universidade Estadual Paulista, 2017. 
REIS, L. B. dos; SANTOS, E. C. Energia Elétrica e Sustentabilidade: Aspectos Tecnológicos, 
Socioambientais e Legais. 2a Edição ed. [S.l.]: Manole, 2014. 
ROBERTS, J. J. Análise De Desempenho de Um Sistema Híbrido de Geração de Energia Solar-
Eólico-Diesel Considerando Variações Probabilísticas da Carga e dos Recursos Renováveis. 
2012. 152 f. Faculdade de Engenharia do Campus de Guaratinguetá, Universidade Estadual 
Paulista, 2012. 
RUIZ, J. M. A. Aspectos Técnicos, Econômicos e Ambientais da Implementação de Energia 
Eólica e Solar Fotovoltaica em Edifícios. 2016. 117 f. Universidade Estadual Paulista “Júlio de 
Mesquita Filho”, 2016. 
SHARMA, N. K.; TIWARI, P. K.; SOOD, Y. R. Solar energy in India: Strategies, policies, perspectives 
and future potential. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 16, p. 933–941, 2012. 
YOUNGER, M. et al. The Built Environment, Climate Change, and Health - Opportunities for Co-
Benefits. American Journal of Preventive Medicine, v. 35, n. 5, p. 517–526, 2008.
 
 
 
22 
 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
Unesp, Campus de Guaratinguetá, São Paulo, Brasil 
 
Data: 1 e 2/Outubro/2019 
Local: InovEE – Centro de Inovação em Eficiência Energética 
 
 
REDUÇÃO DO CONSUMO ENERGÉTICO DOS FORNOS DE REAQUECIMENTO NA 
COMBUSTÃO DOS GASES DE COQUERIA E ACIARIA (COG/LDG) 
 
Diego J. Mariños Rosadoa*; Samir B. Rojas Chávez a; João A. de Carvalho Juniora; Andrés A. 
Mendiburu Zeballosb 
 
aFaculdade de Engenharia Mecânica, Departamento de Energia, Universidade Estadual Paulista, Campus de 
Guaratinguetá, Av. Ariberto P. Cunha, 333, Guaratinguetá, SP, CEP 12510-410, Brasil. 
bDepartamento de Engenharia Mecânica, Universidade Federal de Rio Grande do Sul, Av. Paulo Gama, 110, Porto 
Alegre, RS, CEP: 90040-060, Brasil. 
*e-mail: diego.marinos@hotmail.com 
 
Resumo. O objetivo deste artigo foi reduzir o consumo de energia desenvolvendo dois métodos. O primeiro 
para estimar as perdas de calor no forno, e o segundo para aplicar as técnicas de recuperação de calor no 
pré-aquecimento da carga e pré-aquecimento do ar da combustão. Evidencia-se que ao desenvolver o 
presente estudo, obteve-se uma economia no consumo de combustível de 6606 m3/h e 4627 m3/h para o pré-
aquecimento da carga e pré-aquecimento do ar, respectivamente. Além disso, a eficiência do forno foi 
aumentada em 23,3% e 15,2%, assim como, os indicadores energéticos foram melhorados em 18,9% e 13,2% 
em cada caso. 
 
Palavras-chave: Consumo energético; Fornos de reaquecimento; Transferência de calor; Recuperação de 
calor; Indústria siderúrgica. 
 
1. INTRODUÇÃO 
Desde a década de 1970, devido à crise energética mundial, a modelagem e o controle de fornos de 
reaquecimento têm recebido grande atenção. Avanços consideráveis foram alcançados incluindo aplicações 
de algumas estratégias para o controle de reaquecimento dos fornos em tempo real. 
A indústria siderúrgica fez grandes avanços na produção de aço, a estrutura do produto, a economia de 
energia, e é uma indústria importante no desenvolvimento econômico mundial (LU et al., 2016). O rápido 
desenvolvimento da indústria do aço é acompanhado por um enorme consumo de energia, que acontece no 
Brasil, na China, na Europa e ao redor do mundo (HE et al., 2017). O consumo de energia da indústria 
siderúrgica representa entre 10% e 15% do consumo total de energia no mundo (CHEN et al., 2018). 
Kreuzer et al. (2011), estimaram que os fornos de reaquecimento representam 67% do consumo total de 
energia de uma usina siderúrgica integrada. Dos quais, os gases de combustão que são expelidos para o 
meio ambiente às temperaturas de 800 ou 900 °C, levam o 31,36% da energia total. O termo consumo de 
energia refere-se à quantidade de energia utilizada para reaquecer uma massa unitária de material 
processado. O consumo específico de energia é um indicador chave do desempenho que influencia 
diretamente nas emissões de carbono e os custos operacionais (GUNARATHNE et al., 2016). 
Com o rápido crescimento do consumo de energia não só aumentou o custo da indústria, também aumentou 
as emissões de poluentes para o meio ambiente (RASUL et al., 2007). A indústria siderúrgica é conhecida 
como um dos principais setores de emissões de CO2 no mundo, representando aproximadamente 7% do 
total, emitindo em média 1,8 toneladas de CO2 por tonelada de aço produzido; sendo a China a maior 
emissora de CO2 do mundo, com cerca de 10 Gt de CO2 por ano, os EUAsão o segundo com 5 Gt de CO2 
por ano e a Índia é o terceiro emissor de CO2 que produz aproximadamente 2 Gt de CO2 por ano. O Brasil 
está na décima primeira posição, com cerca de 530 milhões de toneladas de CO2 por ano. Entre outros gases 
poluentes nessa indústria, temos o NOx, e o SO2 (AN et al., 2018). 
O objetivo deste trabalho foi desenvolver dois métodos. A primeira estima a quantidade de calor perdido e 
aproveitado em cada estágio do processo do forno, como alguns modelos desenvolvidos por Chakraborty 
(2017) e Charles (2004). Dentro do calor perdido pelos gases da combustão estuda-se a análise da primeira 
lei da termodinâmica que envolve o procedimento para o balanço de energia e massa; enquanto que, a 
segunda parte estuda o método das técnicas de recuperação de calor para o preaquecimento da carga e ar 
da combustão. O aproveitamento do calor que produzem os gases de combustão é tema atual de pesquisa 
pela sua versatilidade com respeito à economia de combustível. 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
23 
 
2. MATERIAIS E MÉTODOS 
Para a redução do consumo energético nos fornos de reaquecimento serão desenvolvidos dois métodos: O 
método para estimar as perdas de calor, apresentado na Fig. 1, e o método para aplicar as técnicas de 
recuperação de calor. 
 
Figura 1. Método para estimar as perdas de calor no forno de reaquecimento. 
 
Fonte: Autoria própria 
2.1 MÉTODO PARA ESTIMAR AS PERDAS DE CALOR NO FORNO DE REAQUECIMENTO 
Os calores para desenvolver o método são apresentados na Tab. 1. 
 
Tabela 2. Calores para determinar as perdas de calor no forno de reaquecimento. 
Calores Equações 
1 Calor fornecido pelo combustível Q1 = PCI*ṁc (1) 
2 Transferência de calor no forno 𝑄2 = 𝑇1−𝑇𝑛+1(𝑥𝑛𝐾𝑛)𝑖 (2) 
3 Calor absorvido pelo aço 𝑄3 = �̇�𝑝𝑟𝑜 ∗ ∆𝑡 ∗ 𝐶𝑝𝑎 ∗ ∆𝑇𝑎 (3) 
4 Calor dos gases da combustão Q4 = mg*Cpg*(Tg-Tar) (4) 
5 Calor ganhado pelo pré-
aquecimento do ar 
𝑄5 = [𝛼 ∫ [𝑎1 ∗ 𝐶𝑝,𝑂2 + 𝑎2 ∗ 𝐶𝑝,𝑁2]𝑇𝑇𝑖 𝑑𝑇]/𝑃𝐶𝐼 (5) 
6 Calor perdido pelos gases de 
combustão 
𝑄6 = 𝑄4 − 𝑄5 (6) 
7 Calor da oxidação do ferro 𝑄7 = (𝜂𝑐𝑎𝑟𝑒𝑝𝑎 ∗ �̇�𝑝𝑙𝑎𝑐𝑎𝑠 ∗ 𝛥𝑡) ∗ 𝛥𝐻𝑟𝑒𝑎çã𝑜 (7) 
8 Calor da água de resfriamento 𝑄8 = (�̇�á𝑔𝑢𝑎 ∗ 𝛥𝑡) ∗ 𝐶𝑝á𝑔𝑢𝑎 ∗ 𝛥𝑇á𝑔𝑢𝑎 (8) 
9 Outras perdas de calor 𝑄9 = 𝑄1 + 𝑄5 + 𝑄7 − (𝑄2 + 𝑄3 + 𝑄4 + 𝑄6 + 𝑄8) (9) 
Fonte: Autoria própria 
 
2.2 MÉTODO PARA APLICAR AS TÉCNICAS DE RECUPERAÇÃO DE CALOR NO FORNO DE 
REAQUECIMENTO 
Os fornos de reaquecimento são utilizados para aquecer os tarugos antes do processo de laminagem. As 
placas a aquecer ingressam ao forno à temperatura de 200 °C e saem a 1200 °C. O forno está constituído 
por queimadores alimentados com um gás misturado proveniente da coqueria (COG) e aciaria (LDG), com 
uma vazão de 35000 Nm3/h e um poder calorífico de 2811 kcal/Nm³. 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
24 
 
O calor dos produtos da combustão emitidos para a atmosfera são a consequência da reação química do 
combustível com o ar. A indústria siderúrgica gera enormes quantidades de gases de combustão através da 
chaminé dos fornos de reaquecimento. O objetivo é aproveitar o calor residual dos gases da combustão 
proveniente da chaminé, aplicando uma tecnologia como o recuperador de calor para recuperar o conteúdo 
energético não utilizado através destes efluentes, e assim, satisfazer uma necessidade existente na planta 
como o pré-aquecimento do ar da combustão. A temperatura dos gases emitidos para atmosfera es de 840 
°C e a temperatura do ar da combustão na saída do recuperador é de 560 °C. 
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
3.1 RESULTADOS DAS PERDAS DE CALOR NO FORNO DE REAQUECIMENTO 
No processo do forno de reaquecimento, as condições de trabalho estão sujeitas ao número de toneladas de 
material a ser processado, à temperatura necessárias no exterior e à quantidade de calor perdido que se 
deseja evacuar. O balanço de energia foi realizado para uma produtividade de 257 t/h e 11,72 h de operação. 
O diagrama de Sankey da Fig. 2, apresenta o resultado, mostrando os calores de entrada e saída em cada 
estágio do processo do forno de reaquecimento de placas. 
Observa-se que o calor aproveitado pelas placas de aço é de 46,7%, e o calor perdido total composta pelas 
perdas dos gases da combustão, perdas pela transferência de calor e outras perdas, é de 46,5%. 
Para reduzir as perdas pela transferência de calor no forno abaixo de 2%, foi feito uma análise de isolamento 
nas paredes do forno, tendo em conta os tipos de materiais e espessuras em cada camada. 
 
Figura 2. Diagrama de Sankey para estimar as perdas de calor no forno de reaquecimento. 
 
Fonte: Autoria própria 
3.2 RESULTADOS DAS TÉCNICAS DE RECUPERAÇÃO DE CALOR PARA O FORNO DE 
REAQUECIMENTO 
Para a aplicação das técnicas de recuperação de calor se precisam dos parâmetros do gás misto, dos gases 
da combustão e do ar mencionados acima. Os resultados apresentam-se na Fig. 3. 
Na Fig. 3, apresenta os resultados energéticos comparando o pré-aquecimento da carga e o pré-aquecimento 
do ar, e concluímos que os melhores resultados são obtidos através do pré-aquecimento da carga, já que 
temos uma maior economia no consumo de combustível, sendo 28393,7/35000. Levando a uma melhoria das 
eficiências do forno de 64,6%. 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
25 
 
Figura 3. Parâmetros energéticos com o aproveitamento dos gases da combustão para o pré-aquecimento 
da carga e o pré-aquecimento do ar da combustão. 
 
Fonte: Autoria própria 
4. CONCLUSÃO 
No presente trabalho foram desenvolvidos métodos para reduzir o consumo energético no forno de 
reaquecimento utilizado na indústria siderúrgica. O método que estima as perdas de calor foi desenvolvido 
para um caso de 11,72 horas de produtividade. Os resultados finais foram apresentados em um diagrama de 
sankey mostrando os calores de entrada e saída em cada estágio do processo. 
Com o método para a aplicação das técnicas de recuperação de calor para o pré-aquecimento da carga e ar 
de combustão, apresenta grandes vantagens na produção. Obtendo-se uma economia no consumo de 
combustível de 6606 m3/h e 4627 m3/h para cada caso, respectivamente. 
5. AGRADECIMENTOS 
Os autores agradecem à FAPESP (Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo) pelo apoio 
deste trabalho através do Projeto 2017/08975-1. 
6. REFERÊNCIAS 
AN, R;, YU, B.; LI, R.; WEI, Y. M. Potential of energy savings and CO2 emission reduction in China’s iron and 
steel industry. Applied Energy, v. 226, p. 862–880, 2018. 
CHAKRABORTY, S.; RAJORA, A.; PAL, S.; TALUKDAR, P. Heat transfer and discrete phase modelling of 
coal combustion in a pusher type reheating furnace. Applied Thermal Engineering, v. 116, p. 66–78, 2017. 
CHARLES, E. Industrial Burners Handbook. Industrial Combustion Series. USA: CRC Press LCC, 2003. 
CHEN, D.; LU, B.; DAI, F. Q.; CHEN, G.; YU, W. Variations on billet gas consumption intensity of reheating 
furnace in different production states. Applied Thermal Engineering, v. 129, p. 1058–1067, 2018. 
GUNARATHNE, D. S.; MELLIN, P.; YANG, W.; PETTERSSON, M.; LJUNGGREN, R. Performance of an 
effectively integrated biomass multi-stage gasification system and a steel industry heat treatment furnace. 
Applied Energy, v. 170, p. 353–361, 2016. 
HE, K.; WANG, L. A review of energy use and energy-efficient technologies for the iron and steel industry. 
Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 70, p. 1022–1039, 2017. 
KREUZER, D. R.; WERNER, A. Implementation of Models for reheating processes in industrialfurnaces. 
Proceeding 8th Modelica Conference, Germany, p. 376–387, 2011. 
LU, B.; CHEN, G.; CHEN, D.; YU, W. An energy intensity optimization model for production system in iron and 
steel industry. Applied Thermal Engineering, v. 100, p. 285–295, 2016. 
RASUL, M. G.; TANTY, B. S.; MOHANTY, B. Modelling and analysis of blast furnace performance for efficient 
utilization of energy. Applied Thermal Engineering, v. 27, n. 1, p. 78–88, 2007. 
 
 
 
26 
 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
Unesp, Campus de Guaratinguetá, São Paulo, Brasil 
 
Data: 1 e 2/Outubro/2019 
Local: InovEE – Centro de Inovação em Eficiência Energética 
 
 
OXI-COMBUSTÃO DO GLICEROL UTILIZANDO ANÁLISES TERMOGRAVIMÉTRICAS 
 
Diogo Garcia Nunesa; Gretta Larissa Aurora Arce Ferrufinoa; Ivonete Ávilaa; José Claudio 
Caraschi b; Carlos Manuel Romero Lunab. 
 
aUNESP – Universidade do Estado de São Paulo, Faculdade de Engenharia de Guaratingueta, Departamento de 
Energia, Laboratório de Combustão e Captura de Carbono (LC3), Av. Dr. Ariberto pereira de Cunha, 333, 12 516-410, 
Guaratinguetá-SP Brasil. 
bUNESP –Universidade do Estado de São Paulo, Campus de Itapeva, Rua Geraldo Alckmin, 519, 18409-010, Itapeva-
SP, Brasil. 
*e-mail:diogo.nunes@unesp.br 
 
Resumo. O biodiesel é capaz de atender parte da demanda de energia mundial e possui grande potencial de 
redução de CO2, mas sua produção gera quantidades significativas de glicerol. A literatura apresenta 
trabalhos sobre as várias alternativas para o uso do glicerol, que vão desde a geração de energia, produção 
de biocombustíveis e produtos químicos. Embora existam trabalhos envolvendo o glicerol, há poucos estudos 
sobre o comportamento térmico dele em condições de oxi-combustão, esse estudo será relevante, pois além 
de aproveitar a energia contida no glicerol, será possível obter um fluxo de gás rico em CO2. 
 
Palavras-chave: Glicerol; TGA; Oxi-combustão; Energia. 
 
1. INTRODUÇÃO 
Nas últimas três décadas, o mundo experimentou um aumento na demanda por energia, o esgotamento das 
reservas de petróleo e o aumento das emissões de gases de efeito estufa (GEE), especialmente o dióxido de 
carbono (CO2), estimulando pesquisas sobre combustíveis alternativos (Coronado et al., 2014). . Entre os 
vários combustíveis alternativos renováveis está o biodiesel, biocombustível renovável, que tem grande 
potencial para redução de CO2. Entretanto, sua produção gera a formação de um subproduto chamado 
glicerol, que não pode ser descartado na natureza e tende a se tornar um problema ambiental e econômico 
crescente à medida que a produção mundial e reservas de glicerol se expandem, tornando urgente a busca 
por novos usos para glicerol. A produção mundial de biodiesel aumentou rapidamente nos últimos anos, 
atingindo 28,3 milhões de toneladas em 2014 (FAO 2014). Assim, a produção total de glicerol bruto em 2014 
foi estimada em 2,8 milhões de toneladas métricas (Setyawan et al., 2016; Asdrubali et al., 2015). 
O glicerol bruto, obtido através da produção de biodiesel, possui características que o impedem de ser 
utilizado nas principais aplicações atuais, devido à presença de impurezas resultantes dos catalisadores 
utilizados na transesterificação (Paz, 2013). No processo industrial, 1 kg de glicerol bruto é gerado por 9 kg 
de biodiesel produzido. Embora o glicerol puro tenha aplicações nas indústrias de alimentos, cosmética e 
farmacêutica, é muito caro para os produtores de biodiesel refinar o glicerol bruto em glicerol de alta pureza. 
Portanto, o glicerol gerado durante o processo de biodiesel é frequentemente considerado como um produto 
residual (Jiang e Agrawal 2014; Leoneti et al., 2012). 
A literatura apresenta uma quantidade significativa de trabalhos sobre as diversas alternativas para a 
utilização do glicerol bruto, que vão desde a geração de energia, produção de biocombustíveis e produtos 
químicos (Monteiro et al., 2018; He et al., 2017; Quispe et al., 2013). Gupta e Kumar 2012). No contexto da 
geração de energia, algumas pesquisas mostraram que o glicerol bruto pode ser usado como combustível, 
apesar de seu baixo poder calorífico e alta temperatura de ignição (Jiang e Agrawal 2014). 
Crnkovic et al. (2012) determinaram a energia de ativação da combustão bruta de glicerol. Angeloni et al. 
(2016) investigaram a combustão de glicerol bruto queimando as gotículas em um forno tubular vertical e 
compararam com diferentes misturas de glicerol puro com água, álcool e sais. Setyawan et al. (2016) 
estudaram as características de combustão e ignição do glicerol bruto em comparação a outros combustíveis, 
como diesel, biodiesel e etanol, e verificaram o efeito das impurezas no comportamento da combustão do 
glicerol bruto. Yuan et al. (2016) utilizaram análise térmica para estudar o comportamento térmico de misturas 
glicerol-diesel (microemulsão), onde verificaram o efeito de diferentes concentrações de glicerol, bem como 
a cinética de combustão e pirólise. 
Apesar dos estudos envolvendo o glicerol bruto, ainda existem poucos estudos sobre o comportamento 
térmico do glicerol sob condições de combustão oxi-combustível. Além disso, o estudo da oxicombustão do 
glicerol é relevante, pois, além de aproveitar a energia contida no glicerol, permitirá a obtenção de uma 
corrente gasosa rica em CO2 para sua posterior captura. No entanto, estudos de oxi-combustão de glicerol 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
27 
 
ainda são escassos. 
2. MATERIAIS E MÉTODO 
2.1 GLICEROL 
Figura 1 mostra o glicerol bruto que foi utilizado para os testes. 
 
Figura 1. Glicerol Bruto 
. 
Fonte: Autoria própria 
 
Tabela 1. Propriedades físico-químicas do glicerol bruto Adaptada do certificado CARGIRLL. 
 
 
 
 
Fonte: Autoria própria 
2.2 CONFIGURAÇÃO EXPERIMENTAL 
A Figura 2 apresenta a bancada experimental para estudos do comportamento térmico do glicerol. O banco 
foi composto principalmente de um termo balança (DSC-Q600 de instrumentos TA). Para a injeção de dióxido 
de carbono, utiliza-se uma injeção secundária do termo escala, para isso é necessário utilizar um controlador 
de fluxo (AALBORG). Os ensaios foram realizados a partir da temperatura de 30 ° C a 600 ° C, utilizando 
atmosferas de combustão com ar sintético, atmosfera inerte com nitrogênio e oxi-combustão com 80% de 
CO2 e 20% de O2, todos utilizando uma taxa de aquecimento. de 10 °C por minuto e 30 mg de massa de 
glicerol. 
 
Figura 2. Bancada Experimental 
 
Fonte: Autoria própria 
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
A Figura 3a mostra curvas de massa em porcentagem, onde é possível ver uma similaridade entre as curvas, 
mas pode-se observar que a curva de oxi-combustão inicia a reação com antecedência das outras duas 
curvas, e também é possível observar uma curva retorno na curva do ar sintético ao final da segunda 
CO2Air O2
Mass Flow
Controller
Thermogravimetric 
Analyzer
SDT Q600
Propriedades Resultados Método Especificação 
pH 5.61 - 5.00 a 7.00 
Teor de sal 2.73 % CQGL0001 Máx 7.00 
Umidade 14.47 % CQ0008 Máx 15.00 
Teor de glicerol 83.36 % CQGL0003 Máx 80.00 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
28 
 
degradação, provavelmente foi devido ao fato de que uma grande massa foi utilizada, e com isso ocorreu 
uma reação muito forte, obrigando o equipamento a diminuir a temperatura, causando assim recuo. Também 
é possível observar que a degradação na atmosfera de nitrogênio estava completa, não havendo cinzas, e 
para as outras duas atmosferas tinha pouca massa de cinzas, sendo maior e marcante para a atmosfera de 
oxi-combustão com cerca de 5,42 % de conteúdo de cinzas, esse comportamento semelhante ao mostrado 
em Yuan et al. (2016). 
A Figura 3b mostra a curva da derivada de massa, onde é possível identificar que para as três atmosferas a 
primeira degradação ocorre a partir de 70 ° C, mas para oxi-combustão a segunda degradação começa a 
acontecer a 160 ° C e para as duas mais atmosferascomeçar a ocorrer a 175 ° C, a reação de maior 
intensidade foi a de degradação em atmosfera de nitrogênio chegando a ter mais de 40 % de intensidade 
seguida pela reação em atmosfera de ar sintético onde ocorre também um recuo da curva, provando que 
houve uma reação com uma massa maior do que deveria ser utilizada e com uma intensidade de quase 37 
%, já que a reação na oxi-combustão nos apresenta dois picos de reação, mas com intensidades menores 
que nas demais atmosferas. 
 
Figura 3. Comportamento térmico do glicerol bruto (a) curva TG (b) curva DTG. 
 
(a) (b) 
Fonte: Autoria própria 
4. CONCLUSÃO 
Para os ensaios, a combustão na atmosfera de ar sintético foi mais reativa, de acordo com os números 
apresentados, porém devido à quantidade de massa houve eventos inesperados, com isso se faz necessário 
novos testes com menor massa para obter resultados significativos, Também é possível dizer que a oxi-
combustão tendo as proporções dos gases em diferentes escalas poderá ter um resultado mais significativo, 
e isso precisa ser estudado. 
5. AGRADECIMENTOS 
Os autores gostariam de agradecer ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico 
(CNPq) (Processo - 439125 / 2018-9) e Coordenação de Aperfeiçoamento do Pessoal de Nível Superior 
(CAPES) pela bolsa PNPD. 
6. REFERÊNCIAS 
ANGELONI, M.; et al. “Experimental investigation of the combustion of crude glycerol droplets”. Fuel, Vol. 184, 
pp.889-895, 2016. 
ASDRUBALI, F.; et al. “Life Cycle Assessment of New Oxy-Fuels from Biodiesel-derived glycerol”. Energies, 
Vol. 8, pp.1628-1643, 2015. 
CRNKOVIC, P. M.; et al. “Determination of the activation energies of beef tallow and crude glycerin combustion 
using thermogravimetry”. Biomass and Bioenergy, Vol. 44, pp.8-16, 2012. 
CORONADO, C. R.; et al. “Ecological efficiency in glycerol combustion”. Applied Thermal Engineering, Vol. 
63, pp.97-104, 2014. 
FAO, 2014. “agricultural outlook 2014”. OECD Publishing; 2014 < http://dx.doi.org/10.1787/19991142>. 
GUPTA, M.; et al. “Scope and opportunities of using glycerol as an energy source”. Renewable and 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
29 
 
Sustainable Energy Reviews, Vol. 16, pp.4551-4556, 2012. 
HE, Q.; et al. “Utilization of the residual glycerol from biodiesel production for renewable energy generation”. 
Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 71, pp.63-76, 2017. 
JIANG, L.; et al. “Combustion of straight glycerol with/without methane using a fuel-flexible, low-emissions 
burner”. Fuel, Vol .136, pp.177-184, 2014. 
LEONETI, A. B.; et al. “Glycerol as a by-product of biodiesel production in Brazil: Alternatives for the use of 
unrefined glycerol”. Renewable Energy, Vol. 45, pp.138-145, 2012. 
MONTEIRO, M. R.; et al. “Glycerol from biodiesel production: Technological paths for sustainability”. 
Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol.88, pp.109-122, 2018. 
PAZ, M. R. Simulação numérica da combustão de glicerol. Trabalho de Conclusão de Curso em Engenharia 
Mecânica – Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto 
Alegre, 2013. 
QUISPE, C. A. G.; et al. “Glycerol: Production, consumption, prices, characterization and new trends in 
combustion”. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 27, pp.475-493, 2013. 
SETYAWAN, H. Y.; et al. “Ignition and combustion characteristics of single droplets of a crude glycerol in 
comparison with pure glycerol, petroleum diesel, biodiesel and ethanol”. Energy, Vol.113, pp.153-159, 2016. 
YUAN, X.; et al. “Pyrolysis and combustion kinetics of glycerol-in-diesel hybrid fuel using thermogravimetric 
analysis”. Fuel, Vol.182, pp.502-508, 2016.
 
 
 
30 
 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
Unesp, Campus de Guaratinguetá, São Paulo, Brasil 
 
Data: 1 e 2/Outubro/2019 
Local: InovEE – Centro de Inovação em Eficiência Energética 
 
 
INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA SOBRE OS LIMITES DE INFLAMABILIDADE 
INFERIORES DE MISTURAS QAV-1/ETANOL ANIDRO/AR 
 
Edwin Santiago Rios Escalantea*; Christian J. Coronado Rodriguezb; Messias Borges Silvaa; 
João A. de Carvalho Júniora 
 
aUniversidade Estadual Paulista, Faculdade de Engenharia, Campus de Guaratinguetá - SP. 
bUniversidade Federal de Itajubá, Instituto de Engenharia Mecânica - MG. 
*esre_2808@hotmail.com 
 
Resumo. A substituição parcial do combustível fóssil por combustível alternativo obtido a partir de biomassa 
é uma possível opção para a sustentabilidade em aplicações aeronáuticas. No entanto a sua inflamabilidade 
e riscos de explosão no seu transporte e manuseio têm que ser avaliados quando misturados com 
combustíveis fósseis em diferentes proporções. Os limites de inflamabilidade são considerados caraterísticas 
essenciais na avaliação da propagação da chama e riscos de explosão. A proposta do presente trabalho é 
determinar analítica e empiricamente a influência da temperatura sobre os Limites de inflamabilidade 
inferiores (LIIs) de misturas QAV-1/etanol anidro/ar a pressão atmosférica, visando o futuro uso do etanol 
anidro na indústria aeronáutica de pequeno e grande porte. A avaliação experimental foi feita usando uma 
câmara de inflamabilidade montada segundo norma americana ASTM E-680 e atualmente operativa no 
laboratório de Máquinas Térmicas da Universidade Federal de Itajubá. 
 
Palavras-chave: Limite Inferior de Inflamabilidade (LII); Misturas; Etanol anidro; Querosene de aviação (QAV-
1). 
 
1. INTRODUÇÃO 
A combustão e seu controle são essenciais para a nossa existência neste planeta. Os processos industriais 
dependem muito da combustão pelo uso de equipamentos como fornalhas, caldeiras, aquecedores, fornos, 
secadores, incineradores e muitos outros exemplos (TURNS, 2013). A potência da combustão tem inclusive 
levado ao homem até a orbita da Terra e superfície da Lua (KEATING, 2007). 
No entanto, há dois séculos a ciência da combustão tornou-se uma medida de segurança, a partir da explosão 
ocorrida em 25 de maio de 1812, em uma mina de carvão localizada em Felling Colliery próximo a Newcastle 
– Grã-Bretanha, tendo como consequência a morte de 92 pessoas (MA, 2015). 
Para que exista uma reação de combustão é necessária a presença de três elementos: vapor combustível, 
oxidante e fonte de ignição; juntos formam o conhecido triângulo da combustão. Uma vez que a mistura 
combustível/ar é inflamada, a mesma chama é considerada uma fonte de ignição (BAUKAL, 1998). No 
entanto, o combustível tem que estar em uma faixa de concentrações que permita a propagação da chama. 
Os pontos extremos dessa faixa são chamados de Limites de Inflamabilidade. 
Na atualidade, um dos meios de transporte mais seguros é o transporte aéreo, já que milhões de vidas 
humanas estão em risco a cada dia. No entanto defeitos no projeto e manutenção inadequada das aeronaves, 
podem acabar em uma catástrofe. Os acidentes por explosão do tanque de combustível, originado pela 
formação de vapores inflamáveis no espaço superior da superfície liquida do combustível (ullage), têm sido 
conhecidos desde 1960 e pesquisados com maior interesse desde a explosão da aeronave Boeing 747, 17 
minutos após a decolagem (SOCHET; GILLARD, 2002), do voo 800 da Trans World Airlines (TWA) em 17 de 
julho de 1996, o que causou a morte de 230 pessoas (YAN et al., 2015). A inflamabilidade do querosene 
(QAV – 1 ou Jet – A1) é avaliada pelo potencial perigo de ignição que representa os seus vapores dentro do 
tranque de combustível do avião. Os limites inferiores de inflamabilidade (LII) são reconhecidos como os 
principais determinantes (SOCHET e GILLARD, 2002), por necessitar menores quantidades de combustível 
para propagar a chama. 
2. MATERIAIS E MÉTODO 
Os combustíveis usados neste trabalho foram: querosene de aviação (QAV – 1) fornecido pelo Aeroclube da 
cidade de Guaratinguetá - SP e etanol anidro fornecido pelo Labsynth Produtos para laboratório Ltda 
localizado na cidade de Diadema – SP. Na Fig. 1, é mostradaa câmara de inflamabilidade usada nos testes 
de LIIs da mistura QAV-1/etanol anidro/ar, montada segundo norma americana ASTM E- 681e atualmente 
operativa no Laboratório de Maquinas Térmicas da Universidade Federal de Itajubá (UNIFEI). 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
31 
 
Figura 1. Bancada experimental para testes de inflamabilidade 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Autoria própria 
 
Cinco tipos de misturas foram considerados usando a nomenclatura Jet – XX, sendo XX a porcentagem em 
volume de QAV-1 na mistura, assim se tem: Jet – A1 (QAV – 1), Jet – 75, Jet – 50, Jet – 25, Jet – 0 (etanol 
anidro). A quantidade de combustível no LIIs necessária para a combustão ocorrer, foi calculada usando a 
Eq. (1), com prévio conhecimento da densidade de cada combustível testado. 
 
 (1) 
Sendo : constante universal dos gases, : peso molecular da mistura Jet-XX, : volume do frasco 
(l), : massa específica da mistura Jet-XX, : volume da mistura no LII (ml), : pressão de teste (kPa), 
: temperatura de teste (K). É reportado na literatura que os LIIs diminuem com aumento da temperatura, 
mas dependendo do tipo de combustível, esta diminuição é considerável ou leve. A Eq. (2) foi proposta como 
modelagem matemática para avaliar a influência da temperatura sobre os LIIs. 
 
 (2) 
Sendo são as temperaturas ( ) inicial e final, respectivamente, : calor de combustão (kJ.kmol-1), 
: constante experimental. 
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO 
A partir dos dados experimentais foi calculada a constante para cada tipo de combustível. No caso das 
misturas, a Eq. (3) e Eq. (4) foram consideradas. 
 
 (3) 
 (4) 
Na Tab. 1, são mostrados os valores da constante para combustíveis tipo Jet – XX. 
Uma avaliação estatística foi necessária para garantir a confiabilidade das medições feitas na câmara de 
inflamabilidade. Na Figura 2, são mostrados os resultados da influência da temperatura sobre os LIIs em 
condições de pressão atmosférica. 
 
Tabela 1. Valores de constante para cada combustível 
Combustível (kJ.mol-1) Constante (kJ.mol-1.K-1) 
Jet – A1 1234,22 52,9747 
Jet – 75 2581,12 42,1995 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
32 
 
Jet – 50 3928,03 31,4242 
Jet – 25 5274,93 20,6490 
Jet – 0 6621,84 9,8737 
Fonte: Autoria própria. 
 
Figura 2. Influência do aumento da temperatura sobre os LIIs a pressão atmosférica: a) Jet – 0, b) Jet – 25, 
c) Jet – 50, d) Jet – 75, e) Jet – A1. 
 (a) (b) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 (c) (d) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 (e) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Autoria própria 
 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
33 
 
4. CONCLUSÕES 
A avaliação analítica e experimental da influência da temperatura sobre os limites de inflamabilidade inferiores 
(LIIs) de combustíveis puros e misturados foi realizada. Os resultados mostraram que o efeito do aumento da 
temperatura sobre os LIIs é leve, diminuindo aproximadamente 0,4%vol. a cada 50 de aumento de 
temperatura para todas as misturas à pressão atmosférica. Este comportamento dos LIIs, também é reportado 
na literatura. 
O modelo proposto, calcula adequadamente a influência da temperatura sobre os LIIs de combustíveis puros, 
mostrando um comportamento linear. No caso das misturas, a regra de Le Chatelier é usada com maior 
sucesso, mostrando um comportamento não linear dos LIIs em função da temperatura. No entanto, uma 
avaliação mais rigorosa tem que ser feita, considerando os calores específicos de cada combustível, com o 
intuito de ter um melhor entendimento do fenômeno da combustão nos LIIs. 
A câmara de inflamabilidade usada na avaliação experimental dos LIIs de misturas QAV-1/etanol anidro/ar, 
está atualmente operativa e funcionando corretamente. Assim é confirmado pelos resultados obtidos no 
presente trabalho. 
5. AGRADECIMENTOS 
Os autores agradecem à Coordenação de aperfeiçoamento do Pessoal de Nível Superior (CAPES) pelo apoio 
financeiro. 
6. REFERÊNCIAS 
BAUKAL E. B. Oxygen – enhanced combustion. New York: CRC Press LLC, 1998. 
CORONADO C. J. R.; et al. Flammability limits of hydrated and anhydrous ethanol at reduced pressures in 
aeronautical applications. Journal of Hazardous Materials, Brazil, v. 280, p. 174 – 184, 2014. 
KEATING E. L. Applied Combustion, 2 ed.. New York: CRC Press LLC, 2006. 
MA T. Ignitability and Explosibility of Gases and Vapors. United State, Springer, 2015. 213 p. 
MENDIBURU A. Z.; CARVALHO J. A.; CORONADO C. J. Estimation of lower flammability limits of C – H 
compounds in air at atmospheric pressure, evaluation of temperature dependence and diluent effect. Journal 
of Hazardous Materials, Brazil, v. 285, p. 409 – 418, 2015. 
MONTGOMERY D. C. Design and Analysis of experiment. 5. ed. U.S.A.: John Wiley & Sons, Inc; 2001, 
735 p. 
NESTOR L. J. Investigation of Turbine Fuel Flammability within Aircraft Fuel Tanks. Federal Aviation 
Administration. Report No.: DS/67/7, USA, jul. 1987. 
PATRA J.; et al. Studies of combustion characteristics of kerosene ethanol blends in an axi – symmetric 
combustor. Fuel, India, v. 144, p. 205 – 213, 2015. 
ROWLEY J. R.; ROWLEY R. L.; WILDING W. V. Estimation of the lower flammability limit of organic 
compounds as a function of temperature. Journal of Hazardous Materials, U.S.A., v. 186, p. 551 – 557, 
2011. 
SOCHET I.; GILLARD P. Flammability of kerosene in civil and military aviation. Journal of Loss Prevention 
in the Process Industries, France, v. 15, p. 335 – 345, 2002. 
TURNS S. R. An introduction to combustion – Concepts and Applications. New York: McGraw – Hill, 2000. 
YAN CAI; XUEQUIN BU; GUIPING LIN; BING SUN; YU ZENG; ZIXUAN LI. Experimental study of an aircraft 
fuel tank inerting system. Chinese Journal of Aeronautics, China, v. 28, n. 8, p. 394 – 402, feb, 2015. 
ZABETAKIS M. G. Flammability Characteristics of Combustible Gases and Vapors. U.S. Bureau of Mines 
Bulletin, United State Government Printing Office, Washington, p. 627, 1965. 
 
 
 
 
34 
 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
Unesp, Campus de Guaratinguetá, São Paulo, Brasil 
 
Data: 1 e 2/Outubro/2019 
Local: InovEE – Centro de Inovação em Eficiência Energética 
 
 
O NEXO ÁGUA-ALIMENTO-ENERGIA E A REDE DE INFLUÊNCIA ENTRE AS CIDADES 
 
Eliana Cristina Moraes-Santosa* ; Rubens Alves Diasb; José Antonio Perrella Ballestieric 
 
a,cEnergy Department, b Electrical Engineering Department, 
a,b,cSão Paulo State University (Unesp), School of Engineering, Guaratinguetá 
*e-mail: elikamoraes@gmail.com 
 
Resumo. O desafio de se estabelecer políticas públicas adequadas é a busca da economia de 
desenvolvimento aliada ao não esgotamento dos recursos existentes no planeta, ou seja, o desenvolvimento 
sustentável na percepção de que o mundo possui recursos finitos e que, os impactos da atuação ou da não 
atuação humana nos espaços onde vivem devem ser estabelecidos e norteados no contexto da 
sustentabilidade. Esse estudo apresenta dados do nexo água-alimento-energia e a rede de influência entre 
municípios, observando os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável. O resultado aponta que a inter-relação 
entre os recursos deve ser tratada como um sistema e não isoladamente. 
 
Palavras-chave: Nexo água-alimento-energia; Objetivos de Desenvolvimento Sustentável; Metabolismo das 
cidades. 
 
1. INTRODUÇÃO 
O nexo água-alimento-energia (AAE) surge na comunidade internacional aludindo às mudanças climáticas e 
sociais, o que inclui o crescimento demográfico, a urbanização e a globalização (HOFF, 2011). O 
conhecimento e a análise do papel que as energias renováveis podem desempenhar no contexto do nexo 
água-alimento-energia são limitados e, muitas vezes, separados das principais discussões do nexo (IRENA, 
2015). Prevê-se uma transição, na qual o consumo global de energia cresça aproximadamente 50% até 2035 
(IEA 2016). Para ONU (2015), essatransição assume necessidades de mudanças fundamentais nos estilos 
de vida desejados, valores e tecnologia. No entanto, mesmo sob essas suposições, muitas décadas serão 
necessárias para realinhar a atividade humana com um ambiente saudável, tornar a pobreza obsoleta e 
amenizar as fissuras profundas que dividem pessoas. 
A produção de alimentos e o crescimento demográfico possuem uma autêntica inter-relação com o consumo 
de água, alimento e energia. Dessa forma, deve-se considerar a ampla importância de tais temas serem 
tratados conjuntamente, como um sistema, assim como, constituir as atividades humanas, as políticas 
públicas e a ciência, instrumentos para a busca da integralidade de ações nesses campos de pesquisas, 
visando contribuir para a construção de resultados sistêmicos para o homem e para a natureza. 
Os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável1 (ODS) e respectiva Agenda 2030 pretendem criar um modelo 
global com os principais objetivos de acabar com a pobreza, promover a prosperidade e o bem-estar de todos, 
proteger o meio ambiente e combater as alterações climáticas. Para a integrada efetivação dos ODS é 
requerida uma abordagem horizontal e vertical do nexo AAE e, dessa forma, buscar alcançar a coerência 
entre os objetivos e metas de sustentabilidade em todos os níveis, escalas e regiões. Nesse contexto, a 
pesquisa direcionada a grupo de municípios, objetiva subsidiar políticas públicas locais e regionais e buscar 
alcançar os ODS, fortalecendo os direitos e interesses da população. Os dez municípios analisados são: 
Areias, Cunha, Guaratinguetá, Lagoinha, Lorena, Paraty, São José do Barreiro, São Luis do Paraitinga, 
Silveiras e Ubatuba. 
2. MATERIAIS E MÉTODO 
Para essa pesquisa foi realizado o levantamento da bibliográfica documental, a qual teve o objetivo de 
conhecer o que vem sendo discutido acerca da temática analisada, especificamente o nexo água-alimento-
energia, observados os ODS. 
Os dados sobre a produção e consumo dos recursos água, alimento e energia dos municípios foram coletados 
principalmente em sites oficiais [IBGE, SEADE, SNIS, MAPA, EPE e FAO], assim como obtidos direta e 
pessoalmente nas Secretarias Municipais dessas localidades, e ainda nas Secretarias de Abastecimento e 
 
1 A estrutura do indicador global foi desenvolvida pelo Grupo Interinstitucional e de Especialistas sobre Indicadores de ODS (IAEG-SDGs) 
e acordada, incluindo aperfeiçoamentos em vários indicadores, na 48ª sessão da Comissão de Estatística das Nações Unidas, realizada 
em março de 2017. 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
35 
 
Pesca dos municípios Paraty e Ubatuba. Para as análises foi empregada a técnica estatística de correlação, 
com a utilização do software livre "R". As informações sobre o consumo de alimento per capita no mundo e 
no Brasil apresentam variações de dados conforme a fonte de pesquisa utilizada, assim, para essa pesquisa 
foi considerada a média dos valores encontrados. 
Os cálculos para a inter-relação dos recursos água-alimento-energia, no período de 2008 a 2018, estão 
baseados em: a) volume total da produção de alimento, b) volume de água (m³) empregado para a produção 
e, c) energia elétrica (kW) utilizada na produção. 
Para as informações considerou-se 4 ODS, Objetivo 2 “acabar com a fome, alcançar a segurança alimentar 
e melhorar a nutrição e promover a agricultura sustentável”, Objetivo 5 “alcançar a igualdade de gênero e 
capacitar todas as mulheres e meninas”, Objetivo 6 “garantir a disponibilidade e gestão sustentável de água 
e saneamento para todos” e Objetivo 7 “garantir acesso à energia acessível, confiável, sustentável e moderna 
para todos”, por serem os Objetivos diretamente relacionados aos recursos água, alimento e energia, portanto 
ao nexo AAE. Sendo que, o Objetivo 5 considera o trabalho das mulheres e meninas na produção de 
alimentos, o que, segundo FAO (2019), 60% do alimento que vai para a mesa da população são produzidos 
por mão de mulheres. 
Para a localização geográfica dos municípios e a geração dos mapas temáticos utilizou-se o Geographic 
Position Spatial (GPS), os mapas foram georeferenciados por meio da ferramenta que permite a interpolação 
de mapas temáticos do programa QGIS. 
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
O acesso físico e econômico aos alimentos realiza-se quando todos têm a capacidade de obter alimentos de 
forma socialmente aceitável, por exemplo, por meio da produção, compra ou troca (Brasil, 2014). O 
fortalecimento da agricultura familiar com projetos pontuais do trabalho de grupos familiares na agricultura e 
na pesca promove o desenvolvimento sustentável local, com geração de conhecimentos, soluções técnicas 
desenvolvidas localmente, informações que são passadas de pai para filho. Na definição dessa relação, 
Moraes-Santos e Santos (2016) delinearam que, ao acompanhar os adultos, as crianças aprendem através 
da observação, do fazer junto, o modo de vida e tradições de seus ancestrais. 
3.1 LOCALIZAÇÃO GEOGRÁFICA DOS MUNICÍPIOS 
A Figura 1 apresenta o mapa com a localização geográfica do município de Cunha e os nove municípios 
vizinhos, são eles: Areias, Guaratinguetá, Lagoinha, Lorena, Paraty, São José do Barreiro, São Luis do 
Paraitinga, Silveiras e Ubatuba. Nesses municípios convivem dois tipos de sistemas urbanos - o sistema de 
localidades centrais, com regiões formadas no entorno dos centros, e o sistema de malhas, em que a cidade 
funciona como uma teia, se ligando uma nas outras. Nesse contexto, ocorre uma rede de influência entre os 
municípios e localidades, o que pode ser detectado nos variados tipos de comércio, nos movimentos 
populacionais com emigrações e imigrações, nos deslocamentos de pessoas, principalmente, de áreas rurais 
para urbana e no transporte de alimentos. 
 
Figura 1. Localização da área de estudo 
 
Fonte: Autoria própria 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
36 
 
Os dados referentes ao número de habitantes nos municípios foram utilizados para a associação e correlação 
estatísticas no período (2008 – 2018) 
Quanto à produção agrícola, quando comparado aos outros municípios, o município de Guaratinguetá 
apresentou a maior produção de arroz (13.986 kg) e, o município de Cunha a maior produção milho (9.000 
kg). 
Quando tratada a correlação entre o consumo de pescado (habitante/kg/ano), o consumo de água para tratar 
o pescado (habitante/m³/ano) e o consumo de energia elétrica para a produção de pescado 
(habitante/kW/ano) mostraram-se significativas e, estão apresentadas na Figura 2. Cabe destacar que 
segundo (FAO, 2019), a distribuição do aumento no consumo de pescado tem sido desigual entre os países 
e dentro dos países e regiões em termos de quantidade e variedade consumidas per capita. 
 
Figura 2. Correlações e o nexo AAE 
 
Fonte: Autoria própria 
 
A produção de pescado observada nos municípios, no ano de 2018, foi de 154.980 kg para o município de 
Paraty e de 200.000 kg para o município de Ubatuba. 
Na Figura 3 pode-se observar a produção agrícola nos municípios, quando excluídas os itens de maior 
produção (arroz e milho), é possível observar como se dá a produção agrícola nos outros municípios, 
informações essas que são subsídios para o tratamento dos dados da inter-relação dos recursos naturais 
água-alimento-energia nessas áreas, ou seja, o nexo AAE. 
 
Figura 3. Produção agrícola nos municípios, quando excluídas os itens de maior produção (arroz e milho), 
0
500
1000
1500
2000
2500
Arroz (kg)
Banana (cacho)
Feijão (kg)
Milho (kg)
Mandioca (kg)
 
Fonte: (BRASIL, 2016) 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
37 
 
4. CONCLUSÕES 
Quando obsevados os ODS em relação aos municípios, constatou-se que, para as questões relativas ao 
abastecimento de água e saneamento básico, produção e consumo de alimento e, ao acesso à energia 
elétrica, serão necessárias políticas públicas mais eficientes paraque possam ser alcançadas as metas 
declaradas pelos ODS. Dessa forma, colaborar com a integração das dimensões econômica, social e 
ambiental do desenvolvimento sustentável. 
Quanto ao pescado (Ubatuba), a correlação é significativa (0.71) entre o consumo de água para tratar o 
pescado (habitante/m³/ano) e o consumo de energia elétrica para a produção de pescado (habitante/kW/ano). 
Significativa também (-0,80) entre o consumo de pescado (habitante/kg/ano) e o consumo de água para tratar 
o pescado (habitante/m³/ano). Entretanto, o consumo per capita é inadequado em quantidade e variedade 
para a população local. 
Quando analisado o nexo água-alimento-energia para a produção e consumo dos recursos naturais nos 
municípios e, entre as cidades e região, evidencia-se uma rede de influências entre as cidades, assim como 
a inter-relação desses três recursos. Nesse contexto, os recursos água, alimento e energia devem ser tratados 
como um sistema e não isoladamente. 
5. AGRADECIMENTOS 
O presente trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível 
Superior - Brasil (CAPES) - Código de Financiamento 001. 
6. REFERÊNCIAS 
BRASIL. Agencia Nacional de Águas (ANA). Ministério do Meio Ambiente (MMA). Atlas 
Brasil: Abastecimento Urbano de Água. Brasília: Conap. 72 p. 2011. 
BRASIL. Empresa de Pesquisa Energética (EPE). Ministério de Minas e Energia. Balanço Energético 
Nacional (BEN) 2018. Ano base 2017. 2018. 
BRASIL. Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE). Censo Demográfico 2010. Características 
Gerais da População. Resultados da Amostra. IBGE, 2010. Disponível em <http://www.ibge.gov.br/>. 
Acesso em jan. 2018. 
BRASIL. Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE). Censo Agropecuário 2015. 2016. 
BRASIL. Organização das Nações Unidas para a Alimentação e a Agricultura (FAO). O estado da 
segurança alimentar e nutricional no Brasil: Um retrato multidimensional. Brasília: FAO. 90 p. 
2014. 
FAO. Organização das Nações Unidas para a Alimentação e Agricultura. Indicadores por 
país: Brasil. 2019. 
HOFF, Holger. Understanding the Nexus, background paper for the Bonn 2011 Conference. 
in: The Water, Energy and Food Security Nexus – Solutions for the green Economy. 2011, 
Stockholm. Background paper: Stockholm: SEI. p.52. 2011. 
IEA - International Energy Institute - Energy Technology Perspectives 2016: Towards Sustainable Urban 
Energy Systems, 418 p. 2017. 
IRENA. Renewable Energy in the Water, Energy and Food Nexus. International Renewable 
Energy Agency, pp. 1–125. 2015. 
MORAES-SANTOS, E. C.; SANTOS, H. dos. Distribuição espacial das comunidades de pescadores no 
parque estadual de Ilhabela: as 17 comunidades e o levantamento planialtimétrico e cadastral da 
área. Sodebras. Foz do Iguaçu, p. 47-52. jun. 2016. Disponível em: 
<http://www.sodebras.com.br/edicoes/n129.pdf>. Acesso em: jan. 2018. 
ONU. Transformando Nosso Mundo: Agenda 2030 para o Desenvolvimento Sustentável. Rio 
de Janeiro: Centro de Informações das Nações Unidas. 41 p. 2015. Título Original: Transforming 
our World: Agenda 2030 for Sustainable Development. 2015. 
SDG. Indicators. A/RES/71/313 E/CN.3/2018/2: Global indicator framework for the Sustainable Development 
Goals and targets of the 2030. Agenda for Sustainable Development. UN: United Nations Statistical 
Commission. 21 p. 2018.
 
 
 
38 
 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
Unesp, Campus de Guaratinguetá, São Paulo, Brasil 
 
Data: 1 e 2/Outubro/2019 
Local: InovEE – Centro de Inovação em Eficiência Energética 
 
 
DIODO COM DIAMANTE CVD DOPADO COM NITROGÊNIO 
 
Evaldo Chagas Gouvêa a*; Pedro Magalhães Sobrinho b; Teófilo Miguel de Souza a 
 
aFaculdade de Engenharia, UNESP - Universidade Estadual Paulista, Campus de Guaratinguetá, Departamento de 
Engenharia Elétrica, Laboratório de Filmes Finos e Novos Materiais 
Avenida Ariberto Pereira da Cunha, 333, Guaratinguetá, SP, 12516-410 
bFaculdade de Engenharia, UNESP - Universidade Estadual Paulista, Campus de Guaratinguetá, Departamento de 
Energia 
Avenida Ariberto Pereira da Cunha, 333, Guaratinguetá, SP, 12516-410 
*e-mail: evaldo.gouvea@unesp.br 
 
Resumo. O objetivo deste trabalho é desenvolver diodos baseados em filmes de diamante CVD em escala 
de laboratório. É utilizada a técnica de deposição química por fase vapor em reator de filamento quente para 
depositar filmes de diamante tipo n sobre substratos de silício tipo p. A dopagem do filme é realizada com gás 
nitrogênio. Os resultados foram diodos com grande área superficial construídos com filmes de diamante com 
boa uniformidade. Os filmes dopados apresentaram característica de semicondutor tipo n, diferenciando-se 
de filmes sem dopagem (isolantes elétricos). 
 
Palavras-chave: Diamante CVD; Semicondutor; Filme fino. 
 
1. INTRODUÇÃO 
A sociedade moderna depende, cada vez mais, de dispositivos semicondutores de alta qualidade. Os 
semicondutores tradicionais empregam o silício como elemento-base para sua construção. Recentemente, o 
uso de carbeto de silício (SiC) tem se expandido comercialmente devido a suas características superiores ao 
silício para a fabricação de semicondutores (TSAI et al., 2015). 
Para aplicações de alta potência, são necessários dispositivos de alta eficiência energética e térmica, capazes 
de dissipar grandes quantidades de calor a taxas adequadas. Nesse sentido, pesquisas com semicondutores 
baseados em filmes de diamante sintético têm se tornado mais frequentes, motivadas pelas características 
favoráveis deste material para aplicações em eletrônica de potência. Componentes feitos com diamante 
apresentam maior sensibilidade que os de silício, alto bandgap, corrente de fuga desprezível, constante 
dielétrica baixa (MUŠKINJA et al., 2017), resistência à radiação (PINAULT-THAURY et al., 2011) e alta 
condutividade térmica (BALTYNOV; UNNI; SANKARA NARAYANAN, 2016). 
O objetivo deste trabalho é desenvolver diodos baseados em filmes de diamante sintético em escala de 
laboratório, utilizando gás nitrogênio para a dopagem das camadas semicondutoras tipo n e reator de 
filamento quente. O trabalho tem caráter prático-experimental. 
2. MATERIAIS E MÉTODOS 
2.1 TÉCNICA DE DEPOSIÇÃO DE FILMES FINOS DE DIAMANTE 
Para a fabricação de filmes finos de diamante, são empregadas duas técnicas principais: alta pressão e alta 
temperatura (HPHT, high pressure high temperature), que é a que se assemelha mais ao processo de 
formação de diamantes na natureza; e deposição química a partir da fase vapor (CVD, chemical vapor 
deposition), que utiliza gases em baixa pressão e aquecidos a altas temperaturas para a formação do filme 
sobre uma superfície (o substrato). Para se alcançar as temperaturas necessárias na CVD, existem duas 
formas mais comuns: utilização de bola de plasma gerada por microondas (MPCVD, microwave plasma CVD) 
e o uso de filamentos quentes (HFCVD, hot filament CVD) (PINAULT-THAURY et al., 2011). 
O método HFCVD baseia-se na deposição de um filme de diamante sobre diferentes tipos de substratos, 
inclusive o próprio diamante, a partir da ativação de uma fase gasosa introduzida em um reator trabalhando 
a altas temperaturas. Os gases são injetados no reator, que está sob vácuo e possui sistema de refrigeração. 
O substrato é posicionado de modo que fique a uma distância adequada da região de ativação (próxima aos 
filamentos). Esta distância e as temperaturas dos filamentos são previamente estabelecidas e controladas ao 
longo dos experimentos, conforme a necessidade. O reagente gasoso utilizado como fonte de carbono é o 
metano, mas podem ser empregadas outras substâncias orgânicas, tais como metanol, acetona ou etanol. 
Após serem injetados no reator, os gases passam pela região de ativação, onde são formados hidrogênio 
atômico e o radical metila (CH3•), o qual é considerado o principal precursor do crescimento de diamante CVD 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
39 
 
(SHEN;WANG; SUN, 2019; ZHANG et al., 2013). 
Por difusão, o hidrogênio atômico e o radical metila chegam ao substrato, iniciando o processo de nucleação, 
com crescimento dos grãos do filme de diamante sobre o substrato empregado. Os grãos de diamante do 
filme começam a crescer a partir de uma camada intermediária de carbeto, originada pela reação entre o 
substrato e o radical metila, ou a partir de outros grãos de diamante previamente depositados sobre o 
substrato antes do crescimento pelo método de polimento (SHEN; WANG; SUN, 2019; ZHANG et al., 2013). 
A Fig. 1 ilustra um exemplo de equipamento que utiliza o método HFCVD. 
 
Figura 1. Reator de filamento quente: (a) esquema de um reator HFCVD; (b) imagem real do reator HFCVD 
utilizado nos experimentos. 
 
(a) (b) 
Fontes: Fig. 1a: adaptado de Zhang et al. (2013); Fig. 1b: autoria própria 
2.2 SEMICONDUTORES 
O semicondutor é um elemento que apresenta propriedades intermediárias entre os condutores e isolantes. 
Carbono, germânio e silício são exemplos de semicondutores, sendo este último o mais utilizado em eletrônica 
na atualidade. O semicondutor puro, que não contém átomos de outros elementos em sua estrutura, é 
chamado de semicondutor intrínseco. Na temperatura ambiente, um cristal de silício ou carbono intrínseco 
age como um isolante (MALVINO; BATES, 2016). 
Uma forma de produzir condutividade em um semicondutor é através do processo de dopagem, que consiste 
da adição controlada de átomos de outros elementos à estrutura cristalina. Estes átomos são denominados 
impurezas. Um semicondutor intrínseco dopado com impurezas pentavalentes é chamado de semicondutor 
tipo n, pois nele o número de elétrons livres (portadores de carga negativos) excede o número de lacunas 
(portadores de carga positivos). Exemplos de elementos pentavalentes para dopagem são: nitrogênio, fósforo, 
arsênio e antimônio (MALVINO; BATES, 2016). O semicondutor intrínseco dopado com impurezas trivalentes 
é denominado semicondutor tipo p, devido ao fato de o número de lacunas superar o número de elétrons 
livres. 
2.3 MÉTODOS 
O diodo foi preparado empregando-se pastilhas industrializadas de silício tipo p, produzidas pelo método 
HPHT, com diversas orientações cristalinas. Estas pastilhas exerceram o papel de substrato e agiram como 
camada semicondutora tipo p do diodo. A camada tipo n foi criada por crescimento de filme fino de diamante 
CVD dopado com nitrogênio sobre umas das faces do substrato utilizando reator de filamento quente. O reator 
operou com pressão de 20 torr e o substrato foi aquecido a uma temperatura de 800ºC por cerca de 4 horas. 
A câmara continha 1,5% de gás metano, 0,5% de gás nitrogênio e o restante era composto por gás hidrogênio. 
Foram utilizados filamentos de tungstênio, que é um metal dúctil capaz de suportar altas temperaturas. 
A estrutura dos diodos produzidos foi caracterizada utilizando-se microscopia eletrônica de varredura (MEV). 
As características elétricas foram determinadas a partir dos diagramas de corrente versus tensão, os quais 
foram obtidos utilizando multímetros e fontes de tensão e corrente de precisão, identificando-se as curvas 
características dos componentes produzidos e comparando-as com as curvas características dos filmes sem 
dopagem com nitrogênio. 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
40 
 
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
Na Fig. 2a é apresentada a região de fronteira entre o substrato de silício e o filme de diamante CVD 
depositado por HFCVD. A Fig. 2b ilustra a região central do filme de diamante CVD. 
 
Figura 2. Regiões do filme de diamante CVD: (a) região de fronteira; (b) região central. 
 
(a) (b) 
Fonte: Autoria própria 
 
A análise da região de fronteira da Fig. 2a permite concluir que realmente houve o crescimento de uma 
camada de filme fino de diamante CVD sobre o substrato de silício. A Fig. 2b indica que o filme produzido foi, 
no geral, uniforme, contendo apenas pequenas falhas localizadas, causadas principalmente por pontos de 
tungstênio que se desprenderam dos filamentos e se depositaram no filme, além de eventuais impurezas 
residuais presentes na câmara de reação. A uniformidade é uma característica importante para a 
semicondutividade do material. Demonstra-se, dessa forma, que o processo HFCVD foi adequado para 
produção de filmes finos uniformes de diamante CVD com grande área de superfície. A área de superfície 
das amostras foi de cerca de 10 cm2 e a espessura de aproximadamente 5 μm. 
A Fig. 3 exibe as características elétricas do diodo com diamante CVD dopado com nitrogênio e um filme fino 
de diamante CVD sem dopagem. Estas características são descritas por meio de uma curva que relaciona a 
tensão aplicada (V) com a respectiva corrente circulante no material (I), denominada curva I x V. 
 
Figura 3. Curvas características I x V de filmes de diamante CVD, com e sem dopagem. 
 
Fonte: Autoria própria 
 
Como pode ser visualizado na curva de cor azul da Fig. 3, o filme de diamante CVD sem dopagem apresentou 
uma curva I x V com aspecto linear dentro da faixa de tensão analisada, na qual um aumento da tensão 
aplicada resulta em um aumento muito pequeno da corrente, evidenciando a falta de portadores de carga 
elétrica no filme, caracterizando-o como um material isolante. Por outro lado, a curva de cor preta da Fig. 3, 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
41 
 
que representa o filme de diamante CVD dopado com nitrogênio, exibe um comportamento de crescimento 
exponencial da corrente a partir da tensão aplicada de 4 V, notadamente diferente do filme sem dopagem. 
Isso demonstra que o filme com dopagem possui portadores de carga tipo n; ao interagirem com os portadores 
de carga tipo p do substrato de silício, formou-se uma junção semicondutora PN, ou seja, um diodo construído 
com filme de diamante CVD. 
4. CONCLUSÃO 
O objetivo deste trabalho foi desenvolver diodos baseados em filmes de diamante CVD em escala de 
laboratório. Os componentes foram produzidos com filmes finos de diamante depositados sobre substrato de 
silício tipo p em um reator de filamento quente pela técnica de deposição química a partir da fase vapor. Foi 
empregado gás nitrogênio como dopante para criar uma camada semicondutora tipo n sobre o substrato. 
Os resultados indicam que os filmes produzidos foram uniformes e apresentaram característica de 
semicondutor, diferentemente dos filmes produzidos sem dopagem, que se comportaram como isolantes. 
Dessa forma, diodos construídos com diamante CVD foram obtidos, apresentando grande área superficial. 
Os resultados alcançados são promissores, no entanto são necessárias mais investigações sobre as 
propriedades dos materiais obtidos e possíveis novas aplicações. Além disso, sugere-se, como trabalhos 
futuros, o desenvolvimento de outros tipos de dispositivos semicondutores compostos com filme de diamante 
CVD tipo n. 
5. AGRADECIMENTOS 
O presente trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível 
Superior- Brasil (CAPES) - código de financiamento 001. 
Os autores agradecem à colaboração do Prof. Dr. Luís Rogério de Oliveira Hein, do Laboratório de 
Microscopia e Microanálise da Faculdade de Engenharia da UNESP, Campus de Guaratinguetá, 
Departamento de Engenharia de Materiais. 
6. REFERÊNCIAS 
BALTYNOV, T.; UNNI, V.; SANKARA NARAYANAN, E. M. The world’s first high-voltage GaN-on-diamond 
power semiconductor devices. Solid-State Electronics, v. 125, p. 111-117, 2016. 
MALVINO, A. P.; BATES, D. J. Eletrônica. 8. ed. São Paulo: McGraw-Hill, 2016. 496 p. 
MUŠKINJA, M. et al. Investigation of charge multiplication in single crystalline CVD diamond particle detectors. 
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, v. 841, p. 162-169, 2017. 
PINAULT-THAURY, M.-A. et al. n-Type CVD diamond: Epitaxy and doping. Materials Science and 
Engineering B, v. 176, p. 1401-1408, 2011. 
SHEN, X.; WANG, X.; SUN, F. Fabrication and evaluationof monolayer diamond grinding tools by hot filament 
chemical vapor deposition method. Journal of Materials Processing Technology, v. 265, p. 1-11, 2019. 
TSAI, M. Y. et al. Investigation of increased removal rate during polishing of single-crystal silicon carbide. 
International Journal of Advanced Manufacturing Technology, v. 80, p. 1511-1520, 2015. 
ZHANG, T. et al. The effect of deposition parameters on the morphology of micron diamond powders 
synthesized by HFCVD method. Journal of Crystal Growth, v. 372, p. 49-56, 2013.
 
 
 
42 
 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
Unesp, Campus de Guaratinguetá, São Paulo, Brasil 
 
Data: 1 e 2/Outubro/2019 
Local: InovEE – Centro de Inovação em Eficiência Energética 
 
 
ANÁLISE IMEDIATA COMO MÉTODO DE PREVISÃO DE PRODUÇÃO DE PRODUTOS 
DE PIRÓLISE DE BIOMASSA 
 
Fabio Roberto Vieiraa*; Ivonete Ávilaa 
 
aUnesp – Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá - Endereço: Dr. Ariberto Pereira da Cunha, 333 - Portal das 
Colinas - Guaratinguetá/SP CEP: 12.516-410 
*e-mail: fabio.r.vieira@unesp.br 
 
Resumo. A pirólise é um processo de decomposição termoquímica em atmosfera inerte, a temperaturas entre 
300 e 900 °C. Sua aplicação em biomassa lignocelulósica promove degradação dos constituintes, (celulose, 
hemicelulose e lignina) produzindo produtos nas fases sólida (biochar), líquida (bio-óleo) e gasosa (gás 
pirolítico), através de mecanismos classificados por primário e secundário, dados em decorrência de eventos 
específicos de cada etapa. No primário ocorre a formação do biochar, despolimerização e a fragmentação no 
secundário a devolatilização onde é extraído o material volátil. É estudado nesse trabalho por análise imediata 
os resíduos florestais (casca, folha e galhos) para determinação principalmente dos voláteis. 
 
Palavras-chave: Pirólise; Termogravimentria; Resíduos florestais; Devolatilização. 
 
1. INTRODUÇÃO 
A pirólise é um processo de decomposição termoquímica de materiais em uma atmosfera inerte, ocorrendo 
em temperaturas entre 300 °C e 900 °C. A aplicação deste processo à biomassa lignocelulósica leva à 
degradação de seus constituintes, como celulose, hemicelulose e lignina, produzindo produtos nas fases 
sólida (biochar), líquida (bio-óleo) e gasosa (gás pirolítico) pelas diferentes etapas da reação ou mecanismos 
de conversão. (MUAZU; STEGEMANN, 2015). 
Esses mecanismos são classificados por primário e secundário, dados em decorrência de eventos específicos 
de cada etapa. No mecanismo primário ocorre a formação do biochar, despolimerização e a fragmentação e 
no mecanismo secundário ocorre a devolatilização e a intensidade da ocorrência desses eventos depende 
dos parâmetro que compõem o processo, tais como a razão de aquecimento, tempo de residência e 
temperatura da reação (PATUZZI et al., 2015; SHARMA; PAREEK; ZHANG, 2015). O processo de pirólise 
pode ser representado de forma simplificada pela obtenção de três produtos, como representado na Figura 
1. 
 
Figura 1. Representação simplificada do processo de pirólise. 
 
 
Fonte: Adaptado de Brownsort P,(2009) 
 
A pirólise de biomassa é um processo versátil, uma vez que uma mudança das condições do processo pode 
resultar diferentes proporções mássicas dos seus produtos. Assim, os três produtos da pirólise são sempre 
gerados, sendo que o rendimento de cada um deles pode variar, sendo dependente dos parâmetros 
apresentados na Tabela 1. 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
43 
 
Tabela 1. Rendimentos típicos do produto obtidos para diferentes condições de pirólise da madeira. 
Produtos 
Tipo de Pirólise 
Lenta Intermediária Rápida 
Biochar (%) 20-35 15-25 12-25 
Bio-óleo (%) 15-30 40-60 60-75 
Gás pirolítico (%) 10-35 20-30 10-20 
Fonte: Autoria Própria 
 
A classificação dos tipos de pirólise apresentada na Tabela 1, correspondes os dados dos trabalhos deCiuta 
e colaboradores., (2014), Sharma; Pareek; Zhang, (2015), Tripathi; Sahu; Ganesan (2016) e Yan; e 
colaboradores (2017). A variação na conversão dos diferentes produtos, montra a grande flexibilidade do 
processo em função das mudanças das condições do processo (BRIDGWATER, 2011). Outro fator importante 
que interfere na quantidade dos produtos é a composições químicas da biomassa (CHEN; PENG; BI, 2015) 
A versatilidade do processo de pirólise é evidenciada pela diversificação de seus produtos e se mostra 
economicamente vantajoso para obtenção principalmente de combustível líquido a pressão atmosférica. 
2. MATERIAIS 
2.1 BIOMASSA 
Foram utilizados resíduos do processo florestal (casca, folhas e galhos) fornecidos pela Companhia Suzano 
de papel e celulose e para garantir a uniformidade da amostra, a biomassa foi previamente preparada, 
passando pela etapa de trituramento, moagem e para a análise imediata da biomassa as amostras foram 
reparadas em conformidade com norma ASTM, para seleção de tamanhos médios de partículas foram 
utilizadas duas peneiras com aberturas sucessivas, obtendo-se tamanhos médios de partículas de 231 μm 
(entre 250 e 212 μm). 
3. MÉTODO 
3.1 ANÁLISE IMEDIATA 
Na análise imediata serão determinados os teores de umidade, material volátil, carbono fixo e cinzas por meio 
da análise termogravimétrica, seguindo-se a metodologia proposta por Karatepe; Sadriye (1993). O teor de 
umidade será determinado em atmosfera de N2, vazão de 40 mL/min e razão de aquecimento de 20 °C/min, 
desde a temperatura 30 °C até 110 °C, mantendo condição isotérmica 30 min. Aumenta-se, então, a razão 
de aquecimento para 40 °C/min até 950 °C, mantendo-se condição isotérmicas por 7 min para quantificar o 
conteúdo de material volátil. Procede-se, então, o resfriamento na razão de 20 °C/min até 750 °C. Atingida 
esta temperatura, troca-se o gás de arraste para ar sintético, mantendo-se uma isoterma por 30 min, para 
ocorrer a oxidação, determinando-se carbono fixo e teor cinzas. 
4. RESULTADOS 
Na tabela 2 são mostrados os valores médios dos teores de umidade, voláteis, carbono fixo e cinzas de cada 
um dos resíduos florestais utilizados (casca, folga e galhos). Sendo que os valores de umidade variaram entre 
6,28% para galhos e 6,22% para casca os valores de carbono fixo variaram entre 16,42% para casca e 
20,75% para folhas, e os teores de cinzas variam entre1,86% para galhos e 5,33% para casca, o teor de 
voláteis observados foram 72,03% para casca, 69,39% para folhas e 74,60 % para galho. 
 
Tabela 2. Análie imediata Rendimentos típicos do produto obtidos para diferentes condições de pirólise da 
madeira. 
Teor 
Residuos Florestais 
Casca Folha Galho 
Umidade(%) 6,22 4,76 3,28 
Voláteis (%) 72,03 69,39 74,60 
Carbono fixo (%) 16,42 20,75 20,25 
 Cinzas (%) 5,33 5,10 1,86 
Fonte: Autoria Própria 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
44 
 
5. DISCUSSÃO E CONCLUSÕES 
O percentual de produtos gerados na pirólise (biochar, bio-oleo e gás pirolitico) dependem diretamente do 
tipo de processo aplicado bem como a biomassa utilizada, partindo da premissa que o bichar é composto de 
carbono fixo e cinzas, o bio-óleo tem em sua composição a porção condensável dos voláteis acrescido da 
água (umidade) e o gás pirolitico é a fração do voláteis não condessáveis. 
Pode-se utilizar a analise imediata para estimar a produção de biocombustíveis para referenciar a eficiência 
do processo de pirólise em escalas maiores. 
6. AGRADECIMENTOS 
Agrademos a CAPES Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior pelo apoio financeiro 
e concessão de bolsa. 
7. REFERÊNCIAS 
BRIDGWATER, A. V. Review of fast pyrolysis of biomass and product upgrading. biomass and 
bioenergy, [s. l.], v. 8, 2011. 
CHEN, W.; PENG, J.; BI, X. T. A state-of-the-art review of biomass torrefaction , densi fi cation and 
applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, [s. l.], v. 44, p. 847–866, 2015. 
Disponível em: <http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2014.12.039>CIUTA, S.; PATUZZI, F.; BARATIERI, M.; CASTALDI, M. J. Biomass energy behavior study during 
pyrolysis process by intraparticle gas sampling. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, [s. 
l.], v. 108, p. 316–322, 2014. Disponível em: <http://dx.doi.org/10.1016/j.jaap.2014.04.012> 
GUO, F.; WANG, X.; YANG, X. Potential pyrolysis pathway assessment for microalgae-based 
aviation fuel based on energy conversion efficiency and life cycle. Energy Conversion and 
Management, [s. l.], v. 132, p. 272–280, 2017. Disponível em: 
<http://dx.doi.org/10.1016/j.enconman.2016.11.020> 
KARATEPE, N.; SADRIYE, K. Proximate analysis of some Turkish lignites by thermogravimetry. 
Thermochimica Acta, [s. l.], v. 213, p. 147–150, 1993. 
MUAZU, R. I.; STEGEMANN, J. A. Effects of operating variables on durability of fuel briquettes 
from rice husks and corn cobs. Fuel Processing Technology, [s. l.], v. 133, p. 137–145, 2015. 
Disponível em: <http://dx.doi.org/10.1016/j.fuproc.2015.01.022> 
TRIPATHI, M.; SAHU, J. N.; GANESAN, P. Effect of process parameters on production of biochar 
from biomass waste through pyrolysis : A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 
[s. l.], v. 55, p. 467–481, 2016. Disponível em: <http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2015.10.122> 
 
 
 
45 
 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
Unesp, Campus de Guaratinguetá, São Paulo, Brasil 
 
Data: 1 e 2/Outubro/2019 
Local: InovEE – Centro de Inovação em Eficiência Energética 
 
 
DESENVOLVIMENTO E APLICAÇÃO DE MÉTRICAS PARA QUANTIFICAÇÃO DE 
RESILIÊNCIA EM SISTEMAS ENERGÉTICOS 
 
Fellipe Sartori da Silvaa*; José Alexandre Matellia 
 
aUniversidade Estadual Paulista – Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá 
*e-mail: fellipe.sartori@unesp.br 
 
Resumo. A resiliência tornou-se um importante fator de projeto de sistemas energéticos com o crescimento 
de falhas devido a eventos externos e com baixa probabilidade de ocorrência, uma vez que tais condições 
não são consideradas por outros parâmetros. Como não há padrão de sua quantificação, anteriormente foram 
propostas métricas para sua análise em sistemas de cogeração com base em falhas estocásticas. Esse 
trabalho propõe o desenvolvimento de mais duas métricas, considerando reparo de componentes e tempo 
ocioso da planta. O trabalho reitera redundância como importante na resiliência e identifica sistemas afetados 
por ações de reparo. 
 
Palavras-chave: Resiliência; Sistemas energéticos; Plantas de cogeração. 
 
1. INTRODUÇÃO 
Atualmente, o desenvolvimento da sociedade é fundamentalmente dependente de energia, a qual possui 
contínuo aumento de demanda no passar dos anos, especialmente em países emergentes. Sistemas 
energéticos, responsáveis desde sua geração até sua transmissão e utilização final, têm sido estudados 
tecnicamente e estruturalmente, de modo a melhorar sua eficiência e confiabilidade. 
A análise técnica desses sistemas usualmente considera balanços mássico e energético, além de viabilidades 
econômica e ambiental. Dentre as plantas de geração de energia mais utilizadas, destacam-se aquelas que 
utilizam tecnologias de cogeração, ou seja, geração simultânea de energias elétrica e térmica úteis, 
provenientes de um único combustível (Silva et al., 2014). Esses sistemas podem suprir demandas de energia 
diversas e possuem flexibilidade para operar em diferentes locais, tornando-se atrativos tanto para uso 
doméstico como industrial (Isa et al., 2018). 
A análise estrutural dos sistemas energéticos considera majoritariamente o conceito de confiabilidade, o qual 
se baseia em previsões de falha operacional nos componentes e, consequentemente, em toda a planta. 
Entretanto, nos últimos anos houve um crescimento de falhas oriundas de eventos externos imprevisíveis, 
com baixa probabilidade de ocorrência e alto impacto, o que aumentou consideravelmente a vulnerabilidade 
dos sistemas (Shen et al., 2019). Portanto, torna-se necessária a inclusão de um parâmetro que avalie sua 
suscetibilidade a esses eventos e aponte alternativas de configurações mais seguras. 
A resiliência pode ser definida como a habilidade do sistema de operar, total ou parcialmente, sob condições 
causadas antes, durante e depois de um ou mais eventos de alto impacto e baixa probabilidade de ocorrência. 
Um alto valor de resiliência indica alta capacidade do sistema em resistir e se recuperar de interrupções 
inesperadas (Sandia National Laboratories, 2014). Segundo Hickford et al. (2018) e Francis e Bekera (2014), 
um sistema resiliente é capaz de absorver o impacto causado pelo evento, se adaptar à situação imprevisível 
e se recuperar, entregando total ou parcialmente seu produto. 
Sendo o conceito de resiliência relativamente novo aplicado a sistemas energéticos, não há consenso quanto 
à sua quantificação (Lin e Bie, 2016). Por isso, estudos têm focado em padronizar métricas avaliativas (Matelli 
e Goebel, 2018; Sandia National Laboratories, 2014). Um método de simulação com cinco métricas de 
quantificação foi proposto previamente por Matelli e Goebel (2018) e aplicado em plantas cogeradoras. Foram 
consideradas falhas estocásticas dos componentes pertencentes aos sistemas em uma abordagem baseada 
em Monte Carlo, com um grande número de repetições para padronização das condições de operação. O 
presente trabalho foca em considerar probabilidade e tempo de reparo dos componentes, bem como o tempo 
ocioso das plantas de cogeração, e desenvolver novas métricas de quantificação que incorporem essas novas 
condições. 
2. MATERIAL E MÉTODO 
2.1 DESCRIÇÃO DOS SISTEMAS 
Quatro sistemas de cogeração (S#), detalhados e ilustrados em Matelli e Goebel (2018), foram modelados 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
46 
 
através de um sistema baseado em conhecimento (SBC) desenvolvido por Silva et al. (2014) no software 
CLIPS. Os componentes presentes nos sistemas estão citados na Tabela 1. 
 
Tabela 1. Componentes dos sistemas 
Sistema Componentes 
S#1 
S#2 
Gerador, motor, radiador, trocador de calor, bombas, refrigerador por absorção, refrigerador 
mecânico, torre de resfriamento, componentes da rede, armazenador de energia elétrica, 
armazenador de água gelada, linha de gás, linha de água 
S#3 
S#4 
Gerador, turbina, caldeira de recuperação, refrigerador por absorção, tanque de 
armazenamento de condensado, bombas, refrigerador mecânico, torre de resfriamento, 
componentes da rede, armazenador de energia elétrica, armazenador de água gelada, linha 
de gás, linha de água 
Fonte: adaptado de Matelli e Goebel (2018) 
 
Em resumo, um equipamento que gera potência de eixo é acoplado a um gerador, que se liga na rede para 
distribuir energia elétrica. O calor residual – da jaqueta do motor de combustão interna ou dos gases de 
exaustão da turbina – é aproveitado em um resfriador de absorção de simples estágio, no caso do motor, ou 
de duplo efeito, para a turbina, visando produção de água gelada. Os sistemas S#4 e S#2 possuem dois 
componentes geradores de potência de eixo, enquanto os sistemas S#1 e S#3 possuem apenas um. 
2.2 SIMULAÇÃO E MÉTRICAS 
A simulação começa com a escolha aleatória de um componente i com funcionamento normal como candidato 
a falhar. Uma probabilidade de falha pb é aleatoriamente designada e, se for maior que a probabilidade de 
operação normal previamente fixada pi (igual a 0,9995), o componente falha e dispara a regra de propagação 
de falha ilustrada na Figura 1; caso contrário, uma nova escolha aleatória é feita. Após a verificação de 
propagação, uma probabilidade de reparo pcr é aleatoriamente designada ao componente e, caso seja maior 
que a probabilidade de insucesso no reparo pcnr (igual a 0,25, 0,50 e 1), inicia-se seu processo de conserto. 
A cada hora de operação, soma-se essa unidade no tempo gasto no reparo tg, até que se atinja o tempo de 
reparo tr, fixado conforme Tabela 2. Então, o componente i e aqueles que falharam por propagação retornam 
às suas condições iniciais. Se aplanta continuar operando total ou parcialmente, com ou sem falhas de 
componentes, sua condição pode ser resiliente (caso haja componentes falhados) ou normal (caso todos os 
componentes operem normalmente). Se a planta não estiver operando, sua condição é falhada. A simulação 
continua até o tempo de operação atingir a vida útil da planta, T, fixado em 8760 horas. São feitas 3000 
simulações, quantidade suficiente para se estabilizar o desvio dos resultados (Matelli e Goebel, 2018). 
 
Figura 1. Regra de propagação de falha 
 
Fonte: autoria própria 
 
 
 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
47 
 
Tabela 2. Tempos de reparo dos componentes 
Função tr [h] Componente Função tr [h] Componente 
Geração de 
potência de 
eixo 
100 Turbina; motor Alimentação 40 Bombas 
Geração de 
energia elétrica 80 Gerador Estrutural 40 
Rede; armazenamento 
de energia; linhas de 
gás e água 
Troca de calor 60 
Resfriadores; trocadores 
de calor; caldeira de 
recuperação; torre de 
resfriamento; radiador 
Armazenamento 30 
Tanque de 
armazenamento de 
condensado 
Fonte: autoria própria 
 
Matelli e Goebel (2018) propuseram e detalharam cinco métricas para quantificação de resiliência: fração de 
simulações com operação resiliente pf (i), tempo de operação resiliente r (ii), tempo até falha f (iii), fração 
de simulações com falha total pf (iv) e índice normalizado de resiliência ρ (v). Duas novas métricas propostas 
por esse trabalho são desenvolvidas após a consideração de ações de reparo nas simulações: 
vi. Fração das simulações com recuperação do sistema (pd): relação entre o número de simulações k nas 
quais tk = T e o tempo parado da planta dk é positivo, e o total de simulações N, conforme equação (1). Quanto 
maior o valor desse parâmetro, maior o número de falhas durante a operação da planta com sucesso nos 
reparos. No caso limite onde nenhum reparo é feito, pd se aproxima de pf e, portanto, quanto maior a diferença 
entre esses dois valores, maior o impacto das ações de reparo na resiliência do sistema. 
lim d
d
N
N
p
N→
 =  
 
 (1) 
vii. Tempo da planta parada ( D ): média ponderada do tempo parado da planta d em todas as simulações k 
nas quais tk = T e dk > 0 (Nd), conforme equação (2). Esse parâmetro indica quanto o tempo o sistema se 
mantém parado antes de retornar à operação normal e, portanto, quanto menor, mais resiliente é o sistema. 
1
dN
d
k
kd
p
D d
N =
=  (2) 
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO 
Do ponto de vista técnico, segundo Silva et al. (2014), a sequência de projetos de maior para menor eficiência 
térmica seria S#1, S#2, S#3 e S#4. Considerando a resiliência como fator limitante do projeto, sem ações de 
reparo, todas as métricas apontaram a sequência S#2, S#4, S#1 e S#3, indicando que a redundância foi a 
característica mais impactante no valor da resiliência. A Tabela 3 compara os valores das variáveis para as 
simulações deste trabalho, descritas no subitem 2.2. 
 
Tabela 4. Resultados das simulações com ações de reparo 
 pcnr = 0,5 pcnr = 0,25 
# pr r f pf ρ pd D pr r f pf ρ pd D 
1 0,736 4080 5038 0,239 0,899 0,122 5,892 0,868 4269 5015 0,114 0,951 0,194 9,228 
2 0,826 4552 4866 0,155 0,931 0,096 4,174 0,901 4370 4940 0,078 0,966 0,144 6,432 
3 0,723 4205 5143 0,252 0,896 0,154 7,339 0,728 4234 5025 0,252 0,892 0,149 7,367 
4 0,810 4668 4909 0,170 0,925 0,127 5,711 0,900 4738 4737 0,079 0,964 0,154 6,899 
Fonte: autoria própria 
 
A aplicação das cinco métricas propostas por Matelli e Goebel (2018) aponta um aumento na resiliência dos 
sistemas quando ações de reparo são tomadas. Adicionalmente, há uma variação relativamente menor entre 
os valores das métricas dentro de uma mesma condição de simulação, o que indica que o reparo dos 
componentes impactou mais os sistemas S#1 e S#3, os quais não possuem redundância. Essa informação é 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
48 
 
evidenciada pela métrica vi, que aponta os sistemas S#1 e S#3, respectivamente, como mais impactados 
pelas ações de reparo. 
O aumento da probabilidade de reparo nos componentes indicou um aumento na resiliência de todos os 
sistemas, com exceção do S#3, que parece ter atingido o limite da configuração sob probabilidade de reparo 
de 50%. O aumento de D com o aumento da probabilidade de reparo indica que os sistemas voltam a operar 
mais facilmente depois de ter seus componentes consertados, enquanto o aumento de pd aponta para uma 
maior probabilidade de recuperação do sistema depois de uma falha total. A maior parte das métricas reiterou 
o S#2 como o mais resiliente, sendo o S#3 o de menor resiliência. 
4. CONCLUSÃO 
Quatro plantas cogeradoras foram simuladas sob a perspectiva de sete métricas propostas para quantificação 
da resiliência dos sistemas, sendo duas delas considerando ações de reparo de componentes. 
Sem o reparo de componentes, as cinco primeiras métricas apontaram para a mesma sequência de sistemas 
quanto aos maiores valores de resiliência. Considerando ações de reparo, a maior parte das sete métricas 
ainda indicaram o sistema S#2 como o mais resiliente e o S#3 como o de menor resiliência, embora com uma 
variação menor dos valores desse parâmetro, indicando um impacto maior do reparo em sistemas sem 
redundância. 
Os resultados indicaram a importância do reparo na quantificação de resiliência, uma vez que sua inclusão 
na simulação interferiu diretamente nos valores desse parâmetro, melhorando todos os índices em 
comparação às simulações sem reparo. 
Embora o sistema S#1 tenha apresentado os melhores resultados técnicos, se mostrou uma das plantas mais 
suscetíveis a falha devido a eventos imprevisíveis. É importante que um projeto que considere a resiliência 
como um fator limitante foque em utilizar redundâncias e ações que aumentem a probabilidade de reparo dos 
componentes. 
5. AGRADECIMENTOS 
Os autores agradecem à Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo, que financia o projeto 
através do processo nº 2018/02079-7. 
6. REFERÊNCIAS 
FRANCIS, R.; BEKERA, B. A metric and frameworks for resilience analysis of engineered and infrastructure 
systems. Reliability Engineering and System Safety, v. 121, p. 90-103, 2014. 
HICKFORD, A.J.; BLAINEY, S.P.; HORTELANO, A.O.; PANTO, R. Resilience engineering: theory and 
practice in interdependent infrastructure systems. Environment Systems and Decisions, v. 38, p. 278-291, 
2018. 
ISA, N.; TAN, C.W.; YATIM, A.H.M. A comprehensive review of cogeneration system in a microgrid: a 
perspective from architecture and operating system. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 81, p. 
2236-2263, 2018. 
LIN, Y.; BIE, Z. Study on the resilience of the integrated energy system. Energy Procedia, v. 103, p. 171-176, 
2016. 
MATELLI, J.A.; GOEBEL, K. Conceptual design of cogeneration plants under a resilient design perspective: 
resilience metrics and case study. Applied Energy, v. 2015, p. 736-750, 2018. 
SANDIA NATIONAL LABORATORIES. Conceptual framework for developing resilience metrics for the 
electricity, oil, and gas sectors in the United States. Sandia National Laboratories, 2014. 
SHEN, Y.; GU,C.; ZHAO, P. Structural vulnerability assessment of multi-energy system using a PageRank 
algorithm. Energy Procedia, v. 158, p. 6466-6471, 2019. 
SILVA, J.C.; MATELLI, J.A.; BAZZO, E. Development of a knowledge-based system for cogeneration plant 
design: verification, validation and lessons learned. Knowledge-Based Systems, v. 67, p. 230-243, 2014.
 
 
 
49 
 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
Unesp, Campus de Guaratinguetá, São Paulo, Brasil 
 
Data: 1 e 2/Outubro/2019 
Local: InovEE – Centro de Inovação em Eficiência Energética 
 
 
ESTUDO FLUIDODINÂMICO EM UM LEITO FLUIDIZADO BORBULHANTE DE UMA 
MISTURA CASCA DE ARROZ E AREIA 
 
Fernando Manente Perrella Balestieria; Carlos Manuel Romero Lunab, Ivonete Avilaa 
 
aUnesp - Campus de GuaratinguetábUnesp - Campus de Itapeva 
*e-mail: fernando.balestieri@unesp.br 
 
Resumo. O leito fluidizado borbulhante se destaca por sua alta eficiência e facilidade de controle. Embora 
muitas variáveis influenciam a eficiência do processo, a mistura entre a biomassa e o inerte, bem como o tipo 
de distribuidor, responsável pela injeção de ar dentro do leito, são consideravelmente importantes. Portanto, 
este trabalho testa dois tipos de distribuidores (perfurados e com injetores de tuyere), avaliando como isso 
influencia a mistura de casca de arroz e areia dentro do leito. Os resultados mostram que os distribuidores 
com injetores tuyere resultam em uma melhor mistura e são mais indicados para obter maior eficiência. 
 
Palavras-chaves: Leito fluidizado borbulhante, Casca de arroz, Tipo de distribuidor 
 
1. INTRODUÇÃO 
O uso da biomassa como fonte de energia tem muito potencial, não só porque é energia renovável, mas 
também porque pode ajudar a resolver problemas relacionados com os resíduos das culturas de campo. 
Nestas residências, cerca de 1,37 milhão de toneladas de casca de arroz são obtidas por ano a partir de 
lavouras de arroz (DARMAWAN et al., 2018). 
Embora existam diferentes sistemas que podem ser usados para aproveitar a energia química da biomassa, 
o leito fluidizado borbulhante se destaca por sua alta eficiência, perfil de temperatura homogêneo e facilidade 
de controle. O leito fluidizado é caracterizado por sua injeção de gás abaixo do leito, criando um 
comportamento fluido para as partículas sólidas que compõem o leito. Este gás é injetado por um componente 
chamado distribuidor. O tipo de distribuidor influencia a homogeneidade da mistura entre a casca de arroz e 
a inerte que é normalmente adicionada para melhorar a qualidade da fluidização. 
A homogeneidade da mistura impacta na eficiência do processo termoquímico e é por isso que existem 
pesquisas explorando essa variável (GHALY; MACDONALD, 2012; LV et al., 2018; PARK; CHOI, 2013; 
QIAOQUN et al., 2005). Portanto, torna-se importante entender melhor a influência do distribuidor na dinâmica 
dos fluidos do leito fluidizado. O objetivo deste trabalho é avaliar o nível de mistura entre casca de arroz e 
areia para dois diferentes tipos de distribuidores (placa perfurada e placa com injetores Tuyere). O nível de 
mistura foi estudado através de uma análise visual qualitativa, bem como uma análise quantitativa usando 
amostras coletadas do leito. 
2. MATERIAL E MÉTODOS 
Na Figura 1 é possível ver o sistema de fluidização utilizado para esses experimentos, enquanto na Figura 2 
são mostrados os dois tipos de distribuidores testados: a placa perfurada e a placa com injetores Tuyere. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
50 
 
Figura 1. Esquema da bancada de fluidização para os experimentos 
 
Fonte: Autoria própria 
 
A placa perfurada tem uma injeção de ar perpendicular à placa enquanto a placa com os injetores é paralela. 
Isso pode ser melhor visualizado na Figura 2 (c). 
 
Figura 2. Tipos de distribuidores (a) Placa perfurada (b) Placa com injetores Tuyere (c) Vista lateral do injetor 
Tuyere 
 
(a) (b) (c) 
Fonte: Autoria própria 
 
Para avaliar a mistura da areia e da biomassa, foram coletadas amostras de diferentes alturas do leito 
fluidizado. Essas alturas foram fixadas devido à sonda de amostra usada para coletar os dados. A velocidade 
do gás foi fixada em 30% acima da velocidade mínima de fluidização. 
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO 
Os resultados podem ser visualizados nas Figuras 3 e 4. Portanto, torna-se possível afirmar que a placa com 
injetores de tuyere nas condições experimentais usadas cria uma mistura mais homogênea do que a placa 
perfurada. 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
51 
 
Figura 3. Proporção de Casca de arroz para diferentes alturas no leito 
 
Fonte: Autoria própria 
 
A porcentagem de massa da casca de arroz próxima à superfície é consideravelmente maior quando 
comparada à placa com injetores. Isso é corroborado pelas fotos da cama na Figura 4. O verde na superfície 
é a casca de arroz pintada. 
 
Figura 4. Fotos da cama (a) Placa perfurada (b) Placa com injetores Tuyere 
 
(a) (b) 
Fonte: Autoria própria 
4. CONCLUSÃO 
Os experimentos foram conduzidos em leito fluidizado borbulhante para dois diferentes tipos de distribuidores 
de gás: placa perfurada e placa com injetores de tuíte. Os resultados mostram que a placa com os injetores 
resulta em uma mistura mais homogênea, o que pode resultar em uma maior eficiência do leito quando 
utilizado em processos termoquímicos como combustão e gaseificação. 
5. AGRADECIMENTOS 
Nós agradecemos CAPES e UNESP pelo seu apoio financeiro. 
6. REFEREÊNCIAS 
DARMAWAN, A. et al. Integrated system of rice production and electricity generation. Applied Energy, v. 220, 
n. April, p. 672–680, 2018. 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
52 
 
GHALY, A. E.; MACDONALD, K. N. Mixing Patterns and Residence Time Determination in a Bubbling 
Fluidized Bed System. American Journal of Engineering and Applied Sciences, v. 5, n. 2, p. 170–183, 
2012. 
LV, B. et al. Particle mixing and separation performance of gas-solid separation fluidized beds containing 
binary mixtures. Fuel, v. 226, n. January, p. 462–471, ago. 2018. 
PARK, H. C.; CHOI, H. S. The segregation characteristics of char in a fluidized bed with varying column 
shapes. Powder Technology, v. 246, p. 561–571, 2013. 
QIAOQUN, S. et al. Simulation and experiment of segregating/mixing of rice husk-sand mixture in a bubbling 
fluidized bed. Fuel, v. 84, n. 14–15, p. 1739–1748, 2005. 
 
 
 
53 
 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
Unesp, Campus de Guaratinguetá, São Paulo, Brasil 
 
Data: 1 e 2/Outubro/2019 
Local: InovEE – Centro de Inovação em Eficiência Energética 
 
 
DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA HÍBRIDO DE PRODUÇÃO DE ENERGIA 
PARA VEÍCULOS AÉREOS NÃO TRIPULADOS 
 
Joacy L. Freitas Jr.a; Teófilo Miguel de Souzaa; Rodrigo Kuntz Rangelb; 
 
aUNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JÚLIO DE MESQUITA FILHO”CAMPUS DE GUARATINGUETÁ; 
bIBRV - Instituto BRVANT de Pesquisa e Desenvolvimento; 
*e-mail: joacy.freitas@unesp.br. 
 
Resumo. Uma das grandes limitações do uso de sistemas aéreos não tripulados de propulsão elétrica, RPA, 
é a pequena autonomia dos voos. Este artigo apresenta a pesquisa e desenvolvimento de meios alternativos 
que proporcionem uma forma de aumentar essa autonomia. Ele mostra uma alternativa de abordagem deste 
problema e permite atingir um nível adequado exigido pelas normas de segurança de voo. Como requisito 
básico, adotou-se o uso de materiais e componentes COTS (Commercial off-the-shelf) a fim de viabilizar 
economicamente a proposta. Para validar o conceito, o sistema foi simulado em MATLAB®Simulink e 
instalado em bancada para testes. 
 
Palavras-chave: RPA; VANT; Aprendizado de Máquina; Controle Robusto; Rede Neural Artificial. 
 
1. INTRODUÇÃO 
A principal motivação do presente trabalho é a contribuição para a melhoria da autonomia de voo dos veículos 
não tripulados em geral, em especial os RPA, proporcionando inclusive o uso desses equipamentos em novas 
aplicações. O conceito de se alimentar um RPA com um sistema de produção de energia híbrida está 
ganhando interesse da comunidade cientifica mundial. Pode-se verificar que existem vários projetos sendo 
desenvolvidos (LAPEÑA-REY et al., 2017), (KHARE; SINGH, 2012), (OZDEMIR et al., 2014), (OKUMUS et 
al., 2017), com o foco não somente em RPA mas também em veículos terrestres e marítimos, e com várias 
fontes de energia, como por ex. células combustíveis, células fotovoltaicas e outros. 
Nossas contribuições mais relevantes estão no desenvolvimento de algoritmo inteligente adaptado ao controle 
do sistema de geração hibrida, e no uso inédito de uma placa de controle microprocessada como cérebrodesse sistema de controle. Esse sistema mostra-se equivalente ao controle de motor eletrônico com 
autoridade total (em inglês: Full Authority Digital Engine Control -FADEC) adotado em aeronaves, e seus 
respectivos acessórios, que controlam todos os aspectos principais da propulsão. 
No caso apresentado esse controle se aplica a um motor de combustão interna não objetivando a propulsão 
do RPA, mas sim o acionamento de um gerador elétrico, de forma a proporcionar a geração hibrida de forma 
otimizada. Outro aspecto importante, que é resolvido implicitamente, é o atendimento do conceito exigido 
pelas atuais normas nacionais e internacionais de certificação, como o Regulamento Brasileiro de Aviação 
Civil Especial nº 94/2017. (ANAC, 2018). 
2. MATERIAIS E MÉTODOS 
2.1 ALGORÍTMO BACKPROPAGATION 
A popularidade do aprendizado on-line para o treinamento supervisionado de perceptrons multicamadas foi 
aprimorada pelo algoritmo de propagação reversa (Back-propagation algorithm-BPA). 
Ao se optar por usar algoritmo Backpropagation (BPA) temos como vantagem a capacidade de trabalhar com 
multicamadas, sendo capaz de resolver problemas não lineares. 
O método de aprendizado com a BPA é um procedimento muito usado em controladores neurais (SUZUKI et 
al., 2004). As redes feedforward de múltiplas camadas, são geralmente treinadas usando o algoritmo de retro-
propagação do erro (error backpropagation), embora existam outros algoritmos de treinamento. Este algoritmo 
requer a propagação direta (feedforward) do sinal de entrada através da rede, e a retro-propagação 
(propagação reversa, ou backpropagation) do sinal de erro. 
O controlador básico com o BPA, como na Fig. (1), faz uso de controle feedforward (FF) e controle feedback 
(FB) e são ajustados de acordo com a condição do sistema e seu sinal de saída. A RNA é construída com 
três camadas. Os sinais na camada de entrada são a corrente consumida pela carga, a rotação do conjunto 
motor-gerador, e o sinal de referência. Os sinais de saída correspondem aos ganhos PID - Kp, Ki e Kd. 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
54 
 
Figura 1. Estrutura multicamadas para os parâmetros PID. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Autoria própria 
 
O funcionamento deste algoritmo é através do cálculo do erro recalcular o valor dos pesos do vetor w, 
atualizando todos os pesos das camadas a partir da última até atingir a camada de entrada da rede. 
Listando os passos principais desse algoritmo, tem-se: 
• Inserir os pesos da rede com valores aleatórios; 
• Inserir os dados de entrada, e calcular o erro em relação ao alvo; 
• Calculam-se os valores dos gradientes para cada peso da rede observando a direção de crescimento da 
função; 
• Aplica-se o processo de minimização do erro quadrático pelo método do gradiente descendente. 
A Eq (1), se refere ao processo de aprendizagem. Cada peso(w) é atualizado proporcionalmente a negativa 
da derivada parcial do erro(e) com relação ao peso. ∆𝑤𝑖𝑗 = −𝜇 𝜕𝑒𝜕𝑤𝑖𝑗 (1) 
Uma vez calculado o vetor gradiente, atualizamos cada peso de modo iterativo, diminuindo o erro a ponto de 
chegar abaixo de algum limiar preestabelecido, ou o número de iterações atingir um valor máximo, finalizando 
o algoritmo. A ideia central por trás dessa solução é que os erros das unidades da camada oculta são 
determinados pela retro propagação dos erros das unidades da camada de saída. 
2.1.1. Controle misto PID-RNA 
Um diagrama de blocos do modelo do controle PID-RNA multicamada adotado, pode ser visto na Fig. (2). 
 
Figura 2. Controle PID-RNA usado no projeto. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: YONEYAMA; JR, Nascimento C., 2011 
 
Configurações desse tipo são vistas com muitas variantes (SRIVIGNESH et al., 2012), (PATEL; KUMAR, 
2015), (CHEN; HUANG, 2004), e todas elas tem como objetivo um controle automatico que permita aumentar 
a performance do controle PID. 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
55 
 
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
Estão sendo realizados testes no algoritmo e no código do programa preliminar já desenvolvido. Os dados 
dos diversos sensores instalados no sistema foram coletados através do MATLAB®Simulink. A placa Mbed 
utilizada e alguns sensores foram interligados de forma a se avaliar o comportamento geral. Esses primeiros 
testes foram considerados satisfatórios. 
Foram também feitos em bancada alguns testes utilizando dois tipos de motores DC Brushless. Estes testes 
tiveram por finalidade uma avaliação do comportamento desses motores atuando como geradores. 
Como exemplo, na Fig. 3 (a) e (b) estão desenhados dois gráficos indicando alguns dados coletados durante 
os testes. No gráfico da Fig. 3 (a) Vb (volts) é a tensão obtida na saída, após a Fonte Boost, indicando grande 
estabilidade, apesar das variações de rotação proporcionadas pela variação no consumo. O gráfico da Fig. 3 
(b) indica a variação da corrente testada. 
A proposta inicial mostrou-se viável, e abre caminho para que outros tipos de algoritmo e códigos devem ser 
pesquisados, bem como outras configurações de hardware. 
 
Figura 3. Gráficos rpm x t e Vb x t (a) e Ic x t (b) 
 (a) (b) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Autoria própria 
 
Na Fig. 4 está desenhado o esquema de aquisição de dados usado no trabalho, que fez uso de uma placa 
Arduino Uno, interligada ao computador. 
 
Figura 4. Esquema adotado para aquisição de dados no MATLAB®Simulink. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Autoria própria 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
56 
 
4. CONCLUSÃO 
Hoje estamos no limiar do rendimento no uso de baterias para alimentar aeronaves movidas a energia elétrica. 
Com a possibilidade de prover energia através de meios alternativos, tais tecnologias estarão sendo melhor 
utilizadas no futuro, inclusive com o seu aumento de escala e abrangência de novas áreas operacionais, como 
o transporte de carga e passageiros. 
O trabalho está na fase final de análise dos resultados obtidos para uma avaliação mais detalhada da 
viabilidade de seu uso. O controle está sendo ajustado em bancada, e os dados estão sendo coletados. Essa 
proposta tem como objetivo principal o desenvolvimento de um controle para o sistema hibrido de produção 
de energia para um veículo não tripulado, e como objetivos paralelos importantes pode-se destacar o estudo 
de aprendizado de maquinas aplicado a controle além da proposta de aumento na segurança de voo. 
5. AGRADECIMENTOS 
Nossos agradecimentos à CAPES pelo apoio direto a esta pesquisa ora realizada. Este trabalho faz parte de 
um projeto maior, denominado “ Plataforma de monitoramento hidro ambiental multiuso ” (KUNTZ RANGEL 
et al., 2019) conduzido pelo IBRV - Instituto BRVANT de Pesquisa e Desenvolvimento, com recursos EMAE 
/ ANEEL, instituições a qual agradecemos. 
6. REFERÊNCIAS 
ANAC. Agencia Nacional de Aviação Civil. Disponível em: <http://www.anac.gov.br/assuntos/paginas-
tematicas/drones>. . 
CHEN, J.; HUANG, T. C. Applying neural networks to on-line updated PID controllers for nonlinear process 
control. Journal of Process Control, v. 14, n. 2, p. 211–230, 2004. 
KHARE, N.; SINGH, P. Modeling and optimization of a hybrid power system for an unmanned surface 
vehicle. Journal of Power Sources, v. 198, p. 368–377, 2012. Elsevier B.V. Disponível em: 
<http://dx.doi.org/10.1016/j.jpowsour.2011.09.080>. . 
KUNTZ RANGEL, R.; FREITAS, J. L.; ANTONIO RODRIGUES, V. Development of a Multipurpose Hydro 
Environmental Tool using Swarms, UAV and USV. 2019 IEEE Aerospace Conference. Anais... . p.1–15, 
2019. Disponível em: <https://ieeexplore.ieee.org/document/8741624>. . 
LAPEÑA-REY, N.; BLANCO, J. A.; FERREYRA, E.; et al. A fuel cell powered unmanned aerial vehicle for 
low altitude surveillance missions. International Journal of Hydrogen Energy,v. 42, n. 10, p. 6926–6940, 
2017. 
OKUMUS, E.; BOYACI SAN, F. G.; OKUR, O.; et al. Development of boron-based hydrogen and fuel cell 
system for small unmanned aerial vehicle. International Journal of Hydrogen Energy, v. 42, n. 4, p. 2691–
2697, 2017. Elsevier Ltd. Disponível em: <http://dx.doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.09.009>. . 
OZDEMIR, U.; AKTAS, Y. O.; VURUSKAN, A.; et al. Design of a commercial hybrid VTOL UAV system. 
Journal of Intelligent and Robotic Systems: Theory and Applications, v. 74, n. 1–2, p. 371–393, 2014. 
PATEL, R.; KUMAR, V. Multilayer Neuro PID Controller based on Back Propagation Algorithm. Procedia 
Computer Science, v. 54, p. 207–214, 2015. Elsevier Masson SAS. Disponível em: 
<http://dx.doi.org/10.1016/j.procs.2015.06.023>. . 
SRIVIGNESH, N.; SOWMYA, P.; RAMKUMAR, K.; BALASUBRAMANIAN, G. Design of neural based PID 
controller for nonlinear process. Procedia Engineering, v. 38, p. 3283–3291, 2012. Elsevier B.V. Disponível 
em: <http://dx.doi.org/10.1016/j.proeng.2012.06.380>. . 
SUZUKI, M.; YAMAMOTO, T.; TSUJI, T. A design of neural-net based PID controllers with evolutionary 
computation. IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer 
Sciences, v. E87-A, n. 10, p. 2761–2768, 2004. 
YONEYAMA, T.; JR, C. L. N. Inteligência Artificial em Controle e Automação. 1o ed. São Paulo, 2011. 
 
 
 
57 
 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
Unesp, Campus de Guaratinguetá, São Paulo, Brasil 
 
Data: 1 e 2/Outubro/2019 
Local: InovEE – Centro de Inovação em Eficiência Energética 
 
 
TREM SOBRE MONOTRILHO NA FAIXA DE DOMÍNIO DA VIA DUTRA 
 
João Dalton Daibert a *; Teófilo Miguel de Souzaa 
 
aFaculdade de Engenharia, UNESP - Universidade Estadual Paulista, Campus de Guaratinguetá, Departamento de 
Engenharia Elétrica 
Avenida Ariberto Pereira da Cunha, 333, Guaratinguetá, SP, 12516-410 
*e-mail:prof.joaodalton@gmail.com 
 
Resumo. Este trabalho pretende mostrar a viabilidade técnica e econômica, quanto ao traçado, 
deslocamento, materiais de construção e custos gerais, na implantação de uma via suspensa de um 
monotrilho, para circulação de um trem de alta velocidade no transporte de passageiros e de pequenas 
cargas, dentro de um paradigma sustentável. O deslocamento se fará entre as cidades de Rio de Janeiro e 
São Paulo, principalmente pelo trajeto da BR-116, denominada neste trecho de Rodovia Presidente Dutra, 
utilizando os espaços laterais entre o acostamento da rodovia e a divisa da faixa de domínio com terrenos 
lindeiros. 
 
Palavras-chave: Trem de Passageiros; Monorail; Monotrilho; Materiais Compósitos; Sustentabilidade na 
Construção. 
 
1. INTRODUÇÃO 
A ligação entre as duas principais cidades do país, Rio de Janeiro e São Paulo, é feita maciçamente por 
rodovia, a Via Dutra como é conhecido este trecho da BR-116, onde trafegam quase em congestionamento, 
todos os tipos de veículos de rodagem. Portanto, resta aos usuários individuais das motocicletas e dos carros 
de passeio, se esquivar entre caminhões e ônibus. Os usuários de ônibus e assemelhados, têm que se sujeitar 
ao transporte em poltronas desconfortáveis e veículos cada vez mais lentos, devido a grande quantidade 
circulante. (DNER, 2001a) 
Todos os veículos citados se deslocam com a segurança comprometida, pois a rodovia é de traçado antigo 
com parâmetros incompatíveis com o tráfego atual, como a velocidade diretriz, as rampas sem faixa adicional, 
as superelevações, os raios de curva, as larguras das faixas de rolamento e dos acostamentos, dentre outros. 
(DIEGO; NERIS, 2015) 
A velocidade permitida está superestimada em muitos trechos, onde deveria ser menor do que a de operação 
pelos parâmetros citados. (DNER, 2001) 
O monotrilho deverá atender as premissas de minimizar o congestionamento da rodovia, ter deslocamento 
rápido, confortável e seguro dos passageiros, promovendo a interação entre as cidades atendidas. 
(ANTÔNO PASQUALETTO, 2014) 
 
Figura 1. A localização e as principais cidades e adjacências a serem atendidas pelo monotrilho 
 
Fonte: NovaDutra 
mailto:*prof.joaodalton@gmail.com
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
58 
 
2. MATERIAIS E MÉTODOS 
2.1 MATERIAIS 
Os materiais para a confecção deste trabalho serão obtidos nas consultas a livros em bibliotecas físicas e 
digitais, livros de publicação própria, periódicos indexados, sites na internet, trabalhos publicados de teses, 
correspondências por e-mails, entrevistas e a experiência do orientando que atuou em diversas obras de 
transporte, tanto em construção, como em manutenção e operação. É de se observar que serão tomados os 
cuidados necessários nas entrevistas, para se preservar os interesses particulares e de empresas, utilizando-
se apenas os dados que forem de acesso público. 
2.2 MÉTODOS 
Revisão bibliográfica sobre transportes coletivos de passageiros, a ser realizada com a utilização de obras 
disponíveis nas bibliotecas físicas e digitais da UNESP e de outras instituições, artigos em periódicos 
indexados nacionais e internacionais, materiais disponíveis na internet, como já citado em Materiais; 
Situação: sendo trabalhado. 
Levantamentos de demandas de passageiros nos aeroportos e rodovias envolvidos no âmbito da pesquisa 
(ANTT, 2009; BASH, 2015) 
Situação: contatos por telefone, e-mails, e pesquisa em sites. Em andamento a pesquisa nos aeroportos e 
em conclusão a contagem de veículos leves (passageiros) na Via Dutra, conforme figuras 2 e 3 à seguir: 
 
Figura 2. Resumo da contagem de veículos totais (comerciais e leves) 
 
Fonte: NovaDutra 
 
Figura 3. Contagem de veículos totais 
 
Fonte: NovaDutra 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
59 
 
Levantamentos dos tempos de viagem atualmente praticados no trecho e subtrechos propostos, rodovias e 
aerovias (ANTT, 2009); 
Situação: contatos por telefone e pesquisa em sites. Levantamento aeroviário em andamento, e em 
compilação de dados. Levantamento rodoviário parcialmente concluído, aguardando informações da 
NovaDutra. 
Projeção do traçado da via, para definição do trecho principal, subtrechos e posicionamento das estações. 
(DAIBERT, 2014; DIEGO; NERIS, 2015); 
Situação: Concluído nos trechos da planície (Baixada Fluminense) e do planalto (Vale do Paraíba, Fluminense 
e Paulista), em estudos no trecho de serra (Serra das Araras), conforme mostram as figuras 4 e 5, à seguir. 
 
Figura 4. Exemplo de um trecho no Planalto (região de Guaratinguetá) 
 
Fonte: desenho de autoria própria lançado sobre imagem do Google Earth 
 
Estudo da velocidade diretriz, rampas, raios de curva, cruzamentos com viadutos, cursos d’água (DNER, 
2001); 
Situação: o material disponível é basicamente rodoviário e são normas antigas, está sendo trabalhada uma 
adaptação baseada na experiência do orientando como projetista rodoviário. 
Estudo dos locais de linha singela e linha dupla, comportando desvios e pátios, de manutenção e transbordo 
(DAIBERT, 2014; DIEGO; NERIS, 2015); 
Situação: foi considerada a escolha da linha dupla durante todo o trajeto pelos fatores: fluxo de movimento 
contínuo (espaço de tempo entre trens), oferta de escolha de horários aos usuários, segurança em caso de 
panes, entre outros. 
Pesquisas sobre materiais compósitos para emprego nas estruturas de apoio e deslocamento dos trens 
(OLIVEIRA, 2018); 
Situação: Estudos nos trabalhos desenvolvidos e projetos executados, levantamento dos materiais 
disponíveis em execução, aguardando dados dos depósitos de fresados da Via Dutra. Compilação dos dados 
em execução. 
Levantamento sobre os atuais valores praticados das passagens, tanto no trecho completo proposto como 
nos possíveis subtrechos, para projeção dos possíveis valores a serem praticados (ANTT, 2009; 
RODRIGUES, 2013); 
Situação: Levantamentos em andamento para valores das passagens rodoviárias, aguardando confirmação 
da Viação Pássaro Marrom para o Valedo Paraíba Paulista, Viação Cidade do Aço para o Vale do Paraíba 
Fluminense, e das companhias que fazem a linha direta Rio-São Paulo. 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
60 
 
Estudos dos possíveis valores de implantação, operação e manutenção. Payback (ANTT, 2009). 
Situação: Trabalhos levantados, atualização de dados do Trem Bala como base. 
3. RESULTADOS ESPERADOS 
A proposta deste trabalho é atender a necessidade de melhoria e atualização do atual sistema de transporte 
de passageiros e, aumentar a integração entre os dois maiores polos econômicos do país, Rio de Janeiro e 
São Paulo. Contribuirá também, com a crescente necessidade da interação do Vale do Paraíba com estes 
dois grandes centros e, consequentemente, com o resto do país. Todo o contexto descrito terá sempre como 
balizador o desenvolvimento sustentável. 
4. CONCLUSÃO 
O trabalho se encontra em fase de preparação, onde a situação de seu andamento está apontada na 
descrição do item 2.2 - Métodos. 
Esta dissertação pretende concluir que a ligação entre Rio de Janeiro e São Paulo através de um Trem de 
Alta Velocidade, se deslocando sobre monotrilho implantado, principalmente, na faixa de domínio da Via 
Dutra, é viável técnica e economicamente dentro de padrões de construção, manutenção e operação 
sustentáveis. 
5. AGRADECIMENTOS 
Ao Prof. Dr. Teófilo Miguel de Souza pela presteza, experiência e coparticipação neste trabalho. 
A todos os que colaboram comigo nessa empreitada para a boa consecução do meu objetivo. 
6. REFERÊNCIAS 
ANTT – Agência Nacional de Transportes Terrestres. Estimativas de Demanda e Receita – vol 1 – 
Relatório Final. 2009. Disponível em: 
<http://portal.antt.gov.br/index.php/content/view/5448/Trem_de_Alta_Velocidade_TAV.html#lista> Acesso: 
em 03 de março de 2019. 
ANTÔNO PASQUALETTO, F. DE S. A tecnologia de monotrilho para o transporte de passageiros*. 
Revista EVS - Revista de Ciências Ambientais e Saúde, v. 41, p. 43–55, 2014. 
BASH, E. Caracterização De Frota De Veículos Comerciais Circulante Em Rodovia De Tráfego Elevado 
Como Parâmetro De Análise De Pavimentos. Climate Change 2013 - The Physical Science Basis, v. 1, p. 
1–30, 2015. 
DAIBERT, J. D. et al. Rodovias - Planejamento, Construção e Manutenção. São Paulo: Editora Érica Ltda, 
2014. 128 p. 
DIEGO, P.; NERIS, F. SISTEMAS DE TRANSPORTES TT046. 2015. Disponível em: 
<http://www.tecnologia.ufpr.br/portal/dtt/sistemas-de-transportes/>. Acesso em: 4 jun. 2019. 
DNER. Edital NOVADUTRA - Fases I, II e III. 2001. Disponível em: 
<http://www.antt.gov.br/rodovias/Concessoes_Rodoviarias/Nova_Dutra/index.html>. Acesso: em 17 abril 
2019. 
OLIVEIRA, K. A. de. Aproveitamento de resíduos sólidos industriais para produção de compósitos 
termoacústicos – 2018. 78f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Faculdade de Engenharia 
do Campus de Guaratinguetá, Universidade Estadual Paulista, Guaratinguetá, 2018. Disponível em: 
<http://hdl.handle.net/11449/154978> Acesso em: 01 março de 2019. 
RODRIGUES, S. G. et al. Aplicação da lógica paraconsistente na seleção de alternativas de transporte 
público. 2013. 158f. Dissertação (Mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, 
Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2013. Disponível em: 
<http://repositorio.unb.br/handle/10482/13620> Acesso: em 01 março 2019. 
 
 
 
61 
 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
Unesp, Campus de Guaratinguetá, São Paulo, Brasil 
 
Data: 1 e 2/Outubro/2019 
Local: InovEE – Centro de Inovação em Eficiência Energética 
 
 
MECÂNICA DA ATOMIZAÇÃO EFERVESCENTE 
 
Jordan Amaro*a, Andrés Z. Mendiburua, João A. Carvalho Jr.a 
 
aUniversidade Estadual Paulista "Júlio de Mesquita Filho", Campus de Guaratinguetá, 
Av. Ariberto Pereira da cunha, 333, Guaratinguetá, SP CEP 12510410, Brasil. 
*e-mail: jordan.amaro.gutierrez7@gmail.com 
 
Resumo. Este trabalho consiste em determinar as velocidades medias axiais do líquido e do gás no orifício 
de saída do atomizador efervescente, diâmetro de interface adimensional e a reação axial do atomizador 
efervescente mediante a aplicação do método de volume de controle. Dez atomizadores efervescentes 
operando em diferentes condições de atomização foram selecionados. Dos resultados obtidos foi concluído 
que as estimações das variáveis de interesse são coerentes com as observações experimentais, assim 
validando o método desenvolvido para futuros estudos na atomização efervescente de outros líquidos. 
 
Palavras-chave: Atomização efervescente; equações de Navier-Stokes; método de volume de controle. 
 
1. INTRODUÇÃO 
A atomização efervescente é um fenômeno que depende de um grande número de variáveis que podem-se 
classificar em três tipos que são: variáveis operativas, geométricas e fluidodinâmicas. Atualmente, em muitas 
pesquisas experimentais mencionam determinadas tendências do comportamento de alguns dos parâmetros 
característicos do spray obtido, como por exemplo, o diâmetro representativo das gotas do spray (geralmente 
o diâmetro médio de Sauter) em função de alguma variável, sem apresentar alguma relação analítica entre 
as variáveis, evidenciando uma falta da compreensão física do fenômeno da atomização efervescente. 
A mecânica dos fluidos pode-se entender como uma grande análise, que pode-se dividir em três tipos que 
são: analise integral fluidodinâmica, diferencial fluidodinâmica e adimensional. A análise integral 
fluidodinâmica consiste no uso do Teorema de Transporte de Reynolds aplicado a um determinado volume 
de controle. A análise diferencial fluidodinâmica fundamenta-se no uso das equações de Navier-Stokes para 
que mediante convenientes condições de fronteira possa-se estudar a cinética de um determinado fluido. 
Finalmente, a análise dimensional está baseado no uso do Teorema de Vaschy-Buckingham para a 
determinanação do máximo número de grupos adimensionais independentes utilizando um determinado 
número de variáveis físicas, para posteriormente estabelecer um modelo adimensional para a estimação de 
um grupo adimensional dependente usando resultados experimentais. 
Com respeito à atomização efervescente, existem muitos avanços nos estudos da análise diferencial 
fluidodinâmica (Panchagnula et al., 1996) mediante as relações de dispersão obtidas. Por outro lado, ainda 
são poucos os estudos desenvolvidos na análise fluidodinâmica integral (Buckner and Sojka, 1993) e a análise 
adimensional (Mandato et al., 2012) na atomização efervescente. 
Na presente pesquisa é desenvolvida uma análise integral fluidodinâmica da atomização efervescente 
aplicando as equações de conservação da massa, momento e energia para a determinação de quatro 
variáveis que são a velocidade média axial de saída do líquido e do gás, diâmetro de interface adimensional 
do gás no orifício de saída do atomizador e a reação axial do atomizador ao escoamento bifásico no interior 
do aerador. 
2. MÉTODO DE PESQUISA 
2.1 APLICAÇÃO DO MÉTODO DE VOLUME DE CONTROLE 
Inicialmente, para empregar o Teorema de Transporte de Reynolds foi necessário estabelecer um 
determinado volume de controle, o qual foi apresentado na Fig. (1). 
 
 
 
 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
62 
 
Figura 1. Esquema simplificado de um atomizador efervescente de tipo outside-in. 
 
Fonte: Autoria própria 
 
A massa específica do líquido atomizado e do gás de atomização foram assumidas constantes. Nas entradas 
do liquido e gás no aerador, foram assumidos constantes no tempo os perfis de velocidade. O sistema de 
coordenadas escolhido para o estudo do escoamento bifásico foi o sistema de coordenadas cilíndricas o qual 
foi estabelecido inercial com respeito ao atomizador. As equações da conservação da massa e da energia 
foram aplicadas no volume de controle estabelecido ao interior do atomizador efervescente de tipo outside-
in. Depois de ter substituído a equação da conservação da massa naequação da conservação da energia, 
foi obtida a Eq. (1). Logo, foram isoladas nas Eq. (2) e (3), a velocidade média axial do liquido (
L,sai
V ) e do 
gás (
G,sai
V ) no orifício de saída do atomizador, respectivamente, em função do diâmetro de interface 
adimensional ( Dπ ) e a fração da pressão manométrica do líquido no orifício de saída ( Pπ ). Os valores de ki 
são constantes que utilizam valores das variáveis operacionais, geométricas e fluidodinâmicas. 
( ) ( ) ( )24 2 2 4 4 3
L,sai1 D 1 D 1 2 D 3 P D 4 D 5 D 6L,sai
k +1 π 2k π k V k π 1 V k π π k π k π k 0  − + + − + + + + =  
 
(1) 
L,sai
V M N=  
(2) 
( )( )2 2
7 D 8 DG,sai
V k 1 π M N k π− −= −  + 
 
(3) 
Sendo: 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
63 
 
( )
( )
2
2 D
4 2
1 D 1 D 1
k 1 π
M
2 k +1 π 2k π k
−
=
 − + 
 
 
(4) 
( )  ( )
( ) ( ) ( )
( )
( )
2 4 2 2
2 1 6 1 4 D 1 6 2 D
2 8 8
2 1 6 1 3 P D 1 4 D
7 6 6 5
1 5 D 1 3 P D 1 4 D 1 5 D
4 3
1 3 P D 1 5 D
4 2
1 D 1 D 1
k 4 k +1 k k k π 2 4k k k π
k 4k k 4 k +1 k π π 4 k +1 k π
4 k +1 k π 8k k π π +8k k π 8k k π
4k k π π 4k k π
N
2 k +1 π 2k π k
− + + − +  
− − − −
+ + −
−
=
 − + 
 
 
 
 
(5) 
Depois de aplicar a equação de conservação do momento, foi isolada a reação axial do atomizador ao 
escoamento bifásico a qual foi apresentada na Eq. (6). 
( )
I
z L,Q 1L L,sai G,Q L G,sai L,Q 1L L,ent Abs,L,ent L,ent
2
o
Atm Man,L,ent P
πγd
R β m V GLRβ m V α m V P A
2
πd
 P P π
4
= + + − − +
 
+  
 
 
 
 
(6) 
2.2 CONDIÇÃO DE UNICIDADE 
Nesta seção foi introduzida uma condição analítica para a determinação das velocidades medias axiais 
L,sai
V 
e 
G,sai
V . Previamente, foi estabelecida uma função objetivo definida como a soma dos quadrados das 
velocidades medias axiais 
L,sai
V e 
G,sai
V . Aplicando-se as condições de Karush–Kuhn–Tucker, foram 
obtidas quatro restrições de complementariedade as quais são as seguintes: ( )1 Dλ π 1 0− = , 2 Dλ π 0= , 
( )3 Pλ π 1 0− = e 4 Pλ π 0= devido a que D0 π , Dπ 1 , P0 π e Pπ 1 . Das observações 
experimentais para Dπ foi descartado que Dπ 1= ou Dπ 0= , produzindo que 1 2λ λ 0= = . A condição de 
unicidade está representada pelo valor mínimo da função objetivo particularizada pela satisfação das Eq. (7) 
e (8). 
L,sai G,sai
L,sai G,sai
D D
V V
V V 0
π π
 
+ =
 
 
 
(7) 
L,sai G,sai
3 4L,sai G,sai
P P
V V
2V 2V λ λ 0
π π
 
+ + − =
 
 
 
(8) 
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
Na Tab. 1 são apresentados os resultados de 
L,sai
V , 
G,sai
V e zR utilizando-se os resultados experimentais 
da pesquisa de Jedelsky et al. (2007). Da Tab. 1 pode-se observar que o diâmetro de interface adimensional 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
64 
 
Dπ tem valores aceitáveis e coerentes com as variáveis operativas de atomização Man,L,entP e GLR. Para 
uma pressão constante de Man,L,entP 0.3MPa= , os resultados de Dπ é cada vez maior com respeito à 
variável operativa GLR, o que é relacionado com as observações em muitas pesquisas experimentais em 
relação ao diâmetro médio das gotas do spray. Em relação ao parâmetro Pπ é observado que sempre é 
obtido o mesmo valor de 1, o que origina que as velocidade de 
L,sai
V e 
G,sai
V tenham valores aceitáveis 
considerando que só existe um orifício de saída. Da Tab. 1 pode-se observar também que mediante o 
aumento da pressão Man,L,entP é obtida uma maior reação zR , mudando significante desde um valor mínimo 
de -3.449 N para um valor de 0.1 MPa até um valor máximo de -88.502 N para um valor de 0.5 MPa. As 
considerações anteriores da reação zR foram baseadas considerando o valor absoluto de seus valores 
obtidos. 
 
Tabela 1. Resultados da velocidade média axial de saída do líquido e do gás, e a reação do atomizador. 
Atomizador 
Man,L,entP GLR 
Dπ Pπ 
L,sai
V 
G,sai
V zR 
E23 0.1 0.05 0.888 1 19.251 2.013 -3.477 
E24 0.1 0.05 0.897 1 20.871 2.415 -3.449 
E25 0.3 0.02 0.639 1 18.474 0.899 -6.797 
E26 0.3 0.02 0.550 1 16.053 0.492 -17.479 
E27 0.3 0.05 0.746 1 17.493 0.619 -35.612 
E28 0.3 0.05 0.761 1 18.867 0.733 -59.189 
E29 0.3 0.10 0.957 1 66.173 10.172 -58.318 
E30 0.3 0.10 0.957 1 64.278 9.769 -58.388 
E31 0.5 0.05 0.889 1 51.988 5.542 -87.251 
E32 0.5 0.05 0.725 1 23.803 0.742 -88.502 
Fonte: Autoria própria. 
4. CONCLUSÃO 
O método desenvolvido na presente pesquisa calcula de maneira satisfatória as velocidades medias axiais 
do líquido e do gás, o diâmetro de interface adimensional, e a reação axial do atomizador. Os resultados 
calculados das variáveis de interesse nesta pesquisa são coerentes com as tendências observadas nas 
pesquisas experimentais desenvolvidas na atomização efervescente, demostrando a valides da aplicação do 
método desenvolvido para futuras estimações das variáveis 
L,sai
V , 
G,sai
V , Dπ e zR na atomização. 
5. AGRADECIMENTOS 
O presente trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível 
Superior - Brasil (CAPES) - Código de Financiamento 001. 
6. REFERÊNCIAS 
BUCKNER H; SOJKA P. Effervescent atomization of high-viscosity fluids: Part II. Non-newtonian liquids. 
Atomization and Sprays, v. 3, p. 157–170, 1993. 
JEDELSKY, J; JICHA, M; SLAMA J; OTAHAL, J. Development of an Effervescent Atomizer for Industrial 
Burners. Energy and fuels, v. 23, p. 6121–6130, 2009. 
MANDATO S; RONDET E; DELAPLACE G; BARKOUTI A; GALET L; ACCART P; RUIZ T; CUQ B. Liquids’ 
atomization with two different nozzles: Modeling of the effects of some processing and formulation conditions 
by dimensional analysis. Powder Technology, v. 224, p. 323–330, 2012. 
PANCHAGNULA M; SOJKA P; SANTANGELO P. On the three-dimensional instability of a swirling, annular, 
inviscid liquid sheet subject to unequal gas velocities. Physics of Fluids, v. 8, n. 12, p. 3300–3312, 1996. 
 
 
 
65 
 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
Unesp, Campus de Guaratinguetá, São Paulo, Brasil 
 
Data: 1 e 2/Outubro/2019 
Local: InovEE – Centro de Inovação em Eficiência Energética 
 
 
ESTUDO DO CICLO CALCIUM LOOPING PARA CAPTURA DE CO2 A PARTIR DA 
GERAÇÃO DE ENERGIA 
 
Kely Regina Maximo Vieiraa*; Gretta Larisa Aurora Arce Ferrufinoa e Ivonete Ávilaa 
 
aDepartamento de Energia (LC3), Guaratinguetá, Brasil. 
*e-mail: kely_eng@hotmail.com 
 
Resumo. Processos de mitigação das emissões de gases de efeito estufa são fundamentais para atenuar as 
mudanças climáticas. A tecnologia Calcium Looping (CaL) ocorre a partir de processos de calcinação e 
carbonatação de materiais sorventes de CO2. Um calcário brasileiro é investigado em ciclos de CaL a partir 
de técnicas de difração de raios-x, microscopia eletrônica de varredura e porosimetria de nitrogênio. Os 
resultados apresentados dispõem das comparações das estruturas dos materiais conforme etapa dos ciclos 
avaliada. 
 
Palavras-chave: Calcium Looping; Carbonatação; Calcário. 
 
1. INTRODUÇÃO 
É reconhecido que o aumento da concentração de CO2 na atmosfera é um dos principais impulsionadores do 
efeito estufa e das mudanças climáticas (RIDHA et al., 2015). Intensivas pesquisas já estudadas enfrentam 
desafios tecnológicos e econômicos para captura de CO2 a partir da produção elétrica baseada em 
combustíveis fósseis (STRÖHLE et al., 2014). 
A tecnologia Calcium Looping (CaL) é uma das tecnologias mais interessantes para captura de CO2 pós-
combustão por combustíveis fósseis em usinas de energia (COPPOLA et al., 2019), é uma técnica promissora 
com perspectiva relativamente pequena na eficiência energética total do processo (ATSONIOS et al., 2015). 
A captura de CO2 pós-combustão é uma solução potencial aplicável em usinas novas e já existentes (DIETER 
et al., 2014). 
Na etapa de carbonatação o gás de combustão proveniente de uma usina de energia ocorre pela reação de 
CaO com o CO2 para produzir CaCO3, na etapa de calcinação o CaCO3 em altastemperaturas produz CaO 
e um fluxo puro de CO2 para transporte, armazenamento ou utilização (COPPOLA et al., 2019). Essa 
tecnologia utiliza materiais calcários que são abundantes e baratos (CHACARTEGUI et al., 2016). 
Nesse trabalho é avaliado o material calcário brasileiro nas etapas dos ciclos de Calcium Looping a partir de 
técnicas de caracterização dos materiais. 
2. MATERIAIS E MÉTODOS 
Foi avaliada a aplicabilidade de um calcário brasileiro como sorventes de CO2. O calcário calcítico (CMG) foi 
disponibilizado pela empresa Calcário Vitória de São João del Rei (MG). 
Para a caracterização da estrutura cristalina dos sorventes, utilizou-se um difratômetro de raios-X (DRX) D8 
ADVANCE ECODA da marca Bruker do Departamento de Materiais da FEG/UNESP. As condições de 
operação foram: extensão (θ-2θ): 5º a 90º, 0,01º e 0,015 s, anodo de cobre, comprimento de onda de 1,5 Å. 
A potência aplicada foi 40 kV e corrente de 25 mÅ. As amostras em forma de pós foram analisadas em um 
sistema rotacional de 15 rpm. 
As imagens morfológicas foram obtidas utilizando o MEV-EDS/EBDS da Zeiss EVO LS 15 equipado com 
sistema EDS/EBDS Oxford INCA Energy 250 (Oxford Instruments, Abingdon, Oxfordshire, Reino Unido), para 
microanálise de energia dispersiva, operando entre os valores de 0,2 e 30 kV de aceleração e utilizando 
detector de elétrons secundários Everhart - Thornley em 8,5 mm de distância de trabalho. 
Utilizou-se um Porosímetro por Adsorção de N2 da Micromeritics Corporation (ASAP 2020 - Area Surface and 
Analysis Porosity). O analisador ASAP 2020 é equipado com dois sistemas de vácuo independentes: duas 
unidades para a preparação (DEGAS) e uma unidade para análise de amostras. As condições de DEGAS 
foram: faz-se o aquecimento da amostra a uma taxa de 10 oC/min até 150 oC; inicia-se a evacuação (vácuo 
restrito) a uma taxa de 10 mmHg/s até 1 mmHg; muda-se para vácuo não restrito na mesma taxa até 10 
µmHg, ficando nestas condições por 30 min; inicia-se um aquecimento na taxa de 10 oC/min até 250 oC (para 
in natura e carbonatado) e 350 oC (para calcinado), permanecendo nesta condição por 4 h. Foi observado 
uma coloração amarelada nas paredes do tubo quando a preparação da amostra in natura ocorreu em 350 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
66 
 
oC, evidenciando a decomposição da amostra. Devido a isto, a temperatura aplicada para a amostra in natura 
foi mais baixa, sendo adotado esta mesma condição para o carbonatado, de forma que a programação fosse 
a mesma do in natura. As condições de análise foram: inicia-se a evacuação da amostra (vácuo restrito) a 
uma taxa de 5 mmHg/s até 5 mmHg; muda-se para vácuo não restrito na mesma taxa até 10 µmHg, ficando 
nestas condições por 2 min. Aplica-se então uma programação para 37 pontos de P/Po - razão entre pressão 
aplicada (P) e pressão de vapor de saturação do adsorvido (Po), neste caso o N2 - sendo 26 pontos na 
adsorção e 11 pontos na dessorção. 
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
Para avaliação das amostras calcinadas e carbonatadas foram realizados testes anteriores de 
termogravimetria (TA Instruments - SCT TGA-DSC Q600) e no Reator Tubular Vertical (RTV- marca 
FORTLAB (T – 1200/ V-1Z). Para a realização dos ciclos de Calcium Looping, os sorventes foram submetidos 
em ciclos de calcinação (aquecimento em 10°C/min até 800 oC, isoterma de 5 min, resfriamento em 20 °C/min, 
fluxo de 100 % de ar sintético em 100 mL/min), e carbonatação (isoterma de 20 min em 650 °C, fluxo de 20 
% de CO2 e 80 % de ar sintético em 100 mL/min), em amostras de 5-10 ± 0,5 mg em um cadinho de alumina. 
O Reator Tubular Vertical foi utilizado a fim de se obter quantidade suficiente de amostra para os testes de 
porosimetria e difração de raios-x (± 500 mg), em condições similares aquelas estudadas em 
termogravimetria. 
Na Figura são apresentados os espectros de DRX do sorvente DSP. Observa-se que nas amostras in natura 
apresenta-se picos bastante evidenciados de material calcítico. Após a calcinação os picos dos calcários são 
diminuídos e na primeira carbonatação eles se mantêm evidenciados. 
 
Figura 1. Espectros de Difração de raios-X do calcário DSP in natura, calcinado em atmosfera de N2, calcinado 
em atmosfera de ar e após o 1o ciclo de carbonatação. 
 
Fonte: Autoria Própria *CaCO3 - ΔMgCO3 
 
Foram realizadas análises de MEV-EDS de amostras in natura do calcário DSP. A etapa da calcinação 
também foi avaliada para os dois sorventes, considerando a temperatura de calcinação do DSP. 
As partículas do calcário DSP apresentaram compactação e rugosidade. A rugosidade dos cristais, 
distribuição dos tipos de poros e compactação da estrutura deve se à parâmetros da formação dos calcários. 
Durante a calcinação, ocorre o processo de clivagem, devido ao acréscimo de pressão interna causado pela 
dissociação de CO2 (Figura 2). 
Foram aplicadas técnicas de porosimetria: por adsorção de N2 em amostras in natura (82,5 µm, 327,5 µm e 
550 µm) e calcinadas (327,5 µm). As amostras carbonatadas (327,5 µm) no reator tubular verticais (RTV) 
foram avaliadas. Nesse ensaio é possível obter dados de: área superficial específica BET (SBET), materiais 
com maior área superficial específica normalmente possuem maior superfície de contato. 
Avaliando o sorvente DSP calcinado e carbonatado, obteve-se que a amostra após o processo calcinado 
possui uma área BET disponível igual a 20,131 (m2/g). Depois da realização dos ciclos de carbonatação, 
ocorreu a diminuição da área BET que ficou por volta de 8 (m2/g), ou seja, confirma-se a reação de CO2 com 
o CaO para a formação de CaCO3, pois no calcário in natura a área BET tem um valor menor que após a 
calcinação. Apresentam-se as isotermas de adsorção/dessorção para o sorvente DSP in natura e calcinados, 
e carbonatado (Figura 3). 
0
100
200
300
400
0
100
200
300
0
100
200
300
10 20 30 40 50 60 70 80 90
0
100
200
300


 DSP in natura
 
 
Δ
 DSP Calcinado (N2)
In
te
ns
id
ad
e
 DSP Calcinado (ar)
2 Theta (°)
 DSP Carbonatado 1 ciclo
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
67 
 
Figura 2. Imagens obtidas no MEV de partículas do DSP com granulometria de 327,5 µm in natura: (a) 
500x; (b) 3000x. 
 
Fonte: Autoria própria 
 
Figura 3. Imagens obtidas no MEV de partículas do DSP com granulometria de 327,5 µm calcinado em 800 
oC e isoterma de 5 min em atmosfera de ar sintético: (a) 100x; (b) 500x. 
 
Fonte: Autoria própria 
 
Observa-se que todas as amostras possuem isotermas com comportamentos semelhantes. O formato da 
isoterma de adsorção é classificado como tipo V, que podem aparecer com certos adsorventes porosos, com 
formação de histerese2 do tipo H13 que é geralmente associada a materiais porosos, aglomerados rígidos de 
partículas esféricas de tamanho uniforme (ROUQUEROL; ROUQUEROL; SING, 1999). Observa-se que o 
valor máximo na calcinação é maior comparado com as isotermas dos sorvetes após os ciclos de 
carbonatação ( 
Figura ), ou seja, na calcinação o material adsorveu maior quantidade de N2, tendo maior concentração de 
poros disponíveis. 
 
Figura 4. Isotermas de adsorção/dessorção: DSP in natura 82,5 µm; DSP in natura 327,5 µm; DSP in natura 
550 µm; DSP 327,5 µm Calcinado 800oC. 
 
Fonte: Autoria própria 
 
2 Quando a curva de adsorção não coincide com a de dessorção. 
3 Denominação IUPAC. 
 
(a) (b) 
 
(a) (b) 
0
20
40
60
80
100
0
20
40
60
80
100
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,20,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2
DSP 82,5 µm in natura Ads
 Des
 Ads
 Des
DSP 327,5 µm CalcinadoDSP 550µm in natura
DSP 327,5 µm in natura
 Ads
 Des
Pressao relativa (P/Po)
 Ads
 Des
Q
ua
nt
id
ad
e 
A
ds
or
vi
da
 (
cm
³/
g 
S
T
P
)
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
68 
 
 
Figura 5. Isotermas de adsorção/dessorção: DSP 327,5 µm calcinado; DSP após o 1º ciclo de carbonatação; 
DSP após o 2º ciclo de carbonatação; DSP após o 3º ciclo de carbonatação; DSP após o 4ºciclo de 
carbonatação; DSP após o 5º ciclo de carbonatação. 
 
Fonte: Autoria própria 
4. CONCLUSÕES 
Os ciclos de Ca-L de um calcário brasileiro foram avaliados através de difração de raios-x, microscopia 
electronica de varredura e porosimetria. A comparação da estrutura do calcário conforme cada etapa avaliada 
do ciclo demonstra que sua individualidade em cada etapa de estudo do processo. 
5. AGRADECIMENTOS 
Os autores agradecem a FAPESP (Proc. 2016/15749-5), à CAPES pela bolsa de doutorado. 
6. REFERÊNCIAS 
ATSONIOS, K. et al. Integration of calcium looping technology in existing cement plant for CO2 capture: 
Process modeling and technical considerations. Fuel, v. 153, p. 210–223, 2015. 
CHACARTEGUI, R. et al. Thermochemical energy storage of concentrated solar power by integration of the 
calcium looping process and a CO2 power cycle. Applied Energy, v. 173, p. 589–605, 2016. 
COPPOLA, A. et al. The combined effect of H2O and SO2 on CO2 uptake and sorbent attrition during fluidised 
bed calcium looping. Proceedings of the Combustion Institute, v. 37, n. 4, p. 4379–4387, 2019. 
DIETER, H. et al. Development of the calcium looping CO2 capture technology from lab to pilot scale at IFK, 
University of Stuttgart. Fuel, v. 127, p. 23–37, 2014. 
RIDHA, F. N. et al. Enhanced CO2 capture by biomass-templated Ca(OH)2-based pellets. Chemical 
Engineering Journal, v. 274, p. 69–75, 2015. 
ROUQUEROL, F.; ROUQUEROL, J.; SING, K. Adsorption by powders and porous solids. London: 
Academic Press: London, 1999. 
STRÖHLE, J. et al. Carbonate looping experiments in a 1MWth pilot plant and model validation. Fuel, v. 127, 
p. 13–22, 2014. 
0
20
40
60
80
100
0
20
40
60
80
100
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2
0
20
40
60
80
100
 Ads
 Des
DSP Carbonatado 1 Ciclo Ads
 Des
DSP Carbonatado 2 Ciclo
 Ads
 Des
DSP Carbonatado 3 Ciclo
Pressao relativa (P/Po)
 Ads
 Des
DSP Carbonatado 4 Ciclo
Q
ua
nt
id
ad
e 
A
ds
or
vi
da
 (
cm
³/
g 
S
T
P
)
Pressao relativa (P/Po)
 Ads
 Des
DSP Carbonatado 5 Ciclo
 
 
 
69 
 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
Unesp, Campus de Guaratinguetá, São Paulo, Brasil 
 
Data: 1 e 2/Outubro/2019 
Local: InovEE – Centro de Inovação em Eficiência Energética 
 
 
EXTRAÇÃO DOS COMPONENTES LIGNOCELULÓSICOS DO BAGAÇO DE CANA-
DE-AÇÚCAR 
 
Miriam Ricciulli de Oliveiraa*, Gretta Larisa Arce Ferufinoa, Eliana Vieira Canettieria e Ivonete 
Ávilaa 
 
1Departamento de Energia, Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá, Brasil. 
*e-mail: miriamrdo@yahoo.com.br 
 
Resumo. A biomassa se apresenta como uma importante fonte de energia, sendo constituída 
principalmente por celulose, hemicelulose e liginina, que interferem na eficiência dos processos de 
conversão termoquímica, sendo importante estuda-los separadamente. Para tanto, foi feito a 
extração dos componentes do bagaço de cana-de-açúcar por meio de diferentes tratamentos 
químicos, avaliando o rendimento das extrações e a pureza dos produtos obtidos. Verificou-se que 
os métodos utilizados para a obtenção de celulose e lignina foram satisfatórios obtendo-se produtos 
com alta pureza, porém, o rendimento da extração de hemicelulose foi baixo quando comparado 
com a quantidade de hemicelulose presente na biomassa in natura. 
Palavras-chave: Bagaço de cana-de-açúcar; Extração; Celulose; Hemicelulose; Lignina 
 
1. INTRODUÇÃO 
Atualmente, a biomassa representa uma promissora fonte de matéria prima para a geração de energia, 
apresentando vantagens como baixa emissão de gases poluentes, ser barato e de fácil obtenção, podendo 
ser adquirida de cultivos energéticos e de resíduos agrícolas, florestais e domésticos, além de ser possível 
armazena-la, estando disponível para o uso o ano todo (GARCIA et al., 2013; OZTURK et al., 2017). A 
produção anual deste material é de cerca de 181,5 bilhões de toneladas, apresentando-se como um recurso 
amplamente disponível (PAUL; DUTTA, 2018). 
Favorecido pelas condições geográficas e naturais, o Brasil possui uma grande de variedade de energia 
renovável, sendo capaz de produzir a biomassa sem competir com a agricultura local (BORGES et al., 2016). 
O bagaço de cana de açúcar é obtido como resíduo lignocelulósico após o processo de moagem em usinas 
sucroalcooleiras (CHAMMES et al, 2013). De acordo com os dados mais recentes publicados pela FAO 
(Organização das Nações Unidas para a Agricultura e Alimentação), em 2016 o Brasil foi o maior produtor de 
cana de açúcar, com uma produção em torno de 768 milhões de toneladas (FAO, 2018). 
A biomassa lignocelulósica é composta por celulose (35 -55 %), hemicelulose (20-40%) e lignina (10-25%) e 
a quantidade de cada um destes componentes varia conforme o tipo e a parte da biomassa, localidade, 
condições do clima e cultivo (JÖNSSON; MARTÍN, 2016). Como cada biomassa possui propriedades 
específicas diferentes, é importante realizar uma caracterização precisa do material a fim de avaliar os 
rendimentos da conversão e a economia no processo (CAI et al., 2018). 
A celulose é o principal componente da biomassa, constituído por unidades de anidro-celulose ligados entre 
si por ligações β-(1,4)-glicosídicas, formando microfibrilas estabilizadas por ligações de hidrogênio gerando 
macromoléculas com alta cristalinidade e difíceis de hidrolisar (JÖNSSON; MARTÍN, 2016). 
A hemicelulose é um polímero amorfo heterogêneo composto por monômeros de açúcares, como D-xilose, 
D-manose, D-galactose, D-glucose e L-arabinoses, que são ligadas à celulose por ligações de hidrogênio e à 
lignina por ligações covalentes (RAVINDRAN; JAISWAL, 2016; HO et al, 2019). 
Lignina é uma molécula complexa formada por diferentes grupos funcionais como carbonila, metoxila e 
hidroxila, ligadas fortemente a hemicelulose e celulose, formando uma matriz polimérica e dando sustentação 
a parede celular, sendo difícil de remover e degrada-la (NIJU; SWATHIKA, 2019; HO et al., 2019). 
Diferentes tratamentos químicos são utilizados para deslignificar a biomassa, promovendo a quebra da matriz 
polimérica, possibilitando o isolamento de seus componentes como o processo de branqueamento com 
peróxido de hidrogênio em meio alcalino e o processo de polpação organosolv (HO et al., 2019). 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
70 
 
Este estudo teve como objetivo extrair os componentes lignocelulósicos do bagaço de cana-de-açúcar, 
avaliando o rendimento dos métodos utilizados e realizando a caracterização química, visando a otimização 
energética de processos de conversão de biomassa. 
2. MATERIAIS E MÉTODOS 
Este estudo foi feito no Laboratório de Combustão e Captura de Carbono e no Laboratório de Caracterização 
de Biomassa do Departamento de Energia, da Unesp de Guaratinguetá. 
2.1 MATÉRIA-PRIMA 
O bagaço de cana-de-açúcar, fornecido pela empresa Raízen, foi lavado com água corrente, e deixado imerso 
em água a 50°C por uma hora, de forma a remover impurezas como resíduos de solo, defensivos agrícolas e 
açúcares não estruturais aderidos a biomassa, sendo em seguida seca em estufa a 100°C por 48 horas e 
então moídas e peneiradas a 18 mesh, utilizando o moinho de facas tipo Willye, para a obtenção da biomassa 
in natura (BCAL). 
2.2 EXTRAÇÃO DA LIGNINA 
Para a obtenção da lignina foi utilizado o processo de polpação acetosolv, onde a biomassa foi tratada com 
ácido acético 93% (m/m) na proporção biomassa/solvente 1:10 (m/v), utilizando ácido clorídrico 0,3% (m/m) 
como catalisador (BENNAR,1992). 
O material e os reagentes foram adicionados em um balão de fundo redondo e mantidos em banho de glicerol, 
a uma temperatura constante de 110°C. O balão foi conectado em um condensador de refluxo com água à 
temperatura ambiente, com o sistema mantido por 2 h sob agitação constante. Após este tempo, a mistura foi 
filtrada e a fração sólida, constituída principalmente por celulose, foi lavada com excesso de ácido acético, 
removendo a lignina residualda superfície da fibra, que foi lavada com água deionizada, a fim de neutraliza-
la e então foi levada a estufa onde foi seca a 60°C por 24 horas, obtendo uma biomassa deslignificada 
(BCAD). 
O filtrado, rico em lignina, foi concentrado em um rotaevaporador a 80°C. Ao licor concentrado foi adicionado 
água deionizada a 80°C na razão de 1:10 (v/v), precipitando a lignina. A mistura foi deixada em repouso por 
24 horas, sendo então filtrada e lavada exaustivamente com água deionizada, e a lignina obtida (LIG) foi seca 
em estufa a 60°C por 24 horas e então pesada para avaliar o rendimento da extração (Y) através da Eq. (1), 
onde m1 é a massa da biomassa antes do tratamento, m2 é a massa do componente obtido e Z é fração do 
componente na biomassa BCAL. 
%Rendimento = 
m2m1𝑥 𝑍 x100 (1) 
2.3 EXTRAÇÃO DA CELULOSE 
A biomassa deslignificada BCAD, obtida no item 2.2, foi submetida a um processo de branqueamento com 
peróxido de hidrogênio em meio alcalino, com o intuito de remover hemicelulose e lignina ainda presentes na 
biomassa (OLIVEIRA et al., 2016). O tratamento foi feito a 80°C com agitação constante por uma hora, na 
proporção de 5 g de biomassa a cada 100 mL de H2O2 24% (v/v) e 100 mL NaOH 4% (m/v). Posteriormente, 
a mistura foi filtrada e a fração sólida foi lavada com água destilada até pH neutro. A biomassa obtida é 
constituída principalmente por celulose e foi denominada (CEL). Ela foi seca em estufa à 60°C por 24 horas 
e então foi calculado o rendimento deste tratamento de acordo com a Eq. (1). 
2.4 EXTRAÇÃO DA HEMICELULOSE 
Para obter a hemicelulose seguiu-se o procedimento experimental descrito por Brienzo et al. (2009). 
Inicialmente foi feita a remoção de extrativos da biomassa BCAL em um extrator Soxhlet por 16 horas, 
utilizando uma solução de etanol 95% (v/v). Após a extração, o material foi seco em estufa a 60°C durante 24 
h e tratado com solução de EDTA 0,2% (m/v) na proporção de 1:10 (m/v), a fim de remover íons metálicos 
que diminuem a eficiência do peróxido de hidrogênio durante o processo de deslignificação. O material foi 
então filtrado e lavado com água deionizada e seco e em estufa a 60°C por 24 horas. Na etapa seguinte, 10 
g da biomassa foi tratada com 200 mL solução de peróxido de hidrogênio 6% (m/v) em temperatura ambiente, 
sendo o pH da solução ajustado para 11,6 com uma solução de NaOH 4 M. Ao filtrado coletado, foi adicionado 
solução de HCl 6 M, ajustando seu pH para 6, e então a solução foi concentrada em 1/3 de seu volume em 
banho maria a 45 °C e precipitada utilizando 3 volumes de etanol 95%. O precipitado foi então lavado com 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
71 
 
solução de etanol 70% até obter um sobrenadante límpido. A hemicelulose (HEM) foi então seca em estufa a 
45 °C e pesada para avaliar o rendimento da extração conforme a Eq. (1). 
2.5 CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA 
A biomassa in natura BCAL, as obtidas após o tratamento (BCAD e BCAH), assim como os componentes 
obtidos, foram caracterizadas quimicamente para a determinação de suas composições, seguindo o 
procedimento descrito pelo NREL (National Renewable Energy Laboratory) (SLUITER et al., 2012), realizando 
as análises em duplicata. 
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
A Tab. 1 apresenta os rendimentos dos componentes obtidos em relação a biomassa in natura assim como 
os resultados obtidos na caracterização química. 
 
Tabela 1. Resultados obtidos no estudo 
AMOSTRA Y (%) Celulose ( %) Hemicelulose (%) Lignina (%) 
BCAL - 46,17 27,02 23,69 
LIG 39,73 0,76 8,13 90,11 
CEL 77,93 80,1 7,19 12,6 
HEM 18,76 - - - 
Fonte: Autoria própria 
 
Conforme mostra os resultados, o processo de extração de celulose obteve o melhor rendimento, recuperando 
aproximadamente 80 % da celulose contida na biomassa in natura. Isso se deve a sequência de tratamentos 
químicos em alta temperatura ao qual a biomassa foi submetida. No tratamento polpação acetosolv ocorre a 
quebra da parede celular da biomassa pela ação do catalisador a alta temperatura, acelerando a 
despolimerização, ocorrendo então solubilização da lignina e hemicelulose (BEHERA et al., 2014). No 
processo de branqueamento da biomassa com peróxido de hidrogênio em meio alcalino, íons hidróxido (OH-), 
radicais como HO• e HOO•, e oxigênio molecular são formados como resultado da decomposição do H2O2 
levando a degradação da lignina e solubilização da hemicelulose. Porém pequenas quantidades destes 
componentes permanecem aderidos a celulose, devido a forte ligação da lignina com os carboidratos (Oliveira 
et al., 2016; Ho et al 2019). 
O processo de extração de hemicelulose apresentou baixo rendimento (18,76 %), devendo-se principalmente 
a sua forte ligação éster com a lignina (when et al 2011). A lignina foi o componente obtido com maior pureza 
(90%), apresentando um baixo teor de carbodratos associados. 
A Fig. 1 apresenta a biomassa in natura e os componentes obtidos pelos processos de extração. Verifica-se 
a nível macroscópico que apresentam diferentes cores e texturas. 
 
Figura 1. Biomassa in natura e os componentes obtidos pelos processos de extração 
 
Fonte: Autoria própria 
4. CONCLUSÕES 
Os métodos de extração utilizados para obter a celulose e lignina mostraram-se satisfatórios por 
apresentarem alta pureza e rendimentos aceitavéis, de acordo com o tempo dos tratamentos. Porém, o 
rendimento da extração de hemicelulose foi baixo comparado a quantidade de hemicelulose presente na 
biomassa in natura, sendo necessário um aperfeiçoamento do método de extração. 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
72 
 
5. AGRADECIMENTOS 
Os autores agradecem a CAPES e a e a FASPESP pelo processo número 2016/15749-5 pelo apoio a 
realização deste projeto. 
6. REFERÊNCIAS 
BEHERA, S.; ARORA, R.; NANDHAGOPAL, N; KUMAR, S. Importance of chemical pretreatment for 
bioconversion of lignocellulosic biomass. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 36, p. 91–106, 
2014. 
BORGES, A. C. P.; SILVA, M. S.; ALVES, C. T.; TORRES, E. A. Energias renováveis: uma contextualização 
da biomassa como fonte de energia. Revista Eletrônica do PRODEMA, Fortaleza, Brasil, v. 10, n. 2, p. 23-
36, jul./dez. 2016. 
BENNAR, P. Polpação Acetosolv de Bagaço de Cana e madeira de Eucapipto. 1992. 71 p. Dissertação 
de mestrado em Química, Universidade Estatual de Campinas, Campinas, SP. 
BRIENZO, M.; SIQUEIRA, A. F.; MILAGRES, A. M. F. Search for optimum conditions of sugarcane bagasse 
hemicellulose extraction. Biochemical Engineering Journal, v. 46, p. 199–204, 2019. 
CAI, J.; XU, D.; DONG, Z.; YU, Xi; YANG, Y.; BANKS, S. W.; BRIDGWATER, A. V. Processing 
thermogravimetric analysis data fo.r isoconversional kinetic analysis of lignocellulosic biomass pyrolysis: Case 
study of corn stalk. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 82, p. 2705–2715, 2018. 
CHEMMÉS, C. S.; SILVA, F. C.; SOUZA, L. S.; AZEVEDO; R. A.; CAMPOS, L. M. A. Estudo de métodos físico-
químicos no pré-tratamento de resíduos lignocelulósicos para produção de etanol segunda geração. XII SEPA 
- Seminário Estudantil de Produção Acadêmica, UNIFACS, 2013. 
FAO. Food and Agriculture Organization of the United Nations. 2014. Disponível em 
<http://www.fao.org/faostat/en/#data/QC >. Acessado em: 10 de dezembro de 2018. 
GARCIA, R.; PIZARRO, C.;LAVIN, A. G.; BUENO, J. L. Biomass proximate analysis using thermogravimetry. 
Bioresource Technology, v. 139, p. 1-4, 2013. 
HO, M. C.; ONG, V. Z.; WU, T. Y. Potential use of alkaline hydrogen peroxide in lignocellulosic biomass 
pretreatment and valorization – A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 112, p. 75-86, 
2019. 
JÖNSSON, L. J.; MARTÍN, C. Pretreatment of lignocellulose: Formation of inhibitory by-products and 
strategies for minimizing their effects. Bioresource Technology, v. 199, p. 103–112, 2016. 
NIJU, S.;SWATHIKA, M.; Delignification of sugarcane bagasse using pretreatment strategies for bioethanol 
production. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology, v. 20, 2019. 
OLIVEIRA, F. B.; BRAS, J.; PIMENTA, M. T. B.; CURVELO, A. A. S.; BELGACEM, M. N. Production of cellulose 
nanocrystals from sugarcane bagasse fibersand pith. Industrial Crops and Products, v. 93, p. 48–57, 2016. 
OZTURKA, M.; SABAB, N.; ALTAYC, N.; IQBALD, R.; HAKEEMF, K. R. JAWAIDB, M., IBRAHIMG, F. H. and 
bioenergy: An overview of the development potential in Turkey and Malaysia. Renewable and Sustainable 
Energy Reviews, v 79, p. 1285–1302, 2017. 
PAUL, S.; DUTTA, A. Challenges and opportunities of lignocellulosic biomass for anaerobic digestion. 
Bioresource Technology, v.267, p. 584–590, 2018. 
RAVINDRAN, R.; JAISWAL, A. K. A comprehensive review on pre-treatment strategy for lignocellulosic food 
industry waste: Challenges and opportunities. Bioresource Technology, v. 199, p. 92–102, 2016. 
 
 
 
73 
 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
Unesp, Campus de Guaratinguetá, São Paulo, Brasil 
 
Data: 1 e 2/Outubro/2019 
Local: InovEE – Centro de Inovação em Eficiência Energética 
 
 
ANÁLISE DA INFLUÊNCIA DO TEMPO DE REAÇÃO NO PROCESSO DE 
DISSOLUÇÃO ÁCIDA DE UM SILICATO BRASILEIRO 
 
Natalia Ribeiro Galina¹*; Gretta L. A. F. Arce¹ e Ivonete Ávila¹ 
 
¹Departamento de Energia, Guaratinguetá, Brasil 
*e-mail: nsribeiro2@gmail.com 
 
Resumo. Para que o processo de carbonatação possa ser implantado em escala industrial é necessário 
otimizar o processo visando a redução dos custos totais. O processo de carbonatação mineral ex-situ ocorre 
em três etapas principais: 1) Dissolução/extração; 2) purificação e 3) captura do CO2 por carbonatação. A 
etapa de dissolução do serpentinito é a etapa limitante do processo de carbonatação, representando 70% dos 
custos totais do processo. Para a etapa de dissolução ácida, um planejamento experimental (DOE) foi 
utilizado para determinar a condição de operação que maximiza a extração de Mg, com objetivo de reduzir o 
custo total do processo. 
 
Palavras-chave: Otimização; Dissolução ácida; Serpentinito; Captura de CO2. 
 
1. INTRODUÇÃO 
Dentre os elementos que podem reagir com o CO2 para formar carbonatos os metais alcalinos e alcalinos 
terrosos como o Mg, Ca e Na são os mais utilizados, pois formam carbonatos utilizados em muitos processos 
industriais (JO et al., 2014; SIPILÄ et al., 2008). Uma das principais vantagens da carbonatação mineral sobre 
outras técnicas de CCS é a abundância de fontes de matéria-prima adequada para a carbonatação. Além de 
estar presente em abundância na natureza, o cálcio e magnésio, também estão presentes em muitos resíduos 
industriais que podem ser utilizados com matéria-prima para carbonatação (AZDARPOUR et al., 2015a). 
No Brasil os metais alcalinos destinados ao processo de carbonatação mineral podem ser encontrados em 
rochas de silicato e resíduos industriais. As reservas brasileiras de rochas de silicato são encontradas em 
maior abundancia nos estados de Goiás, onde predomina o tipo crisotila e nos estados Minas Gerais e Paraná, 
onde as rochas são do tipo Lizardita (ARCE et al., 2017a, 2017b). A tecnologia de carbonatação mineral 
mostra-se como um processo promissor para reduzir as emissões de CO2 na atmosfera, além de gerar 
produtos rentáveis para a indústria. Entretanto, muitas lacunas no processo precisam ser resolvidas para que 
os processos de carbonatação sejam implantados em escalas industriais (AZDARPOUR et al., 2015b; 
HEMMATI et al., 2014). O processo de carbonatação mineral apresenta um alto custo de operação devido ao 
consumo de grades quantidades de energia e produtos químicos no processo (SANNA; GAUBERT; 
MAROTO-VALER, 2016). De acordo com Sanna et al. (2013) a etapa de dissolução do serpentinito é a etapa 
limitante do processo de carbonatação, representando 70% dos custos totais do processo. Para os autores a 
redução do tempo de reação de dissolução reduz os custos do processo, possibilitando a implantação da 
tecnologia de carbonatação mineral em larga escala. 
Está pesquisa contribui para preencher uma lacuna na literatura ao estudar a influência dos fatores 
temperatura e concentração de HCl sobre a resposta de extração de Mg no processo de dissolução acida de 
um serpentinito brasileiro. Além de propor a redução do tempo da reação de dissolução ácida de 2h para 30 
min, reduzindo assim os custos e o consumo de energia do processo. 
2. MATERIAIS E MÉTODOS 
A matéria-prima utilizada nesta pesquisa foi uma amostra de rocha do tipo serpentinito. O material foi retirado 
do processo de beneficiamento de minério sendo considerado como um rejeito de mineração. A amostra foi 
recebida triturada em uma faixa granulométrica aberta. Para este estudo, a matéria prima in natura foi 
denominada por SERP, sendo previamente selecionada por meio de duas peneiras consecutivas padrão 
ASTM 60 e 70 (250-212 µm), obtendo-se uma granulometria média de 231 µm (passagem na peneira de 250 
µm e retinas na peneira de 212 µm). 
Os experimentos de dissolução ácida foram realizados em condições estequiométricas. Após a montagem do 
sistema reacional, o volume de 100 ml de ácido clorídrico (HCl) foram introduzidos no reator de vidro e 
aquecido sob agitação. A temperatura de aquecimento e a concentração do HCl em cada experimento 
realizado foram determinados de acordo com o planejamento experimental (Tabela 1). As concentrações de 
Mg presente nas soluções obtidas no processo de dissolução foram determinadas através de ensaios de 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
74 
 
Espectroscopia de absorção atômica (AA). 
 
Tabela 1. Matriz experimental com 5 repetições no ponto central. 
experimento 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 
T(˚C) 40 90 40 90 65 65 65 30 65 100 65 65 65 
CHCl 1,4 1,4 3,5 3,5 2,5 2,5 2,5 2,5 4 2,5 1 2,5 2,5 
Fonte: Autoria própria 
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
A melhor condição experimental do processo de dissolução foi obtida no experimento 10, que apresentou 96 
% de extração de Mg em 2 h de reação. Teir et al. (2007a) obteve uma extração máxima de Mg de 93 % no 
processo de dissolução acida de um serpentinito do tipo lizardita utilizando HCl 2M em 2 h de reação. A 
superfície de resposta de extração de Mg foi obtida a partir das equações de regressão do modelo. A Figuras 
1 mostra a superfície de resposta e o gráfico de contorno da superfície para a extração de Mg. 
 
Figura 1. (a) Superfície de resposta e (b) gráfico de contorno da extração de Mg. 
 
(a) (b) 
Fonte: Autoria própria 
 
Os efeitos das variáveis de entrada sobre a resposta foram analisados estatisticamente com um nível de 
significância de 95% A análise da variância (ANOVA). Na Tabela 2 apresentam-se os resultados do modelo 
de regressão e da ANOVA da extração de Mg. 
 
Tabela 2. Resultado da ANOVA 
Elemento Fonte SQ GL SMQ F Valor - P R2 
Mg 
x1 3549,94 1 3549,94 135,85 0,000 - 
x2 22,00 1 22,00 0,84 0,389 - 
x12 1118,2 1 1118,2 42,79 0,000 - 
x22 44,65 1 44,65 1,71 0,232 - 
x1x2 386,32 1 386,32 14,78 0,006 - 
Total 5264,86 12 438,73 - - 
Fonte: Autoria própria 
 
Considerando um nível de significância de 95% o F critico tabelado foi determinado pela tabela de distribuição 
F de Fisher-Snedecor 5%. Para as condições descritas o F tabelado do modelo é igual a 6,25. A ANOVA 
indica que o modelo é significativo, sendo o valor de F (38,89) superior ao tabelado e o Valor-P inferior a 5%. 
Para as variáveis de entrada temperatura (x1) e Concentração de HCl (x2) os resultados indicam que a 
temperatura exerce influência significativa sobre a resposta, ou seja, a extração de Mg no processo de 
dissolução ácida do serpentinito está em função da temperatura do processo. 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
75 
 
3.1 EFEITO DA VARIAÇÃO DO TEMPO NO PROCESSO DISSOLUÇÃO ÁCIDAA eficiência do processo de dissolução ácida foi avaliada em função do tempo. Os experimentos foram 
realizados na condição de processo onde se obteve a maior extração de Mg, isto é, 100°C de temperatura e 
concentração de HCl de 2,5 M. Os tempos de reação de dissolução avaliados foram: 5 min, 15 min, 30 min, 
60 min, 90 min, 120 min e 180 min. As concentrações de Mg, Fe e Ca das soluções nos diferentes tempos de 
reação foram determinadas em ensaios de absorção atômica. A curva de extração do Mg em função do tempo 
é apresentada na Figura 2. 
 
Figura 2. Curva de extração de Mg em função do tempo de reação. 
 
Fonte: Autoria própria 
 
Os resultados da eficiência do processo de dissolução na temperatura de 100°C concentração de HCl de 2,5 
M em função do tempo mostram que com 5 min de reação em torno de 82% de Mg foi extraído do serpentinito. 
Entre 30 min e 90 min de reação a extração de Mg permanece em torno de 91%. A eficiência da extração de 
Mg nos ensaios de 120 min e 180 min permaneceu em torno de 96%, não sendo observado um aumento na 
extração de Mg com o aumento de 60 min no tempo de reação. 
4. CONCLUSÕES 
Os resultados da avaliação da eficiência do processo de dissolução em função do tempo mostraram que na 
condição de processo avaliada é possível reduzir o tempo da reação de dissolução do serpentinito brasileiro 
e manter níveis altos de extração. a etapa de dissolução do serpentinito é a etapa limitante do processo de 
carbonatação, representando 70% dos custos totais do processo. Desta forma, a redução do tempo de reação 
de dissolução reduz os custos do processo, possibilitando a implantação da tecnologia de carbonatação 
mineral em larga escala. Assim, considera-se que a redução do tempo de reação de dissolução de 120 min 
para 30 min, pode reduzir o custo médio do processo de carbonatação mineral, mantendo-se níveis de 
extração de Mg acima dos 90%. 
5. REFERÊNCIAS 
ARCE, G. L. A. F. et al. Leaching optimization of mining wastes with lizardite and brucite contents for use in 
indirect mineral carbonation through the pH swing method. Journal of Cleaner Production, v. 141, p. 
1324–1336, 2017a. 
ARCE, G. L. A. F. et al. Influence of physicochemical properties of Brazilian serpentinites on the leaching 
process for indirect CO2 mineral carbonation. Hydrometallurgy, v. 169, p. 142–151, 2017b. 
AZDARPOUR, A. et al. A review on carbon dioxide mineral carbonation through pH-swing process. 
Chemical Engineering Journal, v. 279, p. 615–630, 2015a. 
AZDARPOUR, A. et al. Mineral carbonation of red gypsum via pH-swing process: Effect of CO2 pressure on 
the efficiency and products characteristics. Chemical Engineering Journal, v. 264, p. 425–436, 2015b. 
HEMMATI, A. et al. Process optimization for mineral carbonation in aqueous phase. International Journal 
of Mineral Processing, v. 130, p. 20–27, 2014. 
JO, H. et al. Metal extraction and indirect mineral carbonation of waste cement material using ammonium 
salt solutions. CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL, v. 254, p. 313–323, 2014. 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
76 
 
SANNA, A. et al. Enhancing Mg extraction from lizardite-rich serpentine for CO2 mineral sequestration. 
Minerals Engineering, v. 49, p. 135–144, 2013. 
SANNA, A.; GAUBERT, J.; MAROTO-VALER, M. M. Alternative regeneration of chemicals employed in 
mineral carbonation towards technology cost reduction. Chemical Engineering Journal, v. 306, p. 1049–
1057, 2016. 
SIPILÄ, J. et al. Carbon dioxide sequestration by mineral carbonation Literature review update 2005 – 2007 
Carbon dioxide sequestration by mineral carbonation Literature review update 2005 – 2007. 2008. 
TEIR, S. et al. Production of magnesium carbonates from serpentinite for long-term storage of CO2. 
International Journal of Mineral Processing, v. 85, n. 1, p. 1–15, 2007. 
 
 
 
77 
 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
Unesp, Campus de Guaratinguetá, São Paulo, Brasil 
 
Data: 1 e 2/Outubro/2019 
Local: InovEE – Centro de Inovação em Eficiência Energética 
 
 
DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA HÍBRIDO GERADOR DE ENERGIA PARA AS 
ILHAS GALÁPAGOS 
 
Omar R. Llerena-Pizarroa*; José Luz Silveirab 
 
a Grupo de otimização de sistemas energéticos e Instituto de Pesquisa em Bioenergia da UNESP/FEG. 
b Grupo de otimização de sistemas energéticos e Instituto de Pesquisa em Bioenergia da UNESP/FEG. 
*e-mail: ollerenap@yahoo.com 
 
Resumo. As Ilhas Galápagos têm uma pequena participação de energias renováveis na matriz energética. 
Por outro lado, o potencial solar surge como um excelente recurso para produzir energia no arquipélago. 
Neste trabalho, o dimensionamento de um sistema híbrido de geração de energia (SHGE) é realizado. Os 
resultados mostram que, para atender a carga, são necessários 1558 painéis de 80W; caso seja atendida 
com baterias será necessário 528 baterias de 1,920 kWh; para atender a carga com geradores diesel seriam 
necessários 16 motores de 10kW. A melhor configuração do SHGE é: solar 1417 kWp, bateria 3432 kWh e 
diesel 800 kW. 
 
Palavras-chave: Eletricidade; Energia renovável; Galápagos; Sistemas híbridos. 
 
1. INTRODUÇÃO 
Declarada Patrimônio da Humanidade em 1978 pela UNESCO, as Ilhas Galápagos, localizadas em território 
equatoriano, enfrentam um desafio que implica demografia, meio ambiente e energia. De 2010 a 2015, 
segundo o Instituto Nacional de Estatística e Censos (INEC, sigla em espanhol), a população das ilhas 
aumentou 9,5% (INEC, 2015). Esse aumento traz um crescimento anual no número de usuários que acessam 
o serviço elétrico e, consequentemente, na demanda por eletricidade. Este fato coloca o Setor Elétrico de 
Galápagos (SEG) em constante desafio, pois terá que crescer de forma inteligente e sustentável em uma 
região biogeográfica considerada única no mundo, devido ao seu alto endemismo (RGS, 2018). 
O consumo de energia nas ilhas será de 70 GWh até 2025, superando em 20% a demanda apresentada em 
2018. Segundo o mesmo autor, 85% dessa energia é gerada a partir do uso de combustíveis fósseis, e apenas 
15% através do uso de energias renováveis, como os óleos solares, eólicos e vegetais (LLERENA-PIZARRO 
et al., 2019). 
A forte dependência de combustíveis fósseis tem causado impactos ambientais significativos nas ilhas. Bem, 
além de ajudar a aumentar as emissões de gases de efeito estufa, esses combustíveis fósseis representam 
um perigo para o arquipélago, já que o transporte marítimo gera o risco de contaminação por derramamento. 
Uma alternativa para combater os problemas apresentados no SEG é através da inserção de sistemas 
geradores de energia híbridos (SHGE) (SIDDAIAH; SAINI, 2016). Este tipo de sistemas geralmente utiliza 2 
ou mais fontes de energia, uma intermitente (renovável) e uma constante (não renovável). O uso desta 
tecnologia abriria a possibilidade de uma maior participação dos recursos renováveis existentes nas Ilhas 
Galápagos, sem afetar a confiabilidade de seu sistema elétrico, uma vez que uma das fontes combinadas 
seria não renovável e de serviço constante. 
Por tanto, o presente trabalho, pretende realizar o dimensionamento de 1 sistemas elétrico para Ilha San 
Cristóbal, visando atender a demanda prevista para 2025. 
2. MATERIAIS E MÉTODOS DE PESQUISA 
O sistema a ser dimensionado é apresentado na Figura 1. É composto por uma usina solar (PV), uma unidade 
geradora a diesel (GD), um conversor bidirecional (CONV), e um banco de baterias (BT). As baterias serão 
carregadas quando houver excesso de energia na usina solar, energia que será utilizada posteriormente 
conforme a necessidade. 
 
 
 
 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
78 
 
Figura 1. Proposta do SHGE. 
 
Fonte: Autoria própria. 
2.1 RECURSO SOLAR NAS ILHAS GALÁPAGOS 
As Galápagos têm um recurso solar significativo. De acordo com a PME 2016 - 2025, as áreas específicas 
que têm este importante recurso são: as costas da Ilha Santa Cruz,a faixa costeira da Ilha Baltra. No caso 
da Ilha Floreana as áreas com maior potencial estão localizadas ao norte e ao sul da ilha; na Ilha San 
Cristóbal, grande parte de sua extensão tem potencial solar explorável, finalmente o porto de Villamil, ao sul 
da Ilha Isabela. Nesta última ilha, as áreas mais próximas dos vulcões devem ser descartadas, devido à 
existência de ciclos eruptivos curtos (MEER, 2017). De acordo com o Global Solar Atlas (GSA), os valores da 
irradiação horizontal global (GHI) em Galápagos variam entre 1650 - 2250 kWh /m2/ano (GSA, 2018). 
2.2 DIMENSIONAMENTO DO SHGE 
O dimensionamento da usina solar fotovoltaica (PV) é realizado utilizando a metodologia apresentada por 
Pinho (PINHO, 2008) e Pinho y Galindo (PINHO; GALDINO, 2014), que permite obter o número máximo de 
componentes que compõem o SHGE a partir da curva de carga CA, de os recursos renováveis disponíveis e 
os dados técnicos dos componentes. 
Para calcular a carga que deve ser atendida, a Equação (1) é utilizada. 
365
anoL
Ldia = (1) 
sendo, 
Lano - Carga anual a ser atendida [kWh/ano]. 
 
Posteriormente, a demanda reprimida (DR), uma DR de 15% foi considerada. Equação (2). 
diadia L
DR
L 




 +=
100
1´
 
(2) 
A potência mínima da unidade PV depende do número de horas de sol pleno (HSP) (Equação (3)). 
HSP
L
P
PV
dia
PV





 
−
=
100
1
´
min_
 
(3) 
sendo, ΩPV – Perdas de fiação e dispersão [%]. 
 
A unidade geradora a diesel foi dimensionada com a Equação (4). 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
79 
 












=
nomGD
ret
pico
GD
P
P
INTN
_
max_
100/
 
(4) 
O banco de baterias foi dimensionado com a Equação (5) e Equação (6). 






=
100
max_
max_
D
BTBT
P
CC
 
(5) 





 
−

=
−
100
1
´
dc
autdia
BBT
NL
C
 
(6) 
sendo, 
CBT – Capacidade de energia útil de uma bateria individual [kWh]; Ωc − d – Percentagem de perdas na carga e descarga [%]. 
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
As características dos painéis usados no dimensionamento são apresentadas na Tabela 1. 
 
Tabela 1. Características dos painéis solares (TECHNOSUN, 2016) e (ROBERTS, 2016). 
Descrição PV 1 PV 2 PV 3 PV 4 
Modelo Tecnho 40W Solarex 64W Solarex 120W Tecnho 150W 
Tensão no MPP [V] 17,69 17,5 33,7 18,99 
Corrente no ponto MPP [A] 2,26 3,66 3,56 7,90 
Eficiência do módulo [%] 12,8 12,6 10,8 15,1 
Standard Test Conditions AM 1.5 1000W/m2 25°C 
Fonte: Autoria própria. 
 
As características dos geradores a diesel utilizados no dimensionamento são as apresentadas por Roberts 
(ROBERTS, 2016). Por outro lado, as características das baterias utilizadas são apresentadas na Tabela 2. 
 
Tabela 2. Características das baterias (BINDNER et al., 2005). 
Descrição Bateria 1 Bateria 2 Bateria 3 Bateria 4 
Modelo 8 OPzS 800 10 OPzS 1000 16 OPzS 2000 24 OPzS 3000 
Tensão[V], Capacidade máxima [Ah] [2V, 958Ah] [2V, 1190Ah] [2V, 2380Ah] [2V, 3570Ah] 
Capacidade nominal [kWh] 1,92 2,39 4,76 7,15 
Profundidade de descarga [%] 80 80 80 80 
Eficiência ciclo carga/descarga [%] 86 86 86 86 
Fonte: Autoria própria. 
 
De acordo com o Ministério da Eletricidade e Energia Renovável (MEER), até 2025, será necessária uma 
demanda extra diária de 5396,43 kWh/dia na Ilha San Cristóbal (MEER, 2017). Nesse sentido, um sistema 
híbrido para atender o 10% daquela carga foi projetado. Os resultados são apresentados na Tabela 3. 
 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
80 
 
Tabela 3. Número de painéis, baterias e motores. 
Componentes (PV) (BT) (DG) 
San Cristóbal 1558 x 80 W 528 x 1,920 kWh 16 x 10 kW 
Fonte: Autoria própria. 
 
Os componentes da Tabela 3 foram utilizados passaram por um otimizador para encontrar a melhor 
combinação entre PV e DG. A melhor configuração para a Ilha San Cristóbal é quando o SHGE contém: 1417 
kWp na PV, 3432 kWh no BT, e 800 kW no DG. 
4. CONCLUSÃO 
As Ilhas Galápagos têm uma baixa participação de energias renováveis em sua matriz energética. Por outro 
lado, o potencial solar surge como um excelente recurso para a produção de energia elétrica no arquipélago. 
Neste trabalho, o dimensionamento de um SHGE foi dimensionado para a Ilha San Cristóbal. A carga prevista 
para o 2025 foi utilizada como o principal parâmetro de dimensionamento. Os resultados mostraram que para 
atender a carga prevista para o 2025 na Ilha San Cristóbal será necessário de um SHGE com: 1558 painéis 
solares de 80 W, no caso do bando de baterias será necessário de 528 de 1,920 kWh, e finalmente para 
unidades geradoras diesel será necessário de 16 motores de 10 kW. A melhor combinação para esta ilha é: 
solar 1417 kWp, bateria 3432 kWh, unidade diesel 800 kW. 
5. AGRADECIMENTOS 
O presente trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível 
Superior - Brasil (CAPES) - Código de Financiamento 001. 
6. REFERÊNCIAS 
BINDNER, H. et al. Lifetime Modelling of Lead Acid Batteries. [S.l: s.n.], 2005. v. 1515. Disponível em: 
<http://130.226.56.153/rispubl/VEA/veapdf/ris-r-1515.pdf>. 
GSA. Global Solar Atlas. Disponível em: <http://globalsolaratlas.info/?c=49.61071,8. 371582,5&s=47. 
606163,10.430145&e=1>. Acesso em: 10 maio 2018. 
INEC. Censo de Población y Vivienda-Galápagos. Disponível em: <http://www.ecuadorencifras.gob.ec 
/censo-de-poblacion-y-vivienda-galapagos/>. Acesso em: 2 maio 2018. 
LLERENA-PIZARRO, O. R. et al. Electricity sector in the Galapagos Islands: Current status, renewable 
sources, and hybrid power generation system proposal. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 
108, n. February, p. 65–75, 2019. Disponível em: <https://linkinghub.elsevier. 
com/retrieve/pii/S1364032119301820>. 
MEER. Plan Mestro de Electricidad 2016-2025. Quito: [s.n.], 2017. Disponível em: 
<http://www.energia.gob.ec/biblioteca/>. 
PINHO, J. T. Manual De Implantação De Sistemas Híbridos Fotovoltaico-Eólico-Diesel Para Geração De 
Energia Elétrica. p. 132, 2008. Disponível em: <http://www.ufpa.br/inct-ereea/Manual SistemasHibridos.pdf>. 
PINHO, J. T.; GALDINO, M. A. Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos. Rio de Janeiro: [s.n.], 
2014. 
RGS. El valor de la biodiversidad - Descubriendo Galápagos. Disponível em: <http://descubriendo 
galapagos.ec/descubre/ecodesarrollo/sostenibilidad-y-conservacion/el-valor-de-la-biodiversidad/>. Acesso 
em: 24 maio 2018. 
ROBERTS, J. J. Otimização de sistemas híbridos de geração de energia solar-eólico-diesel através de 
métodos metaheurísticos e função multiobjetivos. 2016. Universidade Estadual Paulista, 2016. 
SIDDAIAH, R.; SAINI, R. P. A review on planning, configurations, modeling and optimization techniques of 
hybrid renewable energy systems for off grid applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 
58, p. 376–396, 2016. 
TECHNOSUN. Modulos Fotovoltaicos. p. 3, 2016.
 
 
 
81 
 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
Unesp, Campus de Guaratinguetá, São Paulo, Brasil 
 
Data: 1 e 2/Outubro/2019 
Local: InovEE – Centro de Inovação em Eficiência Energética 
 
 
PROJETO DE UM MOTOR ELÉTRICO PARA FINS AERONÁUTICOS 
 
Paulo de Tarso de Moraes Loboa*; Teófilo Miguel de Souzaa 
 
aUNESP, Campus de Guaratinguetá, Departamento de Engenharia Elétrica, Instituto da Mobilidade Elétrica. 
Avenida Ariberto Pereira da Cunha, 333, Guaratinguetá, SP, 12516-410 
*e-mail: ptmlobo07@gmail.com 
 
Resumo. O objetivo deste trabalho é o projeto, desenvolvimento, dimensionamento, execução e testes de 
um motor elétrico com imãs permanentes localizados no rotor. O estator será construído em fibra de carbono 
com o circuito magnético do estator será em alumínio. O eixo será em liga de titânio aeronáutico. Os 
rolamentos serão construídos para suportar a tração exercida pela hélice de 1,60 m de diâmetro de área 
varrida e 2400 rpm, com um torque acima de 100 N.m. O motor será acionado através de uma tensão de 440 
Volts, frequênciaaté 800 Hz e alimentada por meio de um banco de baterias de íon – lítio. 
 
Palavras-chave: Motor elétrico; Mobilidade elétrica; Imãs permanentes; Aeronáutico. 
 
1. INTRODUÇÃO 
A crescente dependência energética do petróleo e o enorme impacto ambiental resultado da utilização de 
combustíveis fósseis, torna necessário encontrar soluções menos poluentes para a mobilidade. A mobilidade 
elétrica apresenta-se como alternativa sobre os motores que utilizam combustíveis fosseis, pois é nesse 
ambiente onde as soluções de mobilidade elétrica melhor se enquadram oferecendo vantagens como: 
redução da poluição ambiental custo menor de manutenção e operação, (ANDORINHA, N, 2012). Algumas 
das vantagens da mobilidade elétrica são o menor custo de operação em comparação com o veículo 
convencional, não produz emissões locais, não emite ruído e, como é acionado à eletricidade, tem potencial 
para diminuir o consumo de petróleo e possibilita também utilização de energias renováveis (COSTA, T.I, 
2014). Portanto, a fim de se utilizar na mobilidade elétrica em geral, como carros, motos, barcos e 
principalmente aviões. 
2. MATERIAIS E MÉTODOS 
Este projeto tem como finalidade a propulsão elétrica em aviões de pequeno porte. A utilização de motores 
elétricos visa a análise do desempenho em relação a potência/peso, através da utilização de materiais mais 
leves e resistentes, tais como, alumínio, titânio, neodímio, materiais compósitos para o desenvolvimento do 
motor. Na “Fig.1”, são apresentadas as principais partes de um motor elétrico com frequencia até 60 Hz que 
devem ser substituidas com materiais especiais para uma frequencia até 800 Hz. O projeto também 
contemplara com novas configurações. 
 
Figura 1. Partes do motor elétrico (60 Hz) que devem ser substituídas por materiais adequados numa 
frequencia de 800 Hz, 
 
Fonte: Autoria própria 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
82 
 
O estator é a parte fixa da máquina construída de chapas de aço laminadas na qual são colocados os 
enrolamentos de armadura com alimentação trifásica, defasadas de 120°. Os enrolamentos são dispostos 
espacialmente de tal forma que as correntes de todas as fases contribuem positivamente na geração de uma 
onda de fluxo magnético girante ou campo girante. Para este projeto está previsto a substituição do ferro por 
materiais compósitos (PEREIRA, N.M.C, 2017), As bobinas dos enrolamentos localizadas no estator para 
receber a energia elétrica são feitas de fios de cobre. Para este projeto está previsto a substituição do cobre 
por alumínio (NETO, A.F,; GUACELLI, C 2017) O rotor, ilustrado na “Fig.3” é a parte girante da máquina 
também construída de chapas de aço laminadas na qual são colocados os enrolamentos de campo. Nos 
motores para aplicação normal, os rotores são do tipo gaiola. As bobinas do rotor não se constituem num 
enrolamento parecido com o estator. O conjunto de barras é curto-circuitado em ambas as extremidades, 
dando uma forma muito parecida com uma gaiola cilíndrica, razão do nome desse tipo de rotor (DEL TORO, 
V 1999). Para este projeto está previsto a substituição do aço por imãs permanentes de neodímio 
(WOJOITOWICZ C., 2017). 
O eixo é construído em aço. Para este projeto está previsto a substituição do aço por uma liga de titânio (DAI, 
J; CHEN, Z., WENG,F 2017) 
2.1 MÉTODOS 
O desenvolvimento do motor elétrico para as frequencias acima de 60 Hz, com novos materiais, seguiu o 
fluxograma mostrado na “Fig.2”. O motor elétrico desenvolvido tem uso previsto para a propulsão de 
aeronaves de pequeno porte com até quatro assentos. 
 
Figura 2. Fluxograma do projeto, desenvolvimento e teste de um motor elétrico para fins aeronáuticos 
 
Fonte: Autoria própria 
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
Conforme o desenvolvimento do projeto e construção de um motor elétrico, resultado foi uma reduçãode 
volume e uma melhora da relação entre a potencia e o peso mostrados através da comparação entre as “Fig. 
3” e “ Fig. 4”. Na “Fig. 3”, o motor a combustão 100 cv, 58 kg e na fig.4 o motor elétrico 100 cv, 800 Hz, 9,5 
kg 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
83 
 
Figura 3. Motor convencional a combustão 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Rotax Aircraft Engines (2019) 
 
Figura 4. Motor convencional a combustão 
 
 
Fonte: Emrax motors (2019) 
 
Na “Fig. 5”, é ilustrado a estimativa da eficiência entre o motor convencional e o motor elétrico 
 
Figura 5. Comparativo de eficiência entre o motor convencional e o motor elétrico 
 
Fonte: Hepperle, Martin (Institute of Aerodynamics and Flow Technology Lilienthalplatz 7, D-38108 
Braunschweig, Germany, 2009) 
Atual 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
84 
 
4. CONCLUSÕES 
O objetivo deste trabalho foi desenvolver um motor elétrico para frequencias até 800 Hz com o uso de 
materiais mais leves e que atendam a maior relação entre a potencia e o peso e o volume. Portanto, com este 
desenvolvimento haverá vantagens para a mobilidade elétrica e com menor custo de operação que o veículo 
convencional com motor a combustão, capaz de reduzir as emissões de gases poluentes, sem ruído e, tem a 
possibilidade da utilização de energias renováveis como a solar e a eólica para suprimento de energia para 
as baterias. 
5. AGRADECIMENTOS 
O presente trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível 
superior dódigo do Brasil (CAPES) – Código de financiamento 001. 
Os autores agradecem ao Programa de Pós-Graduação da Faculdade de Engenharia da UNESP, Campus 
Guaratinguetá. 
Os autores agradecem as colaborações do Dr. Rodrigo Kuntz Rangel da BRAVANT – Soluções Tecnológicas 
pelo fornecimento de materiais e utilização de equipamentos. 
6. REFERÊNCIAS 
ANDORINHA, N, Sistema de Comando de uma Trotineta Elétrica (SiCTE). 2012, 126 f, – Dissertação de 
Mestrado em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores – Instituto Politécnico de Setúbal, 2012 
COSTA, T.I; Estratégia de localização dos postos de carregamento para veículo elétrico – O caso da 
cidade do Porto, 2014 – Dissertação de Mestrado em Engenharia Civil da Universidade do Porto, 2014. 
DEL TORO, V. Fundamentos de Máquinas Elétricas. Editora LTC – Livros Técnicos e Científicos S.A., Rio 
de janeiro, 1999. 
EMRAX MOTORS, Disponível em https://emrax.com, acesso em 21/07/2019. 
HEPPERLE, MARTIN - Institute of Aerodynamics and Flow Technology Lilienthalplatz 7, D-38108 
Braunschweig, Germany – German Aerospace Center, 2009. 
J DAI, J ZHU, C. CHEN, F. WENG – Oxidation behavior and research status of modifications on 
improving high temperature oxidation resistence of titanium alloys and titanium aluminides – 2017. 
NETO, A.F; C, GUACELLII – Melhoria de Qualidade: Um estudo sobre os impactos dos revestimentos 
na corrosão do alumínio, 2017. 
PEREIRA, N. M. C., - Desenvolvimento de Reservatórios em Materiais Compositos, 2017 – Faculdade 
de Engenharia da Universidade do Porto). 
ROTAX AIRCRAFT ENGINES, Rotax Aircraft Powering the Ultimate Flight, Disponível em 
https;//www.flyrotax.com, acesso em 20/07/2019. 
WOJTOWICZ, C., Permanent Magnetic Motor Having Rockable Rotor Magnetic 2017. Disponível em 
https://patents google.com>patent, com acesso em 23/07/2019.
 
 
 
85 
 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
Unesp, Campus de Guaratinguetá, São Paulo, Brasil 
 
Data: 1 e 2/Outubro/2019 
Local: InovEE – Centro de Inovação em Eficiência Energética 
 
 
AVALIAÇÃO DA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM UMA INDÚSTRIA DE PEQUENO 
PORTE: ESTUDO DE CASO EM UMA METALÚRGICA. 
 
Paulo Sérgio Rosa Melonia*; Teófilo Miguel de Souzaa; Pedro Magalhães Sobrinhoa 
 
aFaculdade de Engenharia, UNESP - Universidade Estadual Paulista, Campus de Guaratinguetá 
Avenida Ariberto Pereira da Cunha, 333, Guaratinguetá, SP, 12516-410 
*e-mail: pmeloni@hotmail.com.br 
 
Resumo. O objetivo deste trabalho foi analisar o consumo de energia elétrica deuma empresa do ramo 
metalúrgico e propor as aplicações de medidas visando obter melhorias na eficiência energética. A 
metodologia constituiu-se de levantamento de campo, medições e diagnóstico energético. Assim foi possível 
ampliar a pesquisa sobre eficientização energética em uma indústria metalúrgica de pequeno porte aplicando 
as ações de racionalização do consumo de energia elétrica. 
 
Palavras-chave: Eficiência energética; Energia na indústria; Consumo de energia. 
 
1. INTRODUÇÃO 
A energia elétrica é um dos principais constituintes da sociedade do século XXI. Ela é necessária para se 
criar bens com base em recursos naturais e para fornecer muitos dos serviços com os quais beneficia a 
humanidade (HINRICHS; KLEINBACH; REIS, 2015). 
Usar com eficiência a energia elétrica deve ser uma aspiração de todos, não só pelos valores despendidos 
por ela, mas também pelos impactos ambientais necessários para produzi-la (ELETROBRAS, 2018). 
O setor industrial é responsável pela maior demanda de energia no Brasil representando 31,7% do consumo 
total (EPE, 2019). De acordo com a Confederação Nacional da Indústria (CNI, 2019), o total de indústrias no 
estado de São Paulo em 2017 era de 123.119, sendo que 25,7% correspondiam as de pequeno porte, com 
10 a 49 empregados. Portanto, estudos envolvendo eficiência energética neste segmento são importantes, 
tanto no aspecto econômico como para a sustentabilidade do planeta. A motivação deste trabalho é que ações 
de eficiência energética em empresas de pequeno porte muitas vezes não são priorizadas ou incentivadas, 
porém representam um grande potencial de economia de energia devido ao grande número de empresas 
existentes. 
2. MÉTODO DE PESQUISA 
2.1 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 
Na primeira etapa deste trabalho foi realizada uma ampla pesquisa bibliográfica baseada em palavras-chave 
relacionadas à eficiência energética e consumo de energia no setor industrial, em obras tais como livros 
técnicos, artigos em periódicos, dissertações de mestrado e teses de doutorado. Após uma ampla pesquisa 
foram selecionadas 62 publicações sobre motores elétricos e iluminação, com datas de publicação a partir de 
2013. 
2.2 LEVANTAMENTO DE CAMPO E MEDIÇÕES 
Esta etapa consistiu no levantamento de campo para conhecimento dos processos produtivos, análise de 
contas de energia elétrica, identificação dos principais equipamentos e hábitos de utilização e para a 
realização de medições de consumos de energia. Foram utilizados wattímetros de corrente alternada para 
medidas das potências ativas, correntes e tensões, tacômetro digital para medidas de rotações dos motores 
elétricos e equipamentos acionados pelos mesmos e termômetro infravermelho para medidas das 
temperaturas do meio ambiente, dos motores elétricos e dos condutores elétricos. 
2.3 DIAGNÓSTICO ENERGÉTICO 
Consistiu na identificação de oportunidades para aplicação de medidas de eficiencia energética nas máquinas 
acionadas por motores elétricos e na iluminação. Também foram verificadas as condições gerais da 
instalação, conservação e manutenção dos equipamentos e construções. 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
86 
 
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
A indústria tem muitos motores de pequeno porte com mais de 20 anos de operação. A Tabela 1 apresenta 
os dados dos motores elétricos instalados na empresa. 
 
Tabela 1. Dados dos motores elétricos de indução trifásicos 
 
Fonte: Autoria própria 
 
A Tabela 1 permite observar que as correntes são relativamente altas e o fator de potência e rendimento 
eletromecânicos relativamente baixos comparados com os dados dos motores do ano de 2019. 
Foram levantados os dados dos motores elétricos de indução trifásicos para o ano de 2019 da linha 
“Premium”, de alto rendimento e outros valores de fator de potência. A Tabela 2 apresenta os novos valores 
dos dados dos motores e a energia anual consumida utilizando-se dos mesmos. 
 
Tabela 2. Dados dos motores de alto rendimento “Premium” 
 
Fonte: Autoria própria 
 
Observa-se que com a substituição dos motores padrão para os de alto rendimento há uma diminuição da 
corrente, melhora do rendimento e do fator de potência. Assim, a energia anual consumida pela empresa 
reduz de 312.336 kWh para 294.050 kWh. Isto permite uma redução de 5,85 %. 
A iluminação é composta de luminárias com lâmpadas fluorescentes tubulares. A Tabela 3 apresenta os 
dados do sistema de iluminação da empresa. 
 
 
 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
87 
 
Tabela 3. Dados do sistema de iluminação instalado 
 
Fonte: Autoria própria 
 
A alternativa proposta foi a substituição das lâmpadas fluorescentes tubulares por lâmpadas LEDs de 18 
W/bivolt automático. A Tabela 4 apresenta os resultados com a substituição pelas lâmpadas LEDs. 
 
Tabela 4. Dados do sistema de iluminação considerando lâmpadas LEDs 
 
Fonte: Autoria própria 
 
Através da Tabela 4 verifica-se que a energia anual consumida passa a ser de 7.920 kWh. Nesta situação há 
uma redução correspondente a 60,9%. 
Constatou-se que no período de 2016 a 2018, a empresa pagou multa por excesso de energia reativa. A 
instalação de bancos de capacitores para a correção do fator de potência é a solução mais adequada. 
O sistema de iluminação dos galpões da produção terá um desempenho melhor com a substituição por 
lâmpadas LEDs tubulares. É necessário um melhor aproveitamento da iluminação natural através da 
instalação de mais telhas translúcidas. 
O ar comprimido é muito utilizado no processo produtivo. Uma análise mais detalhada no sistema de 
fornecimento de ar comprimido inclui estudos para instalação de inversores de frequência nos compressores, 
avaliação dos motores elétricos e inspeção das linhas de distribuição de ar para eliminação de vazamentos. 
Há a necessidade da substituição de motores elétricos por motores de alto rendimento. Não foi possível 
substituir os mesmos por outros com valores de potência menores. 
4. CONCLUSÕES 
Os resultados estão adequados aos objetivos propostos para a pesquisa. Foi possível concluir que existem 
oportunidades de melhoria com relação ao uso eficiente de energia elétrica na empresa, sendo necessária a 
realização de uma análise técnica-econômica para a aplicação das oportunidades para a melhoria da 
eficiência energética da indústria. 
Algumas medidas de eficiência energética já podem ser obtidas com investimento pequeno, através de 
mudanças de hábitos e procedimentos, incluindo a realização de treinamentos para conscientização e 
motivação dos funcionários e o envolvimento e execução da alta direção. 
Este artigo tratou-se de um estudo piloto em uma única indústria de pequeno porte. Considerando que existem 
cerca de 31.000 indústrias deste porte no estado de São Paulo, a aplicação de eficiência energética nas 
mesmas resultará em uma economia significativa de energia elétrica. 
5. AGRADECIMENTOS 
À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES). 
6. REFERÊNCIAS 
CNI – Confederação Nacional da Indústria. Portal da Indústria. Disponível em 
<http://perfildaindustria.portaldaindustria.com.br/comparativo_estados?c1=br&c2=sp&c3=sd>. Acesso em 17 
set. 2019. 
EPE – Empresa de Pesquisa Energética. Balanço Energético Nacional 2019: Ano base 2018 – Relatório 
Síntese. Rio de Janeiro: Empresa de Pesquisa Energética, 2019. 
ELETROBRAS. Resultados Procel 2018 - Ano Base 2017. Rio de Janeiro: Eletrobras, 2018. 
HINRICHS, R. A.; KLEINBACH, M.; REIS, L. B. DOS. Energia e Meio Ambiente. 5. ed. São Paulo: Cengage 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
88 
 
Learning, 2015. 
 
 
 
89 
 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
Unesp, Campus de Guaratinguetá, São Paulo, Brasil 
 
Data: 1 e 2/Outubro/2019 
Local: InovEE – Centro de Inovação em Eficiência Energética 
 
 
PRODUÇÃO DE HIDROGÊNIO ELETROLÍTICO COM ENERGIA SOLAR 
FOTOVOLTAICA: APLICAÇÃO AUTOMOTIVARaul Pereira Micenaa*; José Luz Silveira 2a 
 
aLaboratório de Otimização de Sistemas Energéticos (LOSE)/ Instituto de Pesquisa em Bioenergia (IPBEN) – UNESP. 
Brasil. 
*raul.micena@unesp.br 
 
Resumo. Uma solução tecnológica para a redução de emissões de gases poluentes pelo setor de transportes 
são os veículos com célula a combustível, que são um tipo de veículo elétrico que consome energia 
armazenada quimicamente na forma de hidrogênio gasoso. Considerando a planta fotovoltaica instalada no 
LOSE, calculou-se uma capacidade para produção de hidrogênio suficiente para um trajeto diário de 31 km. 
Calculou-se também o custo de produção do hidrogênio, que se mostrou menor com o uso da energia solar 
fotovoltaica, em relação ao uso da energia da rede. O payback da energia solar fotovoltaica foi calculado em 
5 anos. 
 
Palavras-chave: Hidrogênio renovável; Energia solar fotovoltaica; Eletrólise; Veículos com célula-a-
combustível. 
 
1. INTRODUÇÃO 
Um dos setores de maior consumo energético é o de transportes. No ano de 2014, em todo o mundo, esse 
setor foi responsável por 28% da demanda energética global e por 23% das emissões globais de CO2, 
provenientes do consumo de combustíveis fósseis. Quanto ao consumo de petróleo e derivados, esse setor 
foi responsável por 65% da demanda global final (HIROTA, 2017). 
Veículos a célula a combustível são, em essência, veículos elétricos em que a energia é armazenada 
quimicamente na forma de hidrogênio gasoso, pressurizado tipicamente entre 35 e 70 MPa (LI et al., 2019). 
O hidrogênio armazenado é enviado a uma célula a combustível, onde reage com o gás oxigênio, produzindo 
água e corrente elétrica. 
Este artigo propõe uma análise tecno-econômica da produção de hidrogênio eletrolítico por meio da energia 
elétrica gerada pela planta fotovoltaica conectada à rede instalada na área de estacionamento do Laboratório 
de Otimização de Sistemas Energéticos (LOSE) da UNESP, campus Guaratinguetá-SP. 
1.1 ESTUDO DE CASO 
A planta fotovoltaica instalada na área de estacionamento do Laboratório de Otimização de Sistemas 
Energéticos (LOSE) é equipada com 9 painéis fotovoltaicos, totalizando 2.970 W de potência em corrente 
contínua. O inversor converte a energia elétrica em corrente alternada, permitindo a integração com a rede 
elétrica de distribuição, por meio do Sistema de Compensação de Energia Elétrica, em que excedentes de 
geração são utilizados na compensação do consumo das cargas, conforme regulamentado pela ANEEL 
(GUCCIARDI GARCEZ, 2017). 
2. METODOLOGIA 
2.1 ANÁLISE TÉCNICA 
2.1.1. Energia gerada pelo sistema fotovoltaico 
A potência (kW) em Corrente Alternada (CA) produzida por um sistema fotovoltaico conectado à rede no 
período de um dia é calculada por meio da Eq. (1) (AL GARNI; AWASTHI; RAMLI, 2018): 𝑃𝐹𝑉 = Y𝑓𝑣 × 𝑓𝑓𝑣 × ( 𝐺𝑇𝐺𝑇,𝑆𝑇𝐶) × ⌊1 − 𝛼𝑃 × (𝑇𝐶 − 𝑇𝐶,𝑆𝑇𝐶)⌋ (1) 
Em que Y𝑓𝑣 é a potência nominal dos painéis fotovoltaicos (kW), 𝑓𝑓𝑣 é a eficiência elétrica da planta 
fotovoltaica (%), 𝐺𝑇 é a irradiação solar sobre os painéis (kW/m²), 𝐺𝑇,𝑆𝑇𝐶 é a irradiação padrão de projeto dos 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
90 
 
painéis, 𝛼𝑃 é o coeficiente térmico dos painéis, 𝑇𝐶 é a temperatura das células dos painéis, 𝑇𝐶,𝑆𝑇𝐶 é a 
temperatura padrão de projeto dos painéis. 
2.1.2 Consumo de hidrogênio por veículos a célula a combustível 
A demanda diária de hidrogênio por parte de uma frota de veículos é calculada de acordo com a Eq. (1) 
(RIVEROS-GODOY; CAVALIERO; SILVA, 2012): 𝐷𝐻2 = 𝑁𝑓 × 𝐶𝑗 × 𝐾𝑚𝑒𝑑 (2) 
Em que 𝐷𝐻2 representa a demanda de hidrogênio por parte da frota de veículos, em kg/dia, N f é o tamanho 
da frota analisada, em número de veículos, Cj é o consumo de hidrogênio dos veículos (𝑘𝑔𝐻2/km) e Kmed é o 
percurso médio diário percorrido por cada veículo. 
O veículo considerado nesta análise é o Toyota Honda Mirai, que possui um tanque de armazenamento de 5 
kg de hidrogênio, em uma pressão de 70 MPa. Sua planta propulsiva compreende um motor elétrico de 113 
kW e o seu consumo é de 0,0076 𝑘𝑔𝐻2/km (TOYOTA MOTOR EUROPE, 2017). 
2.1.3 Eficiência do eletrolisador 
A eficiência de um eletrolisador (𝜂𝑒𝑙𝑒𝑡𝑟) é dada por uma relação entre a potência disponibilizada em forma de 
vazão de hidrogênio e a potência elétrica de entrada no eletrolisador, conforme Eq. (3) (HOSSEINI; DINCER; 
ROSEN, 2013). 𝜂𝑒𝑙𝑒𝑡𝑟 = �̇�𝐻2 .𝑃𝐶𝐼𝐻2𝑃𝑒𝑙,𝑒𝑙𝑒𝑡𝑟 (3) 
Onde �̇�𝐻2 é a vazão de hidrogênio do eletrolisador (kg/s), 𝑃𝐶𝐼𝐻2 é o poder calorífico inferior do hidrogênio 
(120 kJ/kg) e 𝑃𝑒𝑙,𝑒𝑙𝑒𝑡𝑟 é a potência em corrente contínua fornecida ao eletrolisador (kW). 
2.2 ANÁLISE ECONÔMICA 
De acordo com por Silveira, Tuna e Lamas (SILVEIRA; TUNA; DE QUEIROZ LAMAS, 2013) o custo da 
energia elétrica gerada por uma planta geradora é dado pela Eq. (4) : 𝐶𝑒𝑙 = ( 𝐼𝑝𝑙𝑥𝑓𝐻× 𝑃𝑃𝑉) + 𝐶𝑚𝑎𝑛 + 𝐶𝑜𝑝𝑒𝑟 (4) 
Em que 𝐼𝑛𝑣 é o investimento na planta (R$), 𝑓 é o fator de anuidade (1/ano), 𝐻 é o período de operação da 
planta (h/ano), 𝑃0 é a potência do sistema fotovoltaico (kW), 𝐶m𝑎𝑛 é o custo de manutenção (R$/kWh), e 𝐶o𝑝𝑒 
é o custo de operação do sistema fotovoltaico (R$/kWh). 
O fator de anuidade é o valor de um fluxo de caixa que produz lucro em um dado período, o fator de anuidade 
é dado pelas Eq. (6) e (7): 𝑓 = 𝑞𝑘×(𝑞−1)𝑞𝑘−1 (5) 
𝑞 = 1 + 𝑟100 (6) 
Onde 𝑓 é o fator de anuidade (1/ano), k é o número de anos (anos), e r é a taxa anual de interesse (%). A 
taxa anual de interesse utilizada aqui é a taxa básica de juros SELIC de 6,50% (BACEN, 2019). 𝑅 = 𝐸𝑐 × 𝐻 × (𝑃𝑒𝑙 − 𝐶𝑒𝑙) (7) 
A economia anual esperada devido à implantação de um sistema fotovoltaico é calculada de acordo com a 
Eq. (7), e representa o fluxo de caixa que deve ser economizado ao se produzir energia ao invés de se 
comprar diretamente na rede elétrica. 
Considera-se uma tarifa de 0,799 R$/kWh praticada no local da instalação para consumidores de baixa 
tensão, com impostos inclusos (EDP, 2019) (ANEEL, 2019) e considerando uma taxa de inflação de 4,0% ao 
ano. 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
91 
 
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
Por meio da Equação 1, com base em uma irradiação solar média de 4,96 kWh/m² na cidade de 
Guaratinguetá-SP, eficiência elétrica de 95% calculou-se uma geração elétrica diária média de 12,85 kWh. 
Com este valor, um 𝑃𝐶𝐼𝐻2 de 120 MJ/kg e eficiência de 62% no processo de eletrólise, e considerando um 
período de operação contínua por 12 h/dia, foi calculada por meio da Eq. (3) uma produção diária de 0,239 
kg de hidrogênio. Por meio da aplicação da Eq. (2), calcula-se que tal quantidade é capaz de fornecer a um 
veículo modelo Toyota Mirai uma autonomia de 31,44 km. 
Com um investimento total de R$ 51.668 envolvendo a planta fotovoltaica, eletrolisador, compressor e tanques 
de hidrogênio, e de R$ 41.568,00 excluindo-se o valor referente à planta fotovoltaica, foi feita a análise 
econômica, com o objetivo de se determinar os custos do hidrogênio (R$/kWh). Foi calculado o custo do 
hidrogênio em base energética (R$/kWh), conforme Eq. (4) a (7). A Fig. 1 mostra os custos de produção do 
hidrogênio em função do período de amortização, bem como a economia gerada pela utilização da planta 
fotovoltaica. 
 
Figura 1. Custo do hidrogênio em base energética (R$/kWh) e economia gerada pela utilização da energia 
solar fotovoltaica 
 
Fonte: Autoria própria 
 
Verifica-se, com a Fig. 2, que o custo do hidrogênio eletrolítico produzido com energia solar fotovoltaica possui 
maior custo nos primeiros anos, já que envolve um maior custo de capital com a planta de geração. A 
produção com energia proveniente da rede possui um maior custo a longo prazo, uma vez que seu custo é 
maior do que o da energia solar. 
A partir do quinto ano do projeto, o fluxo de caixa da alternativacom energia solar passa a ser positivo, 
conforme mostrada na curva em verde da Fig. 2, sendo este o valor de payback da implementação da energia 
solar fotovoltaica. 
4. CONCLUSÃO 
A energia solar fotovoltaica se apresenta como uma fonte viável, técnica e financeiramente, para a geração 
de energia elétrica para a produção de hidrogênio por eletrólise. Em relação à utilização da energia 
proveniente da rede elétrica da distribuidora, o seu período de amortização foi calculado em 5 anos. A planta 
fotovoltaica disponível no LOSE é capaz de gerar energia elétrica suficiente para a produção diária média de 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
92 
 
0,239 kg. Esta quantidade é calculada como suficiente para fornecer autonomia diária de 31,44 km para um 
veículo a célula a combustível disponível no mercado. 
5. AGRADECIMENTOS 
O presente trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível 
Superior - Brasil (CAPES) - Código de Financiamento 001. 
6. REFERÊNCIAS 
AL GARNI, Hassan Z.; AWASTHI, Anjali; RAMLI, Makbul A.M. Optimal design and analysis of grid-connected 
photovoltaic under different tracking systems using HOMER. Energy Conversion and Management, v. 155, 
p. 42–57, 1 jan. 2018. 
ANEEL. Ranking das Tarifas - ANEEL. Disponível em: <http://www.aneel.gov.br/ranking-das-tarifas>. 
Acesso em: 31 jul. 2019. 
BACEN. Taxa Selic. . Brasília: [s.n.], 2019. Disponível em: 
<https://www.bcb.gov.br/controleinflacao/taxaselic>. Acesso em: 31 jul. 2019. 
EDP. Informativos - ICMS. Disponível em: <http://www.edp.com.br/distribuicao-es/saiba-
mais/informativos/icms>. Acesso em: 31 jul. 2019. 
GUCCIARDI GARCEZ, Catherine. Distributed electricity generation in Brazil: An analysis of policy context, 
design and impact. Utilities Policy, v. 49, p. 104–115, 1 dez. 2017. 
HIROTA, Toshio. Task 17 PV for Transport. . [S.l: s.n.], 2017. Disponível em: <http://www.iea-
pvps.org/fileadmin/dam/public/workshop/PV_for_Transport/PV_for_Transportue_Draft_Workplan_1.0.3__23
Aug2017_.pdf>. Acesso em: 31 jul. 2019. 
HOSSEINI, Mehdi; DINCER, Ibrahim; ROSEN, Marc A. Hybrid solar-fuel cell combined heat and power 
systems for residential applications: Energy and exergy analyses. Journal of Power Sources, v. 221, p. 372–
380, 2013. 
LI, Mengxiao et al. Review on the research of hydrogen storage system fast refueling in fuel cell vehicle. 
International Journal of Hydrogen Energy, v. 4, 2019. 
RIVEROS-GODOY, Gustavo Arturo; CAVALIERO, Carla; SILVA, Ennio. Analysis of electrolytic hydrogen 
production models and distribution modes for public urban transport: study case in Foz do Iguacu, Brazil. 
International Journal of Energy Research, v. 37, p. 1142–1150, 2012. 
SILVEIRA, Jose Luz; TUNA, Celso Eduardo; DE QUEIROZ LAMAS, Wendell. The need of subsidy for the 
implementation of photovoltaic solar energy as supporting of decentralized electrical power generation in 
Brazil. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 20, p. 133-141. 2013. 
TOYOTA MOTOR EUROPE. Toyota Mirai. Disponível em: <https://www.toyota-
europe.com/download/cms/euen/13096 MIR_40_MAST_WEB_tcm-11-1150380.pdf>. Acesso em: 9 maio 
2019. 
 
 
 
93 
 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
Unesp, Campus de Guaratinguetá, São Paulo, Brasil 
 
Data: 1 e 2/Outubro/2019 
Local: InovEE – Centro de Inovação em Eficiência Energética 
 
 
POTENCIAL DE PRODUÇÃO DE ELETRICIDADE A PARTIR DA GASEIFICAÇÃO A 
PLASMA DE RESÍDUOS SÓLIDOS DE SAÚDE DA CIDADE DE GUARATINGUETÁ-SP 
 
Regina Franciélle Silva Paulinoa*; Alexei Mikhailovich Essiptchouk b, José Luz Silveiraa 
 
a Laboratório de Otimização de Sistemas Energéticos (LOSE), Departamento de Energia, Faculdade de Enegenharia 
de Guaratinguetá, Instituto de Pesquisa em Bioenergia (IPBEN), Universidade Estadual Paulista(UNESP) 
b Instituto de Ciência e Tecnologia – Campus São José dos Campos, Universidade Estadual Paulista(UNESP) 
*e-mail: repaulino28@yahoo.com.br 
 
Resumo. A tecnologia de gaseificação a plasma está em desenvolvimento e pode ser utilizada para a 
gaseificação de Resíduos Sólidos de Saúde (RSS). O gaseificador a plasma é capaz de converter uma ampla 
variedade de resíduos em gás de síntese, que pode ser utilizado para a geração de energia elétrica e calor. 
Desta forma, este trabalho tem objetivo de apresentar uma análise termodinâmica para determinar o potencial 
de produção de eletricidade a partir da gaseificação a plasma de RSS da cidade de Guaratinguetá-SP. 
 
Palavras-chave: Resíduos sólido de sáude; Gaseificação; Plasma;Eletricidade 
 
1. INTRODUÇÃO 
O Brasil não é exemplo quando se trata do descarte adequado dos Resíduos Sólidos Urbanos (RSU) e 
Resíduos Sólidos de Serviços de Saúde (RSS). De acordo com ABRELPE (2016), cerca de 81 mil 
toneladas/dia de RSU foram inseridos em lixões e aterros controlados. O Relatório do Diagnóstico dos 
Resíduos Sólidos de Serviços de Saúde (RSS), realizado pelo IPEA (2012), apontou que 41,5% dos 
munícipios brasileiros não realizam qualquer tipo de tratamento de RSS. 
Tendo em vista o crescimento da produção de RSU e o descarte inadequado de RSS é de suma importância 
o desenvolvimento e disseminação de tecnologias que possam reduzir ou eliminar estes problemas. Dentre 
as pesquisas relacionadas ao aproveitamento de RSU, destacam-se: confinamento subterrâneo (aterro 
sanitário), reciclagem, compostagem, incineração, digestão anaeróbica e gaseificação. Nem todas estas são 
indicadas para o RSS, pois de acordo com Ricardo Ricchini do site Setor Reciclagem (2018), o maior problema 
do RSS é o lixo infectante classe A e B, que representa um grande risco de contaminação, além de poluir o 
meio ambiente. Desta forma, a tecnologia mais indicada é a gaseificação a plasma, devido a alta intensidade 
da radiação ultravioleta gerada no arco de plasma e a elevada temperatura do processo asseguram uma 
rápida e eficiente destruição de material orgânico contaminado – comum no lixo hospitalar ( LAR, 2011). 
O gaseificador a plasma é capaz de converter uma ampla variedade de resíduos em gás de síntese, que pode 
ser convertido em energia elétrica e energia térmica. O sistema é composto por um recipiente que pode ser 
alimentado com diversos tipos de matérias-primas e por uma (ou várias) tocha(s) de plasma que confere 
elevada temperatura ao processo, além de fazer o controle da atmosfera (redutiva, oxidativa ou neutra) no 
interior do reator. Desta forma, ao invés de promover a queima da matéria-prima, a temperatura permite a 
decomposição de seus elementos orgânicos produzindo hidrogênio, monóxido de carbono, água, além de 
outros compostos simples. O gás produzido é um gás sintético denominado “syngas” ou gás de síntese, e na 
sua forma bruta está contaminado por partículados e elementos volateis indesejáveis como mercúrio, enxofre, 
etc, que estão presentes na matéria-prima. Por essa razão o syngas resultante deve ser submetido a um 
processo pós-tratamento, e então, se tornar adequado para a conversão em outras formas de energia, como 
eletricidade, vapor e combustível (WESTINGHOUSE, 2013). 
2. MATERIAIS E MÉTODOS 
2.1 ANÁLISE TERMODINÂNICA 
Para o processo de gaseificação a plasma foi considerado um motor de combustão interna gerando 
eletricidade para utilizar no gaseificador a fim de produzir gás de síntese a partir dos RSS, os insumos e 
produtos do processo são apresentados na Figura 9. 
 
 
 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
94 
 
Figura 1. Fluxograma do processo de gaseificação a plasma 
Eletricidade
MCI
Gás de síntese
Gases de 
escape
Gaseificador 
a plasma
RSS
Escória
Eletricidade
excedente
 
Fonte: Autoria própria 
 
De acordo com Tendler et. al. (2005) , para gaseificar 1 kg/s de refused derived fuel (biomassa composta por 
lascas de madeira, papel, plástico, tecido, borracha e outros hidrocarbonetos, que é composição aproximada 
dos RSS) são necessário 3,82 MWe produz 2,46 m3/s de gás de síntese com Poder Calorífico Inferior (PCI) 
de 5,88 MJ/m3 . Através da Eq. (1) e (2) é possível obter a potência elétrica requerida no gaseificador e o fluxo 
mássico de gás de síntese produzido. 
�̇�𝑟𝑒𝑞. = (�̇�𝑟𝑒𝑞.)𝑟𝑒𝑓..�̇�𝑅𝑆𝑆(�̇�𝑅𝑆𝑆)𝑟𝑒𝑓. (1) 
�̇�𝑔.𝑠í𝑛𝑡𝑒𝑠𝑒 = (�̇�𝑔.𝑠í𝑛𝑡𝑒𝑠𝑒)𝑟𝑒𝑓..�̇�𝑅𝑆𝑆(�̇�𝑅𝑆𝑆)𝑟𝑒𝑓. (2) 
Sendo: �̇�𝑟𝑒𝑞.: potência elétrica requerida no gaseificador a plasma [MW] (�̇�𝑟𝑒𝑞.)𝑟𝑒𝑓.: potência elétrica requerida no gaseificador a plasma de referência [3,82 MW] �̇�𝑅𝑆𝑆: fluxo mássico de RSS [kg/s] (�̇�𝑅𝑆𝑆)𝑟𝑒𝑓.: fluxo mássico de RSS de referência [1 kg/s] �̇�𝑔.𝑠í𝑛𝑡𝑒𝑠𝑒: vazão volumétrica de gás de síntese de referência [2,46 m3/s] 
 
A energia suprida pelo gás de síntese pode ser obtida pela Eq. (3). 𝐸𝑔.𝑠í𝑛𝑡𝑒𝑠𝑒. = �̇�𝑔.𝑠í𝑛𝑡𝑒𝑠𝑒 . 𝑃𝐶𝐼𝑔.𝑠í𝑛𝑡𝑒𝑠𝑒 (3) 
Quando o combustível a ser utilizado no motor é diferente do gás natural, com menor valor de PCI, Wang, et 
al (2015) propõe a Eq. (4) na determinação da eficiência elétrica. 𝛾𝑒𝑙 . 𝜂𝑒𝑙 = 𝐸𝑝𝐸𝑔.𝑠í𝑛𝑡𝑒𝑠𝑒. (4) 
Onde: 𝛾𝑒𝑙 = 0,102. 𝑃𝐶𝐼𝑔.𝑠í𝑛𝑡𝑒𝑠𝑒𝑃𝐶𝐼𝐺𝑁 + 0,897 (5) 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
95 
 
Sendo: 𝐸𝑔.𝑠í𝑛𝑡𝑒𝑠𝑒.: Energia suprida pelo gás de síntese [kW] 𝐸𝑝: Potência elétrica [kW] 𝑃𝐶𝐼𝑔.𝑠í𝑛𝑡𝑒𝑠𝑒 : Poder Calorífico Inferior do gás de síntese [kJ/m3] 𝑃𝐶𝐼𝐺𝑁 : Poder Calorífico Inferior do gás natural [kJ/m3] �̇�𝑔.𝑠í𝑛𝑡𝑒𝑠𝑒: vazão volumétrica de gás de síntese [m3/s] 𝛾𝑒𝑙: fator de correção do PCI [-] 
2.2 ESTUDO DE CASO 
O Município de Guaratinguetá está localizado na região do Vale do Paraíba do estado de São Paulo. Possui 
uma extensão de 751443 km2 e uma população de 119073 habitantes. Esta cidade produz numa média de 
aproximadamente 7 t/mês nos grandes geradores e de 3 t/mês nos pequenos geradores de Resíduos Sólidos 
de Saúde, totalizando 10 t/mês. 
A SAEG é encarregada de disciplinar e fiscalizar a separação dos RSS nos próprios locais onde são 
originados. Os RSS são encaminhados para a Estação de Transbordo de Guaratinguetá onde, 
separadamente dos demais resíduos comuns, eles são transferidos para veículos da empresa terceirizada 
AGIT Soluções Ambientais Ltda ME para o transporte até a unidade de tratamento. 
Para o tratamento do RSS, o munícipio utiliza de duas opções tecnológicas igualmente recomendáveis do 
ponto de vista ambiental: tratamento por inertização através de microondas ou destruição térmica através da 
incineração. Desta forma, não aproveita o potencial de produção de eletricidade. 
Este estudo do potencial de produção de eletricidade da gaseificação a plasma de RSS considera a produção 
de 10 t/mês de RSS. E ainda, de acordo com Xavier (2016), o motor de combustão interna a gás natural tem 
eficiência elétrica entre 30 e 38%, para este trabalho é considerado 34%. O Poder Calorífico Inferior do gás 
natural é de 35564 kJ/m3 (COPERGÁS, 2019). 
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
Os resíduos sólidos de saúde produzido na cidade de Guaratinguetá podem ser utilizados no processo de 
gaseificação a plasma e gerar 34,16 m3/h de gás de síntese. Com base das equações da seção 2.1 e nos 
dados da seção 2.2 foi possível obter resultados do potencial de produção de eletricidade, energia requerida 
no gaseificador e o excedente de energia elétrica, conforme figura 2. 
 
Figura 2. Eletricidade total, destinada ao gaseificador e excedente 
 
Fonte: Autoria própria 
 
A Figura 02 mostra que a gaseificação dos RSS tem um grande potencial de produção de eletricidade, sendo 
capaz de fornecer toda energia requerida no gaseificador e gerar eletricidade excedente. Tendo em vista 
esses resultados, pode-se afirmar que este processo melhorará o aproveitamento dos RSS, evitando a 
contaminação do meio ambiente e poderá gerar receitas com a comercialização da eletricidade excedente. 
1900ral
1900ral
1900ral
1900ral
1900ral
1900ral
1900ral
1900ral
1900ral
1900ral
1900ral
Eletricidade total Eletricidade
Gaseificador
Eletricidade
Excedente
E
le
tr
ic
id
a
d
e
 [
k
W
]
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
96 
 
4. CONCLUSÃO 
A gaseificação a plasma ainda é pouco difundida pelo seu elevado custo econômico, mas através deste 
trabalho foi possível verificar que quando utilizando para processar RSS evita contaminação do meio ambiente 
e ainda pode gerar receitas através da comercialização da eletricidade excedente. Desta forma, a cidade de 
Guaratinguetá poderia gaseificar os RSS ao invés de incinerar, possuindo o potencial de produzir 17,34 kW 
de eletricidade. 
5. AGRADECIMENTOS 
Este estudo foi financiado pela Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brasil 
(CAPES) - Finance Code 001. 
6. REFERÊNCIAS 
ABRELPE. Associação Brasileira de Empresas de Limpeza Pública e Resíduos Especiais. Panorama dos 
Resíduos Sólidos no Brasil. 2016 
Copergas – Disponível em :https://www.copergas.com.br/produtos/. Acessado em 26/07/2019 
IPEA. Instituto de Pesquisa Econômia Aplicada. Diagnóstico dos Resíduos Sólidos de Serviços de Saúde. 
2012. 
LAR. Laboratório de Análise de Resíduos (UERJ - Universidade do Estado do Rio de Janeiro). Tecnologia 
de Plasma. 2011. 
Tendler M., Rutberg P., Oost G. V. Plasma based waste treatment and energy production. Plasma Physics 
and Controlled Fusion, v.47, pp. 219-230, 2005. 
Xavier B. H. Aspectos Termodinâmicos, Ecológicos E Econômicos De Sistemas De Cogeração Com 
Motores De Combustão Interna Operando Com Gás Natural, Biogás E Gás De Síntese. Dissertação 
(Mestrado em Engenharia Mecânica) – Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá – UNESP, Guaratinguetá, 
2016. 
WANG, J. ; MAO, T. ; SUI, J. ; JIN, H. “Modeling and performance analysis of CCHP (combined cooling, 
heating and power) system based on co-firing of natural gas and biomass gasification gas”. Energy. 
Elsevier: 2015. v. 93 p. 801-815. 
WESTINGHOUSE Plasma Corp. Disponível em: http://www.westinghouseplasma.com/waste_to_energy. 
2013.
https://www.copergas.com.br/produtos/
 
 
 
97 
 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
Unesp, Campus de Guaratinguetá, São Paulo, Brasil 
 
Data: 1 e 2/Outubro/2019 
Local: InovEE – Centro de Inovação em Eficiência Energética 
 
 
DETERMINAÇÃO DOS COEFICIENTES CONVECTIVOS EM TUBOS ALETADOS NÃO 
PADRONIZADO 
 
Rodrigo Ducatti Marson a*; Alex Mendonça Bimbato a; José Alexandre Matelli a 
 
aUNESP/FEG, Departamento de Energia, Guaratinguetá, Brasil, 
*e-mail: rducattimarson@gmail.com 
 
Resumo. Os trocadores de calor possuem superfícies de inúmeras geometrias e materiais, dimensionadas 
para promoverem a troca térmica de maneira controlada. Em trocadores de calor que envolvem escoamentos 
gasosos, o uso de tubos aletados é comum. Porém, a literatura apresenta correlações experimentais para 
uma classe limitada e padronizada de diâmetros de tubo, aletas e o passo. Neste trabalho, pretende-se obter 
uma correlação experimental para tubos aletados não padronizados de aço carbono existentes no mercado 
nacional. Os tubos foram testados em um túnel de vento disponível no Laboratório de Mecânica dos Fluidos 
do Departamento de energia - UNESP/FEG. 
 
Palavras-chave: Trocador de calor; aletas; correlação experimental; túnel de vento. 
 
1. INTRODUÇÃO 
Na última década o Brasil viveu um bom momento econômico com altas taxas de crescimento. Hoje em dia, 
em tempos de crises econômicas, se faz ainda mais necessária a economia de recursos. Em uma análise 
conduzida por Taylor et al. (2012), estima-se que o impacto socioeconômico de pesquisas em processos de 
transferência de calor corresponda a uma adição de valor de 10% em setores selecionados da economia dos 
EUA (Figura 1). Em termos absolutos, são 110 bilhões de dólares de potencial valor agregado anual, 
equivalentes a 0,76% do PIB total dos EUA em 2010. Uma extrapolação simples destes dadospara a 
realidade brasileira indicaria um impacto positivo de US$15,6 bilhões (R$60 bilhões) anuais, tendo como base 
o PIB do Brasil de US$2,05 trilhões em 2017. 
 
Figura 1. Valor estimado a ser adicionado ao PIB dos EUA em 2010. 
 
Fonte: Taylor et al. (2012) 
 
A presente pesquisa surge da inexistência de informações na literatura sobre coeficientes convectivos de um 
tipo particular de superfície estendida, chamado de tubo aletado não padronizado. Embora estudos sobre as 
correlações experimentais para coeficientes convectivos disponibilizadas por London e Kays (1964) sejam 
detalhados há mais de meio século para tubos padronizados, tais correlações não se aplicam aos perfis de 
tubos ASTM disponíveis atualmente no mercado brasileiro, o que causa dificuldades no projeto de trocadores 
de calor que envolvem escoamentos gasosos e que, tipicamente, requerem perfis aletados. 
O objetivo deste trabalho é determinar experimentalmente o coeficiente convectivo de transferência de calor 
em tubos aletados não padronizados. A partir deste coeficiente, pretende-se propor uma correlação 
experimental generalizada para este tipo de tubo. Para tanto, amostras de tubos aletados são ensaiadas em 
um túnel de vento do Laboratório de Fluidos do Departamento de Energia. 
2. MATERIAIS E MÉTODOS 
Apesar do avanço verificado na área computacional, a abordagem experimental é imprescindível para tratar 
de problemas envolvendo transferência de calor em tubos aletados, como é o caso do presente trabalho. 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
98 
 
Segundo Anoop, Balaji, Velusamy (2015), a abordagem experimental é insubstituível, até para garantir a 
precisão de um modelo numérico que depende de vários aspectos como condições de contorno do problema, 
qualidade da malha gerada para delimitar o domínio computacional, modelo de turbulência etc. 
2.1 CONCEPÇÃO DO EXPERIMENTO 
O aparato experimental é mostrado na Figura 2. O túnel de vento de circuito aberto (tipo Blower) é composto 
por um motor elétrico, com inversor de frequência, acoplado a um ventilador. O escoamento é uniformizado 
por uma malha homogeneizadora, entra na seção de testes e é descarregado para a atmosfera. 
 
Figura 2. A esquerda e centro, bancada de testes do Laboratório. A direita, tubo aletado. 
 
Fonte: Autoria própria 
2.2 PROJETO DO TUBO ALETADO 
Com o intuito de medir a troca de calor de tubos aletados não padronizados em laboratório, amostras foram 
projetadas e fabricadas conforme a norma ASTM (American Society for Testing and Materials). As amostras 
são fabricadas a partir de um tubo liso ao qual são acrescentadas as aletas (Figura 2). O material utilizado é 
o aço carbono A-53 Gr.B. 
2.3 INSTRUMENTAÇÃO E PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
Uma correlação experimental para determinação de coeficientes convectivos requer diversos dados 
experimentais. Assim, devem ser medidos a temperatura do ar na seção de testes, a potência dissipada pela 
resistência elétrica utilizada para aquecer o tubo, a temperatura na superfície do tubo aletado e a velocidade 
do escoamento de ar. A potência dissipada é medida com wattímetro. Para minimizar perturbações no 
escoamento a montante, o termopar foi fixado na região da esteira viscosa, conforme mostrado na Figura 3. 
 
Figura 3. Croqui ilustrativo da posição dos sensores a esquerda e do termopar a direita 
 
Fonte: Produção do próprio autor 
 
As temperaturas da superfície do tubo e da corrente livre do escoamento são medidas com termopares tipo 
J em intervalos de 5 segundos e registradas em arquivo no formato csv. Com isto, são obtidos por volta de 
1500 pontos de temperatura para cada tubo, a partir dos quais são geradas as curvas de temperatura em 
função do tempo. Nos ensaios realizados neste trabalho, quatro rotações do ventilador foram testadas: 450 
rpm (15 Hz), 900 rpm (30 Hz), 1350 rpm (45 Hz) e 1800 rpm (60 Hz). As diferentes rotações estão relacionadas 
com diferentes velocidades de escoamento e, portanto, a diferentes números de Reynolds e diferentes taxas 
de transferência de calor. A velocidade da corrente livre é medida com anemômetro de fio quente, sendo que 
a velocidade de corrente livre a montante foi adotada como a de referência para o número de Reynolds de 
acordo com Morales e Loredo (2018). 
3. RESULTADOS PRELIMINARES 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
99 
 
Dados experimentais da temperatura superficial das amostras para diferentes rotações são apresentados na 
Figura 4 para o tubo liso (sem aletas) e com aletas de passo 5mm, 10mm e 15 mm. Pode-se notar que, para 
uma mesma rotação, as maiores temperaturas superficiais são medidas para o tubo liso, seguido dos tubos 
aletados com passos 15 mm, 10 mm e 5 mm. Este resultado é esperado, pois a sequência anterior é a mesma 
do tubo com menor área de troca térmica para a maior, já que, quanto menor o passo, maior será a quantidade 
de aletas no tubo. 
 
Figura 4. Curvas da temperatura superficial e da temperatura do ar atmosférico. 
 
 
Fonte: Autoria própria 
3.1 COEFICIENTES DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR 
Tomando os valores de temperatura da superfície dos tubos em regime permanente (i.e., quando os perfis de 
temperatura superficial se tornam praticamente horizontais em cada rotação) e a potência 𝑞𝑒𝑙 lida no 
wattímetro, é possível determinar o coeficiente de transferência de calor convectivo médio ℎ̅𝑆 de cada 
superfície para determinada rotação (Eq. 1). O número de Nusselt médio 𝑁𝑢̅̅ ̅̅ 𝐷 é então calculado de acordo 
com a Eq. 2. Para o tubo liso, o número de Nusselt obtido é comparado com os obtidos por correlações 
consagradas (Hilpert: 𝑁𝑢̅̅ ̅̅ 𝐷,ℎ; Zukauskas: 𝑁𝑢̅̅ ̅̅ 𝐷,𝑧; Churchill-Bernstein: 𝑁𝑢̅̅ ̅̅ 𝐷,𝑐), conforme mostrado na Tab. 1. ℎ̅𝑆 = 𝑞𝑒𝑙𝐴𝑠.(𝑇𝑠−𝑇∞) (1) 𝑁𝑢̅̅ ̅̅ 𝐷 = ℎ̅𝑠𝐷 𝑘𝑎⁄ (2) 
Tabela 1. Nusselt obtido para tubo liso comparado com os obtidos por correlações consagradas 𝑇𝑓 (°C)* ℎ̅𝑆 (W/m²K) 𝑢∞ (m/s) 𝑁𝑢̅̅ ̅̅ 𝐷 𝑁𝑢̅̅ ̅̅ 𝐷,ℎ 𝑁𝑢̅̅ ̅̅ 𝐷,𝑧 𝑁𝑢̅̅ ̅̅ 𝐷,𝑐 
117,5* 70,8 6,3 (15 Hz) 46,87 34,79 53,77 38,29 
88,0* 102,5 12,6 (30 Hz) 72,54 58,17 81,33 60,35 
74,8* 128,6 17,5 (45 Hz) 93,97 74,26 98,92 75,51 
67,0* 152,1 23,2 (60 Hz) 113,3 90,62 117,0 91,07 
 0,0003 0,5 0,002 
* Temperatura de filme: média entre as temperaturas de superfície e de corrente livre. 
Fonte: Autoria própria 
 
Os valores do número de Nusselt experimental estão dentro da faixa das correlações clássicas para todos os 
números de Reynolds. O teste de qui-quadrado de Pearson é aplicado e mostra que há correlação entre os 
resultados experimentais com os de Zukauskas, mas não com as demais correlações. Porém, as correlações 
Tubo liso (sem aletas) 
Tubo aletado (passo=15mm) 
Tubo aletado (passo=10mm) 
Tubo aletado (passo=5mm) 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
100 
 
consagradas de Nusselt apresentam precisão típica da ordem de 20% (INCROPERA; DEWITT, 2014). A 
Figura 5 mostra os resultados experimentais comparados com as correlações em que o teste de Pearson 
resulta negativo, considerando erros de 20%. A faixa cinza corresponde à possibilidade das correlações 
apresentarem resultados similares. Isto, aliado com o teste de Pearson positivo para a correlação de 
Zukauskas, permite considerar que o experimento proposto tem capacidade de gerar resultados confiáveis e 
é razoável extrapolar essa confiança para o caso dos tubos aletados. 
 
Figura 5. Comparação entre os resultados experimentais e as correlações com teste de Pearson. 
 
Fonte: Autoria própria 
3.2 OBTENÇÃO DE CORRELAÇÕES EXPERIMENTAIS 
As correlações têm a forma 𝑁𝑢̅̅ ̅̅ 𝐷 = 𝑓(𝑅𝑒𝐷 , 𝑃𝑟). Para tubos lisos, a correlação é dada pela Eq. (3), válida para 𝑃𝑟 ≈ 0,7 e 5000 ≲ 𝑅𝑒𝐷 ≲ 26000. Para os tubos aletados, a Eq. (3) será adaptada para levar em conta o passo 
P e o diâmetro da aleta Da (Eq. 4). Os coeficientes C, m e q serão determinados experimentalmente.𝑁𝑢̅̅ ̅̅ 𝐷 = 0,336𝑅𝑒𝐷0,57𝑃𝑟1/3 (3) 𝑁𝑢̅̅ ̅̅ 𝐷 = 𝐶𝑅𝑒𝐷𝑚𝑃𝑟1/3 (𝐷𝑎𝑃 )𝑞
 (4) 
4. CONSIDERAÇÕES FINAIS 
Os resultados obtidos até agora são consistentes e estão dentro do esperado. Para tubo liso, foi obtida 
correlação com resultados dentro da faixa das correlações clássicas, incluindo resultado estatisticamente 
significativo comparado com a correlação de Zukauskas. Assim, considera-se que o experimento é capaz de 
gerar resultados confiáveis e é razoável extrapolar essa confiança para o caso dos tubos aletados. O próximo 
passo envolve justamente propor uma correlação para os tubos aletados não padronizados a partir de 
regressão linear dos dados experimentais. 
5. AGRADECIMENTOS 
Aos técnicos do DEN Rodolfo e Rizato, que me ajudaram a preparar e conduzir os experimentos; à empresa 
Ferlex pela disponibilização das amostras; à empresa Novus, na figura do Eng. Gabriel Dallacqua, pela 
disponibilização dos sensores; e à empresa Brasa, na figura do Sr. Robson Mangini, pela realização da 
brasagem nos tubos aletados. 
6. REFERÊNCIAS 
TAYLOR R.A.; PHELAN, P. E.; OTANICAR, T.; PRASHER, R. S. Socioeconomic impacts of heat transfer 
research. International Communications in Heat and Mass Transfer, v. 39, p. 1467-1473, 2012. 
ANOOP, B.; BALAJI, C.; VELUSAMY, K. A characteristic correlation for heat transfer over serrated finned 
tubes. Annals of Nuclear Energy, v.30, p. 1052–1065, 2015. 
MORALES, A.; LOREDO, Y. A. Identifying the geometry parameters and fin type that lead to enhanced 
performance in tube-and-fin geometries. Applied Thermal Engineering, v. 131, p. 793-805, 2018. 
LONDON, A. L.; KAYS, W. M.; Compact Heat Exchangers. 2. ed. New York: McGreaw-Hill Books Company, 
1964. 
INCROPERA, F.P.; DEWITT, D.P.; Fundamentos de Transmissão de Calor e Massa. 6. ed. Rio de Janeiro: 
LTC, 2008, p. 224,267,425-426.
 
 
 
101 
 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
Unesp, Campus de Guaratinguetá, São Paulo, Brasil 
 
Data: 1 e 2/Outubro/2019 
Local: InovEE – Centro de Inovação em Eficiência Energética 
 
 
IMAGEM DE ONDAS DE DETONAÇÃO DE HIDROGÊNIO-AR PELO SISTEMA DE 
SCHLIEREN 
 
Samir B. Rojas Cháveza*; Diego J. Mariños Rosadoa; João Andrade de Carvalhoa; Andrés 
Mendiburub ; Deanna Lacoste c 
 
aUniverisidade estadual Paulista-FEG 
bUniversidade Federal do Rio Grande do Sul. 
cKing Abdullah University of Science and Technology 
*e-mail: samir.rojaschavez@homail.com 
 
Resumo. A combustão em alta velocidade é uma área promissora nestes últimos anos, devido a sua alta 
aplicabilidade no conhecido ciclo de pressão de ganho que pode aproveitar mais energia em aplicações reais 
como turbinas e foguetes. Este fenômeno é chamado de detonação, esta pesquisa visa capturar imagens de 
detonações de onda na condição de Chapman Jouguet . Uma bancada de testes de detonação teve que ser 
projetada em conjunto com um sistema Schlieren para visualizar a causa do gradiente de densidade pela 
frente de choque e pela zona de reação. As imagens mostram uma frente plana quiasi . Apenas em condições 
de pressão e estiométrica mais baixas, algumas ondas de haste e reflexões de Mach foram apreciadas.. 
 
Palavras - chave: Hidrogênio-ar ; Detonação ; Schlieren ; Frente de onda 
 
1. INTRODUÇÃO 
Em comparação com os ciclos termodinâmicos clássicos de constante de volume ou pressão constante, o 
regime de detonação da combustão poderia aumentar em 40% a eficiência dos motores. Por muito tempo 
restrito a aplicações militares, devido à questão energética global, as aplicações civis de detonações 
receberam um interesse crescente durante a última década. Um dos principais desafios neste campo de 
pesquisa é obter uma detonação auto-sustentada para misturas práticas de oxidação de combustível (por 
exemplo, querosene-ar), em uma configuração com dimensões típicas comparáveis às de uma turbina a gás 
comercial. 
Enquanto a caracterização quantitativa de chamas em termos de temperatura e espécies químicas é prática 
corrente, o estudo experimental das propriedades de detonação é principalmente restrito à determinação da 
velocidade de detonação, pressão global e estrutura de gradiente de densidade. Informações como a 
temperatura ou a densidade dos campos de radicais hidroxila em uma frente de detonação nunca foram 
medidas. No entanto, para entender melhor os mecanismos de detonação e ajudar na validação de modelos 
de detonação e simulações numéricas, esses dados são cruciais. 
Neste contexto, o principal objetivo do projeto é adaptar uma técnica óptica não intrusiva amplamente utilizada 
na comunidade de combustão, Schlieren. Esta técnica fornecerá como o gradiente de densidade gerado pela 
frente de onda e zona de reação da detonação. O propósito de usar esta técnica é encontrar a condição 
quando a frente de onda é planar, assim como detectar estruturas básicas de detonação como ondas de 
haste de Mach, beirais de reflexão e ondas incidentes. Este resultado será útil para aplicar a seguinte técnica, 
fluorescência induzida por laser planar em OH, na caracterização de uma detonação por H2 - ar. Para 
trabalhar com fluido supersônico, existem muitos desafios para obter frentes confiáveis de detonação, 
incluindo medições de um único tiro, sincronização, etc. 
2. METODOLOGIA 
Este estudo tem como objetivo obter medidas de temperatura da onda de detonação pela técnica PLIF de 2 
cores em OH em uma configuração bem caracterizada. Para conseguir isso, primeiro é necessário obter uma 
frente de onda plana, qual é o objetivo principal deste artigo. Durante esta etapa preliminar, a incerteza das 
medições, média e single shot, será caracterizada. Em segundo lugar, o sistema será implementado em um 
equipamento de teste de detonação 2D, equipado com acesso óptico para diagnóstico por laser. Um dos 
principais desafios será a sincronização do sistema PLIF com a chegada da frente de detonação na área de 
medição. De fato, a frente de detonação se propaga a uma velocidade de aproximadamente 2000 m / s, e o 
jitter entre dois eventos na chegada da área de medição pode ser tão grande quanto 1 ms . A sincronização 
exigirá medições de tempo de voo e análise da frente de propagação de detonação. Finalmente, o pós-
processamento das imagens de Schielen será realizado para determinar se a onda frontal é plana ou não. 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
102 
 
A técnica Schlieren é um método óptico não invasivo usado para visualizar gradientes de densidade óptica 
em meios transparentes. Em face, um nome sucinto, na Alemanha, para essas perturbações gradientes de 
meios transparentes não homogêneos : schlieren (Settles, 2001). O princípio básico envolve a deflexão de 
feixes de luz em gradientes de densidade óptica. A técnica schlieren pode ser aplicada para pesquisa em 
gases, líquidos e matéria sólida e é usada principalmente hoje para pesquisa científica, embora a aplicação 
original fosse técnica. A técnica schlieren é freqüentemente usada para investigar processos de transferência 
de calor e massa em gases e líquidos. Devido à tridimensionalidade dos processos investigados 
(especialmente se a geometria da inomogenidade investigada é complexa), é quase impossível obter 
resultados quantitativos sobre o gradiente de densidade a partir da imagem de schlieren. Se a geometria é 
conhecida e simples (esfera, cilíndrica, etc.), é possível estimar o gradiente de densidade e obter resultados 
quantitativos. A desvantagem de um sistema schlieren é que as deflexões do feixe de luz e, portanto, os 
gradientes de densidade, são integrados em uma dimensão do volume investigado. Cada configuração de 
schlieren consiste em uma fonte de luz, uma cabeça de schlieren, a borda de schlieren e uma lente de 
focalização. A primeira montagem sugerida pelo Toepler é simples e, portanto, útil para explicar os princípios 
básicos (Davidenko et al., 2014). Para o ar e outros gases, existe uma relação linear simples entreo índice 
de refração e a densidade do gás ρ: 
n-1=k ρ (1) 
O coeficiente de Gladstone-Dale, k, é de cerca de 0,23 cm ^ 3 / g para o ar em condições padrão, com 
iluminação visível. Para outros gases, pode variar aproximadamente de 0,1 a 1,5. Em substância, no entanto, 
o índice de refração dos gases comuns varia apenas na terceira ou quarta casa decimal. A refratividade (n - 
1) de um gás depende da composição, temperatura e densidade do gás e do comprimento de onda da 
iluminação. A Fig. 1 mostra nossa configuração de Schlieren adaptada a uma bancada de testes de 
detonação. A mistura usada nos experimentos é hidrogênio e ar, na razão de equivalência de 1, 0,9, 0,8 e 
0,7, 1 bar e 0,5 bar condições iniciais (Pintgen , 2000) . 
 
Figura 2. Configuração Schlieren adaptada para banco de testes de detonação 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Autoria própria 
3. RESULTADOS 
O sistema Schlieren, instalado próximo a bancada experimental de detonações, tomou as próximas imagens 
sob diferentes condições. Para ver a onda passando pelo acesso óptico, foi modificada a resolução da câmera 
e aumentar a taxa de quadros, a sequência das imagens é mostrada abaixo para a razão de equivalência de 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
103 
 
0,8. Para esta corrida, a velocidade medida foi validada com taxa de quadros e campo de visão na câmera, 
tendo um bom acordo. Não é possível ver muitos detalhes nessas imagens, mas para validação de velocidade 
é informação vital. 
 
Figura 2. Schlieren imagem de uma onda de detonação, condições iniciais 0,8 equivalências e 1bar 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Autoria própria 
 
Para distinguir as influências da razão de equivalência, tiramos três imagens em 0,7, 0,8 e 0,9 equivalência e 
1bar. Os resultados mostram que trabalhando na razão de equivalência de 0,7 é possível ver algumas hastes 
Mach e incidentes que são criados em detonação. No entanto, esta razão de equivalência não é reprodutível, 
uma vez que o evento de detonação acontece estocasticamente. Para a taxa de equivalência de 0,8 e 0,9, as 
imagens estão borradas e não é possível detectar nenhum choque incidente ou haste Mach. O motivo é 
devido à sobreposição de detonações de células para o alto tempo de exposição aplicado na câmera rápida 
CMOS. 
 
Figura 3. Shlieren imagem de uma onda de detonação, em (a) = 0,7 ER, (b) = 0,8 ER e (c) = 0,9, para todos 
os casos em 1bar 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Autoria própria 
 
A pressão é um fator importante que precisa ser mais estudado, pois, de acordo com a Figura 19, o choque 
incidente, a haste do Mach e a onda de reflexão são ligeiramente evidentes. Esta imagem foi tirada em 
condições estequiométricas e 0,5 bar. 
 
 
 
 
 
Mach 
stem 
Incident 
shock 
(a) (b) (c) 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
104 
 
Figura 4. Imagem de Schlieren de uma onda de detonação, a 0,5 bar e 1 razão de equivalência 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Autoria própria 
4. CONCLUSÃO 
Os resultados obtidos na pesquisa mostraram um conhecimento útil sobre a influência da razão de pressão e 
equivalência na visualização de uma onda de detonação. Realizar experimentos em condições iniciais que 
possam ter um tamanho de célula na ordem de ½ da largura da seção transversal está afetando a qualidade 
dos quadros de Schlieren, pois uma aglomeração de células pode perturbar a deflexão da luz, condiciona as 
condições iniciais de acordo com a base de dados fornecida por Shepherd são 1 bar e 0,7, 0,8, 0,9 e 1 razão 
de equivalência. O tamanho da célula para essas condições é da ordem de 10 mm, que é a metade da largura 
da seção transversal (20 mm). Finalmente, baixas pressões como 0,5 bar e 1 razão de equivalência parecem 
ser a melhor opção para obtenção de imagens confiáveis, já que seu tamanho celular é próximo a 20 mm (16 
mm) e a radiação emitida pela combustão tem nível mais baixo que reduz a interferência entre luz proveniente 
da fonte pontual e da radiação de combustão. 
5. AGRADECIMENTOS 
Esta pesquisa é graças ao apoio econômico da CAPES e dos serviços de laboratório da Universidade de 
Ciência e Tecnologia King Abdullah. 
6. REFERÊNCIAS 
SETTLES, G., 2001. Schlieren and Shadowgraph Techniques. Springer. 
PINTGEN, F., 2005. Detonation diffraction in mixtures with various degrees of instability. California 
Institute of technology. 
DAVIDENKO, D., AUSTIN, J.M., PINTGEN, F., SHEPHERD, J.E., ME, R., 2014. Application of a laser 
induced fluorescence model to the numerical simulation of detonation waves in hydrogen-oxygen and 
diluent mixtures. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2014.01.182
 
 
 
105 
 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
Unesp, Campus de Guaratinguetá, São Paulo, Brasil 
 
Data: 1 e 2/Outubro/2019 
Local: InovEE – Centro de Inovação em Eficiência Energética 
 
 
ANÁLISE DAS OPORTUNIDADES DE INSERÇÃO DE VEÍCULOS ELÉTRICOS NA 
MATRIZ ENERGÉTICA BRASILEIRA 
 
Sofia Glyniadakisa*; José Antônio Perrella Balestieri 
 
aUniversidade Estadual Paulista (UNESP), Faculdade de Engenharia, Guaratinguetá 
*e-mail: sofiagly@gmail.com 
 
Resumo. O presente trabalho tem como o objetivo analisar a situação da matriz energética brasileira, 
salientando pelo lado do consumo a energia utilizada para o transporte e pelo lado da geração as fontes de 
produção elétrica, a fim de correlacioná-las e criar oportunidades em diferentes cenários para a inserção de 
veículos elétricos no modal rodoviário brasileiro. No Brasil, tal relação deve considerar os impactos impostos 
pela dimensão continental do país e sua dependência ao transporte rodoviário, bem como a necessidade de 
se manter uma matriz elétrica essencialmente renovável e livre de emissões de gás carbônico, fazendo jus a 
uma simulação quanto às consequências futuras do uso de veículos elétricos. 
 
Palavras-chave: Mobilidade elétrica; Frota automotiva brasileira; Planejamento energético automotivo; 
Recursos renováveis; Transporte rodoviário no Brasil. 
 
1. INTRODUÇÃO 
Segundo Zioni; Freitas (2015), uma condição essencial para o desenvolvimento é a questão do transporte, o 
que engloba tanto a implementação de tecnologia quanto ao aspecto ambiental. Na compreensão da atual 
política de transportes no Brasil, tornou-se necessária uma análise histórica do modelo de planejamento e de 
desenvolvimento do sistema de transporte rodoviário brasileiro (PEREIRA; LESSA 2011). 
Entretanto, o consumo contínuo de veículos tem acarretado graves problemas climáticos. De acordo com o 
Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas, 75% das emissões de CO2 dos últimos 20 anos 
derivam da queima de combustíveis fósseis. A ideia do emprego do veículo elétrico tem por objetivo promover 
a substituição do petróleo por fontes de energia renovável e não poluentes, que ofereceriam maior qualidade 
de vida às cidades. O mundo inteiro tem somado esforços nesse sentido (DE; DO 2013). 
De acordo com Dijk; Orsato (2013), a tecnologia de automóveis elétricos vem ganhando força pelo mundo 
desde 2005, quando montadoras começaram a investir fortemente na difusão desta tecnologia. As principais 
barreiras desde então são a fonte desta energia elétrica que alimenta o automóvel, e as consequentes 
políticas de emissão de carbono. Em um país como o Brasil, onde a matriz energética elétrica é 
essencialmente renovável, a inserção da mobilidade elétrica em larga escala é amplamente passível de 
análise. 
2. MATERIAIS E MÉTODOS 
Garcia et al. (2017) apresentam uma análise detalhada sobre as baterias, uma questão que precede a esse 
tema, e atual barreira para a implementação de veículos elétricos em larga escala. Mas antes de discutir isso, 
é necessário discutir a origem da energia elétrica empregada, que não é necessariamenterenovável e livre 
de emissões de poluentes. Como exemplo, o IER- Institute for Energy Research. Electric Vehicles in Germany 
Emit More Carbon Dioxide Than Diesel Vehicles. comparou as emissões de CO2 de um Tesla Model 3 
(elétrico) e um Mercedes C220d (diesel), e quando considerada a cadeia de produção como um todo 
(fabricação da bateria e origem da energia elétrica), e veículo a diesel emitiu menos CO2 (141 gramas por 
quilometro, comparada a uma faixa entre 156 e 181 gramas do veiculo elétrico). Por outro lado, a França, por 
possuir uma base nuclear de produção de energia elétrica, não apresenta a mesma contradição no uso de 
veículos elétricos. 
2.1 MATRIZ ENERGÉTICA BRASILEIRA 
A Empresa de Pesquisa Energética elabora e publica anualmente o Balanço Energético Nacional (BEN), 
contabilizando a oferta e o consumo de energia no Brasil Empresa de Pesquisa Energética (2017). É essencial 
então compreender o estado atual do setor de produção de energia, a fim de contabilizar a emissão que será 
proveniente dos veículos elétricos. A Figura 1 compara a participação de fontes renováveis na geração de 
energia elétrica entre o Brasil e o mundo. 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
106 
 
Figura 1. Participação de renováveis na Matriz Energética Brasileira. 
Fonte: Balanço Energético Nacional 2017 
 
Pode-se inferir com a análise da Figura 1 um crescimento da participação de energias renováveis na matriz 
brasileira, sendo que estas compreendem entre biomassa de cana (17,5%), hidráulica (12,6%), lenha e carvão 
vegetal (8,0%) e lixívia e outras renováveis (5,4%). Comparando os valores de 2014, o Brasil supera em 
relação ao mundo em mais de 3,22 vezes a participação de fontes renováveis. Este, portanto, é o primeiro 
indicador positivo a ser considerado quanto à implementação de veículos elétricos, como discute White et al. 
(2013) sobre a importância do emprego de fontes renováveis e de consequentes políticas governamentais 
para a sustentabilidade das indústrias. A Figura 2 discrimina o consumo final de energia por fonte. 
 
Figura 2. Consumo Final de Energia por Fonte no Brasil no ano de 2016. 
Fonte: Balanço Energético Nacional 2017 
 
No ano de 2016, a Empresa de Pesquisa Energética (2017) considerou que 32,4% do uso de energia foi 
destinado ao setor de transportes, englobando essencialmente o etanol, óleo diesel e a gasolina. Destes, só 
o primeiro que representa 5,6%, como representado na Figura 2, é uma fonte renovável e considerada limpa; 
assim apenas 20% do consumo de energia nos transportes é renovável de acordo com a sua matriz. A Figura 
3 expõe a matriz elétrica brasileira no mesmo ano. 
Segundo a Empresa de Pesquisa Energética (2017), a energia elétrica brasileira possui em sua totalidade 
81,7% de participação de fontes renováveis, principalmente em virtude da queda da participação de 
termelétricas e ao incremento do uso de geração eólica e hidráulica, e sua setorização é representada na 
Figura 3. Em contrapartida, em data similar o mundo utiliza apenas 21,2% de fontes renováveis na geração 
de energia elétrica. 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
107 
 
Figura 3. Matriz Elétrica Brasileira no ano de 2016. 
 
Fonte: Balanço Energético Nacional 2017 
2.2 EVOLUÇÃO DA DEMANDA ENERGÉTICA NO MODAL DE TRANSPORTES 
Pereira; Lessa (2011) destacam a importância de políticas de desenvolvimento do transporte rodoviário no 
Brasil, especialmente devido ás dimensões continentais da nação e a alta dependência logística que diversas 
áreas estratégicas industriais possuem do modal rodoviário. Neste enfoque, tem-se além do desenvolvimento 
de infraestrutura rodoviária e industrial, a fim de suprir a demanda por veículos, a necessidade da fonte de 
energia para fazer esse intrínseco sistema operar de maneira sustentável. Questões como o preço do 
combustível fóssil já são complexas, e podem acarretar crises no país, assim como no ano de 2018. De 
Andrade Guerra et al. (2015) consideram os cenários de demanda e fornecimento de energia para os 
principais setores do Brasil em uma perspectiva 2030, representado na Figura 4. 
 
Figura 4. Evolução na Demanda de Transportes. 
Fonte: De Andrade Guerra et al. (2015). 
 
Além de expor a tendência crescente da demanda de energia para a finalidade de transportes, De Andrade 
Guerra et al. (2015) determinam que essa mudança é em sua essencia originária da expansão rodoviária 
nacional, ou seja, todo esse aumento se dará em conta do uso de veiculos e transporte de bens de consumo. 
Para suprir a nova demanda tanto em industrias quanto em residencias, o Brasil já se famliariza a adequação 
tecnológica se favorecendo a tornar-se um dos países com menores taxas de emissão de carbono. O setor 
de transportes, porém, ainda é uma barreira a ser vencida, pois a única politica de planejamento estudada é 
o uso de etanol proveniente de cana de açúcar, destacando-se o programa RenovaBio. 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
108 
 
2.3 CONSIDERAÇÕES SOBRE VEICULOS ELÉTRICOS 
Um atual obstáculo para o uso de veículos elétricos é a sua bateria, que além de limitações quando a 
autonomia do veiculo vida útil, é por si um resíduo devido a sua composição, e Garcia et al. (2017) sugerem 
no contexto automotivo perspectivas de análise de aproveitamento energético considerando um 
encadeamento de eficiências desde sua fonte até cada passo da cadeia de transmissão e conversão da 
energia, elucidando, assim, diversos cenários em função da perspectiva de evolução tecnológica, inclusive a 
da inclusão do conceito de EcoBatts, do reaproveitamento interno de subsistemas do veículo. 
Dadas as considerações apresentadas, é possível realizar o processo de predição estratégica da viabilidade 
e vantagens da inserção dos veículos elétricos; entretanto, para uma análise final de sua implementação é 
necessário considerar alguns fatores em uma simulação, estes levantados por Wang et al. (2016) quando 
estudando a inserção de veículos híbridos, mas que são de comum senso a veículos puramente elétricos: há 
um caminho entre a percepção de um indivíduo entre a consciência ambiental e uma efetiva atitude (no caso 
a opção entre um veículo elétrico e um a combustão interna), que permeia fatores subjetivos de concepção 
do meio a sua volta e normas morais, e se levadas em conta em uma política governamental são mutuamente 
influenciadas, criando a necessidade da fixação de fatores sequencialmente e assim criando diversos 
cenários possíveis. 
3. AGRADECIMENTOS 
O presente trabalho é resultado de pesquisa de pós-graduação (mestrado) e foi realizado com o apoio da 
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – Brasil (CAPES) – Código de Financiamento 
001. 
4. REFERÊNCIAS 
DE ANDRADE GUERRA, J. B. S. O.; DUTRA, L.; SCHWINDEN, N. B. C.; ANDRADE, S. F. DE. Future 
scenarios and trends in energy generation in Brazil: Supply and demand and mitigation forecasts. Journal of 
Cleaner Production, v. 103, p. 197–210, 2015. 
DE, R.; DO, S. IMPACTOS DO CONSUMO COLABORATIVO DE VEÍCULOS ELÉTRICOS NA CIDADE DE 
SÃO PAULO. , p. 33–62, 2013. 
DIJK, M.; ORSATO, R. J. The emergence of an electric mobility trajectory. , v. 52, p. 135–145, 2013. 
EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA. Balanço Energético nacional 2017: Ano base 2016, Relatório 
Síntese. 2017. 
GARCIA, J.; MILLET, D.; TONNELIER, P.; RICHET, S. A novel approach for global environmental 
performance evaluation of electric batteries for hybrid vehicles Rapha e. , v. 156, p. 406–417, 2017. 
PEREIRA, L. A. G.; LESSA, S. N. O processo de planejamento e desenvolvimento do transporte rodoviário 
no Brasil. Caminhos de Geografia - Instituto de Geografia, v. 12, n. 40, p. 26–45, 2011. Disponível em: 
<http://dx.doi.org/10.14393/rcg.v12i40.16414.g9175>. . 
WANG, S.; FAN, J.; ZHAO, D.; YANG, S. Predicting consumers ’ intention to adopt hybrid electric vehicles : 
using an extended versionof the theory of planned behavior model. Transportation, v. 43, n. 1, p. 123–143, 
2016. Springer US. 
WHITE, W.; LUNNAN, A.; NYBAKK, E.; KULISIC, B. The role of governments in renewable energy: 
Theimportance of policy consistency. Biomass and Bioenergy, v. 57, p. 97–105, 2013. Elsevier Ltd. 
Disponível em: <http://dx.doi.org/10.1016/j.biombioe.2012.12.035>. . 
ZIONI, S.; FREITAS, S. R. DE. Aspectos ambientais no Plano Nacional de Logística e Transporte do Brasil. 
Desenvolvimento e Meio Ambiente, v. 35, p. 195–208, 2015. Disponível em: 
<http://revistas.ufpr.br/made/article/view/41575>. . 
 https://www.instituteforenergyresearch.org/international-issues/electric-vehicles-in-germany-emit-more-
carbon-dioxide-than-diesel-vehicles/amp/. Acesso em 26/07/2019
 
 
 
109 
 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
Unesp, Campus de Guaratinguetá, São Paulo, Brasil 
 
Data: 1 e 2/Outubro/2019 
Local: InovEE – Centro de Inovação em Eficiência Energética 
 
 
EXERGIA APLICADA A AVALIAÇÃO DO CICLO DE VIDA: UM ESTUDO 
BIBLIOMÉTRICO 
 
Tatiane Tobias da Cruza*; José A. P. Balestieria, Mateus R. N. Vilanova b, Ivonete Ávilaa 
 
aFaculdade de Engenharia de Guaratinguetá, UNESP, Av. Ariberto Pereira da Cunha, 333 - Portal das Colinas - 
Guaratinguetá/SP - CEP 12.516-410. 
bInstituto de Ciência e Tecnologia, UNESP, Rodovia Presidente Dutra, Km 137,8 - Eugênio de Melo - São José dos 
Campos/SP - CEP 12247-004. 
*e-mail: tatitobias@gmail.com 
 
Resumo. Além de avaliação energética e de custos, a exergia pode ser utilizada também como um indicador 
termodinâmico de impacto ambiental. O presente estudo visa entender a evolução das pesquisas sobre 
exergia aplicada a avaliação do ciclo de vida (ACV), principal metodologia de avaliação ambiental utilizada 
atualmente. Para isso fez-se uso de análise bibliométrica e foram obtidos os desempenhos das publicações, 
periódicos e instituições. Foram obtidas também as redes de co-autoria de autores e países, bem como mapas 
de co-ocorrência de palavras-chave que permitem visualizar os principais focos e métodos de pesquisa acerca 
de exergia aplicada a ACV. 
 
Palavras-chave: Exergia; Avaliação do ciclo de vida; ACV; Bibliometria; 
 
1. INTRODUÇÃO 
A exergia pode ser definida como o máximo trabalho útil teórico obtido de um sistema colocado em equilíbrio 
termodinâmico com o ambiente por meio de processos de interação sistema x ambiente (SCIUBBA; WALL, 
2007). Análises em termos exergéticos tem vantagem sobre análises em termos de energéticos por utilizar 
ambas as leis da Termodinâmica e permitir também uma análise qualitativa (HARTONO; HEIDEBRECHT; 
SUNDMACHER, 2012). A exergia pode também ser considerada um indicador termodinâmico de impacto 
ambiental de um processo, promovendo a seguinte relação: a redução da eficiência exergética de um 
processo causa um aumento no impacto ambiental associado a esse processo. Apesar da sustentabilidade 
não ser um conceito termodinâmico, diversos pesquisadores tentam encontrar um uso funcional da exergia 
na análise de questões ambientais (SCIUBBA; WALL, 2007). 
Diversos autores sugerem o uso da ACV em termos de exergia, visando avaliar a eficiência da energia 
envolvida e também a contabilização da energia dos recursos materiais utilizados (WALL; GONG, 2001; 
DEWULF; VAN LANGENHOVE, 2002; MEESTER et al., 2006; ALVARENGA et al., 2013; ALMEIDA; 
BORSATO; LIE UGAYA, 2017) . O presente estudo baseia-se em uma análise bibliométrica para evidenciar 
o desempenho de autores, periódicos, instituições e países e também realizar o mapeamento das relações 
de co-ocorrência de palavras-chave permitindo visualizar a evolução desse tema de pesquisa: exergia 
aplicada a avaliação do ciclo de vida. 
2. MATERIAIS E MÉTODOS 
Métodos bibliométricos fornecem análises quantitativas e estatísticas das publicações de forma a responder 
diferentes perguntas sobre suas pesquisas (BELTER, 2015). Dois procedimentos principais têm sido 
utilizados na bibliometria avaliativa: análise de desempenho (baseada na produção de publicações e citações 
recebidas) e mapeamento científico (visando ilustrar aspectos estruturais e dinâmicos da pesquisa científica) 
(NOYONS; MOED; LUWEL, 1999). Neste estudo, quatro etapas foram estabelecidas para promover uma 
melhor compreensão do tema de pesquisa selecionado e seus atores (Fig. 1). 
As palavras-chave selecionadas foram exergy e “life cycle assessment” e suas variações, para busca por 
artigos e artigos de revisão (publicados de 1997 a 2018 escritos em inglês) na base de dados Scopus, 
escolhida por sua qualidade e abrangência de publicações. Os documentos encontrados foram exportados 
para o excel para exclusão de duplicatas e realização de análise de desempenho. O mapeamento científico 
através da análise de redes foi realizado com a utilização do software VOSviewer. Posteriormente avaliou-se 
os principais métodos empregados e sua co-ocorrência nos documentos encontrados. 
 
 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
110 
 
Figura 1. Etapas do estudo bibliométrico. 
 
Fonte: Autoria própria 
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO 
3.1 DESEMPENHO DAS PUBLICAÇÕES, PERIÓDICOS E INSTITUIÇÕES SELECIONADOS 
A evolução das publicações sobre o tema abrangendo os índices total de publicações (TP), total de citações 
(TC), e total de publicações de acesso aberto (TPOA) é ilustrada na Fig. 2a. As áreas do conhecimento que 
mais pesquisam sobre o tema estão ilustradas na Fig.2b, com destaque para ciências ambientais, energia e 
engenharia. 
 
Figura 2. Resultados de desempenho das publicações, periódicos e instituições 
(a) Evolução das publicações (1997 – 2018). (b) Áreas do conhecimento que abordam o tema. 
 
 
 
(c) Desempenho dos periódicos sobre o tema. (d) Desempenho das instituições. 
 
 
 
Fonte: Autoria própria 
 
Observa-se na Fig. 2c que duas revistas, uma na área de meio ambiente (Environ Sci Technol) e outra na 
área de energia (Energy) se destacam com relação ao TC e ACPP (média de citações por publicação). É 
importante destacar que essas revistas têm poucos artigos de revisão publicados, o que geralmente eleva a 
média de citações. Na Fig. 2d são ilustradas as 10 principais instituições que publicam sobre o tema, sendo 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
111 
 
que as 5 principais estão localizadas na Bélgica, EUA, Canadá, Itália e Polônia. O número de citações por 
país é representado pelo diâmetro dos círculos na Fig. 3b, que ilustra as redes de co-autoria dos países. 
3.2 DESEMPENHO DE AUTORES E PAÍSES 
Os principais autores mais produtivos são Jo Dewulf, Herman Van Langenhove, Steven De Meester, Bhavik 
Bakshi e Thomas Schaubroeck. Os três primeiros autores anteriormente citados pertencem a Ghent University 
(Bélgica) e os dois últimos a Ohio State University (EUA) e Luxembourg Institute of Science and Technology 
(Luxemburgo). Nos mapas de rede de co-autoria, cada círculo representa um autor ou país e seu diâmetro o 
número de documentos publicados (Fig.3a) e número de citações (Fig. 3b). A distância entre dois círculos 
indica a força da co-autoria, ponderada por contagem fracionária. O Brasil tem co-autoria com países como 
Cuba, Colômbia, Bélgica, EUA, Holanda, Noruega e Itália. 
 
Figura 3. Resultados de desempenho de autores e países 
(a) Rede de co-autoria por autor. (b) Rede de co-autoria por país. 
 
 
 
Fonte: Autoria própria 
3.3 RELAÇÕES ENTRE PALAVRAS-CHAVE: FOCOS E PRINCIPAIS MÉTODOS DE PESQUISA 
Os mapas de rede de co-ocorrência são apresentados nas Fig. 4a e 4b nos quais cada círculo representa 
uma palavra-chave e seu diâmetro o número de co-ocorrências. A distância entre dois círculos indica a força 
de co-ocorrência, ponderada por contagem completa. Pode-se observar os principais focos de pesquisa e 
métodos utilizados, unidos por links que formam diferentes clusters. Na Fig. 4a pode-se observar os 5 clusters 
formados (C1 a C5), o cluster C1, cuja principalpalavra-chave é ACV, é caracterizado principalmente por 
biocombustíveis, o cluster C2 (encabeçado pela palavra-chave exergia) é caracterizado por métodos 
exergéticos associados a custos e o cluster C3 por métodos exergéticos associados a meio ambiente. Os 
clusters C4 e C5 são caracterizados por métodos de avaliação ambiental do ciclo de vida. 
 
Figura 4. Mapas de relações entre palavras-chave 
(a) Rede co-ocorrência das palavras-chave (b) Rede co-ocorrência de métodos 
 
Fonte: Autoria própria 
 
https://www.scopus.com/affil/profile.uri?afid=60105942
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
112 
 
Ao analisar as redes de co-ocorrência dos métodos, pode-se verificar que a metodologia ACV tem sido 
utilizada juntamente com métodos consolidados de avaliação exergética (exergoeconomics ou 
thermoeconomic analysis e thermoecological cost) proporcionando a criação de novos métodos de avaliação 
exergética com enfoque no ciclo de vida (advanced exergy analysis, advanced exergoenvironmental analysis 
e exergoenvironmental analysis), como também a criação de novos métodos de avaliação de impacto do ciclo 
de vida com enfoque exergético, como o CEENE. 
4. CONCLUSÕES 
A partir dos resultados obtidos no presente trabalho pode-se identificar os principais atores (autores, 
periódicos, instituições e países) relacionados ao tema selecionado (exergia aplicada a ACV). Também foi 
possível evidenciar os principais focos e métodos de pesquisa abordados na literatura científica sobre o tema. 
A partir da análise de co-ocorrência de palavras-chave, observou-se o foco dos estudos de ACV na geração 
de energia e principalmente bioenergia. Outro foco evidente é na avaliação de sustentabilidade ambiental por 
meio de análise exergoambiental e avaliação exergética do ciclo de vida (ELCA). 
O crescente interesse sobre o tema permitiu que pesquisadores de diferentes países e áreas de atuação 
publicassem estudos correlacionando exergia a impactos ambientais do ciclo de vida, possibilitando a 
cooperação para o desenvolvimento de metodologias em ambas as áreas de pesquisa: meio ambiente e 
energia. 
5. AGRADECIMENTOS 
Os autores agradecem a CAPES e a FAPESP (Processo FAPESP 2016/15749-5) pelo apoio financeiro. 
6. REFERÊNCIAS 
ALMEIDA, S. T. DE; BORSATO, M.; LIE UGAYA, C. M. Application of exergy-based approach for 
implementing design for reuse: The case of microwave oven. Journal of Cleaner Production, v. 168, p. 
876–892, 2017. 
ALVARENGA, R. A. F. et al. Exergy-based accounting for land as a natural resource in life cycle 
assessment. International Journal of Life Cycle Assessment, v. 18, n. 5, p. 939–947, 2013. 
BELTER, C. W. Bibliometric indicators : opportunities and limits. v. 103, n. October, p. 219–221, 2015. 
DEWULF, J.; VAN LANGENHOVE, H. Assessment of the sustainability of technology by means of a 
thermodynamically based life cycle analysis. Environmental Science and Pollution Research, v. 9, n. 4, p. 
267–273, 2002. 
HARTONO, B.; HEIDEBRECHT, P.; SUNDMACHER, K. Combined Branch and Bound Method and Exergy 
Analysis for Energy System Design. Industrial & Engineering Chemistry Research, v. 51, n. 44, p. 14428–
14437, 2012. 
MEESTER, B. DE et al. An Improved Calculation of the Exergy of Natural Resources for Exergetic Life Cycle 
Assessment ( ELCA ). Environmental Science & Technology, v. 40, n. 21, p. 6844–6851, 2006. 
MICHAELIS, P.; JACKSON, T.; CLIFT, R. Exergy analysis of the life cycle of steel. Energy, v. 23, n. 3, p. 
213–220, 1998. 
NOYONS, E. C. M.; MOED, H. F.; LUWEL, M. Combining mapping and citation analysis for evaluative 
bibliometric purposes: A bibliometric study. Journal of the American Society for Information Science, v. 
50, n. 2, p. 115–131, 1999. 
SCIUBBA, E.; WALL, G. A brief commented history of exergy from the beginnings to 2004. International 
Journal of Thermodynamics, v. 10, n. 1, p. 1–26, 2007. 
WALL, G.; GONG, M. On exergy and sustainable development—Part 1: Conditions and concepts. Exergy, 
an International Journal, v. 1, n. 3, p. 128–145, 2001. 
 
 
 
113 
 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
Unesp, Campus de Guaratinguetá, São Paulo, Brasil 
 
Data: 1 e 2/Outubro/2019 
Local: InovEE – Centro de Inovação em Eficiência Energética 
 
 
ESTUDO COMPARATIVO DO CUSTO NIVELADO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS E 
DO CUSTO DE ENERGIA TARIFÁRIO CONVENCIONAL 
 
Thamyres Machado Davida*; Paloma Maria Silva Rocha Rizola; Marcela Aparecida Guerreiro 
Machadoa; Gilberto Paschoal Buccieria 
 
aUniversidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho. Av. Dr. Ariberto Pereira da Cunha, 333 - Portal das Colinas, 
Guaratinguetá - SP 
*e-mail: md.thamyres@gmail.com 
 
Resumo. O artigo apresenta um cenário considerando o consumo médio de energia, o custo nivelado da 
eletricidade de sistemas fotovoltaicos e uma análise comparativa das tarifas pelo sistema convencional. Os 
resultados mostram que mesmo que o custo nivelado da eletricidade de sistemas fotovoltaicos do perfil de 
consumo analisado tenha apresentado um valor um pouco acima da tarifa cobrada pela concessionaria, o 
perfil de consumo pode ser considerado vantajoso em detrimento da análise de mais fatores. E também, com 
a previsão de queda dos preços dos equipamentos e alta nos valores tarifários das concessionárias de 
energia, os SFCR podem se tornar uma realidade caso tenha uma grande disseminação informacional. 
 
Palavras-chave: Energia solar; Sistemas Fotovoltaicos; Geração distribuída. 
 
1. INTRODUÇÃO 
Em face dos grandes impactos ambientais que afetam o meio ambiente, a busca incessante por novas fontes 
renováveis de energia se tornou cada vez mais presente. Em vista disso, a energia solar se destaca por seus 
benefícios como o baixo impacto ambiental, manutenção quase inexistente, redução das cargas na rede, 
diversificação da matriz energética e a diminuição das perdas (DANTAS e POMPERMAYER, 2018). A 
introdução de legislação e incentivos governamentais no Brasil para a Geração Distribuída (GD) está 
aumentando a participação de fontes renováveis no mix brasileiro nos últimos anos, especialmente em 
sistemas fotovoltaicos (FV) (GOMES et al., 2018). A GD, conforme a resolução normativa 482 da Agência 
Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), caracteriza-se pelo sistema de compensação de energia elétrica. Com 
a norma, o consumidor pode gerar sua própria energia por meio de diversas fontes energéticas e fornecer o 
excedente para a rede da concessionária local (ANEEL, 2012). Nesse sentido, o presente artigo tem como 
objetivo (a partir da identificação dos aspectos mercadológico, legislativo, ambiental e econômico de sistemas 
solares FV em residências): a projeção de cenário de um perfil de consumo contemplando o consumo médio 
energético, o custo nivelado da eletricidade (LCOE) e uma análise comparativa da tarifa energética pelo 
Sistema de Energia Convencional das Concessionárias (SECC) e pelo conectado à rede. 
2. MÉTODO DE PESQUISA 
A fim de prever a comparação do preço da energia das concessionárias com o preço da energia solar FV, foi 
aplicada as seguintes quatro etapas: (1) Identificação das legislações e incentivos do setor; (2) Elaboração 
do perfil de consumo; (3) Aplicação da metodologia de cálculo e (4) a elaboração das tabelas de resultados 
do estudo comparativo. 
2.1 DELIMITAÇÃO 
Por se tratar de um estudo teórico, foi projetado um cenário de consumo energético. Em relação ao tipo de 
consumidor, é caracterizado pelo perfil de consumo do grupo B com tensão inferior a 2,3kV, subgrupo B1 
(Resolução 414 da ANEEL). Para as tarifas de energia, limitou-se na modalidade tarifária convencional 
monômia (aplicada às unidades consumidoras do grupo B, caracterizada por tarifas de consumo de energia 
elétrica, independentemente das horas de utilização do dia) (ANEEL, 2010). 
2.2 CONCESSIONÁRIAS DE ENERGIA 
De acordo com o Painel de Desempenho das Distribuidoras de Energia elaborado pela ANEEL, existem dois 
indicadoresde interrupções de fornecimento (2019): DEC (Duração Equivalente de Interrupção): Intervalo de 
Tempo que, em média, no período de apuração (período de 1 ano), em cada unidade consumidora do conjunto 
considerado ocorreu descontinuidade da distribuição de energia elétrica; e FEC (Frequência Equivalente de 
Interrupção): Número de Interrupções ocorridas, em média, no período de apuração, em cada unidade 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
114 
 
consumidora do conjunto considerado. 
2.3 RESOLUÇÕES DA ANEEL 
A energia solar foi incentivada pela primeira vez por meio de regulamentação pela Resolução Normativa da 
ANEEL nº 482/2012 (Estabelece as condições gerais para o acesso de microgeração e minigeração 
distribuída aos sistemas de distribuição de energia elétrica e o sistema de compensação de energia elétrica). 
Nos anos seguintes à norma publicada, o governo tomou como objetivo o crescimento deste sistema de 
compensação de energia elétrica e revisou a resolução em 2015, com a Resolução Normativa nº 687/2015 
(ANEEL, 2015). 
2.4 TARIFAS 
As tarifas de energia elétrica no Brasil são consideradas elevadas quando comparadas a outros países. De 
acordo com a Resolução 414 da ANEEL, a tarifa é caracterizada pelo valor monetário estabelecido pela 
ANEEL, fixado em reais por unidade de energia elétrica ativa ou da demanda de potência ativa, sendo a base 
para a definição do preço a ser pago pelo consumidor (ANEEL, 2010). Os valores tarifários variam bastante 
em relação as regiões do Brasil. 
2.5 PERFIL DE CONSUMO 
Em relação ao perfil da residência para o estudo de caso, foi abordado um conjunto de moradores por 
residências. Para escolha do conjunto selecionado, levou-se em conta uma média da constituição das famílias 
mais predominantes do estado de São Paulo (em destaque na Tabela 1) de acordo com a Pesquisa Nacional 
por Amostra de Domicílios Contínua - PNAD Contínua. 
 
Tabela 1. Pesquisa Nacional Por Amostra De Domicílios Contínua - Pnad Contínua 
Número de moradores 2017 (mil) 
1 2.251 
2 4.168 
3 4.184 
4 3.081 
5 1.122 
6 ou mais 622 
Fonte: IBGE (2019) 
 
Em seguida, com o conjunto selecionado, foi simulado o consumo médio energético pela residência pelo 
cálculo de uso de cada item elétrico (Adaptado de PROCEL, 2019) e o custo em reais: Numero de moradores 
– 3; kWh por mês – 422 e custo em reais – 253,95. 
Para saber o cálculo de cada tributo separado, é necessário multiplicar o valor final da energia pela 
porcentagem do tributo correspondente. A porcentagem do tributo que foi aplicado ao valor final é cobrada 
pela União para manter programas voltados para o trabalhador e para atender a programas sociais do 
Governo Federal. Para as simulações deste trabalho, foram usadas as seguintes alíquotas (valores vigentes 
em abril de 2019): PIS – 0,69%; COFINS – 3,21%; ICMS – 25% (ELEKTRO, 2019). 
2.6 METODOLOGIA DE CÁLCULO 
Para o dimensionamento da potência do sistema FV deve-se, primeiramente, calcular o custo de investimento 
Eq. (1). 
CI= [Placa (R$) x Quantidade placa (u)]+ [Inv (R$)]+[EM (R$) x 
(Quantidade placa/4)] + [CB (R$) x (Quantidade placa x 4)]+ [SB R$)] (1) 
Sendo CI o custo de investimento, Inv o custo do inversor, EM o custo da estrutura metálica, CB o custo dos 
cabos e o SB o custo do quadro elétrico. Por fim, o custo total do investimento (CT) é calculo conforme Eq. 
(2). O custo total inclui os custos de projeto básico e instalação do sistema FV. 𝐶𝑇 = 𝐶𝐼 + (𝐶𝐼 𝑥 0,2) (2) 
Na segunda parte da metodologia de cálculo, foi equacionado o custo de produção do sistema FV, expresso 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
115 
 
em reais por cada kWh produzido. O valor final gerado pela fórmula engloba todos os custos e fatores que 
influenciam o sistema FV ao longo de toda sua vida útil. Dado pela fórmula chamada Custo Nivelado de 
Eletricidade ou Levelized cost of electricicty (LCOE), o cálculo pode ser usado para comparar com a tarifa 
energética da concessionária de energia, visto que seu valor final é expresso da mesma forma. Na Eq. (3) é 
apresentada a fórmula do LCOE (HANSEN, 2019). 𝐿𝐶𝑂𝐸 = 𝐼𝑡 + 𝑀𝑡 + 𝐹𝑡𝐸𝑡 𝑟 
𝐼𝑡 = 𝐼(1𝑡) − ( 12 (1 + 𝑡)𝑛) 
𝑀𝑡 = 𝐼 𝑥 0,01 
(3) 
Em que, It é o custo de investimento no ano n, I é o Investimento inicial, Mt é o custo de manutenção e 
operação no ano n, Ft é o custo com combustível no ano n (zero para o solar FV), Et é a eletricidade produzida 
no ano n, t a taxa de desconto, n é o número de anos do projeto e o r a perda de rendimento. 
Em relação aos custos de manutenção e operação é considerado 1% do custo do investimento. Para o fator 
de perda de rendimento é considerado 0,6 pois alguns aspectos como perdas ôhmicas nos inversores, 
circuitos elétricos e diodos de bloqueio, perdas nos painéis por sujeira e poluição e perdas por sombreamento 
ocorrem eventualmente. Por fim, a taxa de desconto é de 6% ao ano (taxa descontada a inflação) (EPE, 
2012). 
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
Nesta seção é apresentado o custo total de investimento do perfil de consumo bem como o LCOE. Além 
disso, são apresentadas algumas comparações acerca do SECC e pelo SFCR (Tabela 2). 
Com os dados dos custos de cada item necessário para o dimensionamento e os dados do índice de 
irradiação solar incidente, aplica-se os cálculos do custo de investimento e o LCOE para o perfil de consumo 
(Tabela 3). 
 
Tabela 2. Comparação de SECC e SFCR 
 
Interrupção no 
fornecimento de energia 
Incentivos Bandeiras tarifárias 
Custo inicial (financia-
mento) 
SE
CC 
Limites permitidos são 
ultrapassados. 
- 
Implementada em 
toda a tarifa 
- 
SF
CR 
- 
Incentivos como isenção 
de ICMS no sistema de 
compensação de energia. 
Somente incide no 
custo de 
disponibilidade 
Alto investimento, 
tecnologia com custos 
elevados 
Fonte: Autoria própria 
 
Tabela 3. Custo e LCOE 
Perfil de consumo 
(n.º de moradores) 
Consumo médio 
mensal (kWh) 
Custo total do 
investimento (R$) 
LCOE 
(R$/kWh) 
3 422 17.709,43 0,61 
Fonte: Autoria própria 
 
É possível notar, de acordo com a Tabela 3, que mesmo com um alto custo inicial de investimento, o SFCR 
pode ser considerado vantajoso. A interrupção no fornecimento é praticamente inexistente devido ao sistema 
de compensação de energia elétrica, o pagamento das bandeiras tarifárias é mínimo (máximo de 100 kWh 
por mês) dependendo do tipo de ligação (monofásica, bifásica ou trifásica) da residência bem como os 
incentivos no setor FV que só aumentaram nos últimos anos. 
4. CONCLUSÃO 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
116 
 
O estudo apresentou uma análise de aspectos relevantes como mercadológico, legislativo e econômico para 
implementação de sistemas FV em residências conectados à rede. Como primeira inferência tem-se a 
comparação do LCOE com o da tarifa energética da concessionaria. Mesmo que o LCOE do perfil de consumo 
analisado (R$ 0,61) tenha apresentado um valor um pouco acima da tarifa cobrada pela concessionaria (R$ 
0,55 no sudeste), o perfil de consumo pode ser considerado vantajoso em detrimento da análise de mais 
fatores como por exemplo a inclusão de impostos cobrados pela concessionária e até mesmo a previsão de 
aumento dessas tarifas serem grandes devido à situação energética nacional. Como segunda inferência, com 
a previsão de queda dos preços dos equipamentos e alta nos valores tarifários das concessionárias de 
energia, os SFCR podem se tornar uma realidade caso tenha uma grande disseminação informacional para 
a população. 
5. AGRADECIMENTOS 
Os autores agradecem à CAPES pelo apoio recebido para o desenvolvimento desse trabalho. 
6. REFERÊNCIAS 
ANEEL - Agência Nacional de Energia Elétrica. Painel de Desempenho das Distribuidoras de 
Energia Elétrica por Município. 2019. Disponível: 
http://www2.aneel.gov.br/relatoriosrig/(S(wsazpcl3mveb3yo3lvux5sur))/relatorio.aspx?folder=sfe&report=PainelMunicipio 
ANEEL - Agência Nacional de Energia Elétrica. Ranking das tarifas. 2017. Disponível: 
http://www.aneel.gov.br/ranking-das-tarifas 
ANEEL - Agência Nacional de Energia Elétrica. Resolução Normativa 414, de 9 de setembro de 
2010. 2010. Disponível: http://www2.aneel.gov.br/cedoc/bren2010414.pdf 
ANEEL - Agência Nacional de Energia Elétrica. Resolução Normativa 482, de 17 de abril de 2012. 
2012. Disponível: http://www.aneel.gov.br/cedoc/ren2012482.pdf 
ANEEL - Agência Nacional de Energia Elétrica. Resolução Normativa 687, de 24 de novembro 
de 2015. 2015. Disponível: http://www2.aneel.gov.br/cedoc/ren2015687.pdf 
DANTAS, G.S; POMPERMAYER, F.M. Viabilidade econômica de sistemas fotovoltaicos no brasil e 
possíveis efeitos no setor elétrico. Instituto de Pesquisa Econômica Aplicada.- Brasília: Rio de 
Janeiro. 2018. 
ELEKTRO. Tarifas, taxas e tributos. 2019. Disponível: https://www.elektro.com.br/sua-
casa/tarifas-taxas-e-tributos 
EPE - Empresa de Pesquisa Energética. Análise da Inserção da Geração Solar na Matriz Elétrica 
Brasileira. Rio de Janeiro (Nota Técnica). 2012. Disponível: 
http://www.epe.gov.br/geracao/Documents/Estudos_23/NT_ EnergiaSolar_2012.pdf 
HANSEN, K. Decision-making based on energy costs: comparing levelized cost of energy and 
energy system costs. Energy Strategy Reviews, v. 24. p. 68-82, 2019. 
IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia E Estatística. Pesquisa Nacional por Amostra de 
Domicílios Contínua - PNAD Contínua: Tabelas. 2019. Disponível: 
https://www.ibge.gov.br/estatisticas-novoportal/sociais/trabalho/17270-pnad-
continua.html%20/17270-pnad-continua.html?edicao=20915&t=resultados 
PROCEL – Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica. Dicas de Economia de 
Energia. 2019. Disponível: http://www.procelinfo.com.br/main.asp?View=%7bE6BC2A5F-E787-
48AF-B485-439862B17000%7d#
https://www.elektro.com.br/sua-casa/tarifas-taxas-e-tributos
https://www.elektro.com.br/sua-casa/tarifas-taxas-e-tributos
 
 
 
117 
 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
Unesp, Campus de Guaratinguetá, São Paulo, Brasil 
 
Data: 1 e 2/Outubro/2019 
Local: InovEE – Centro de Inovação em Eficiência Energética 
 
 
ESTUDO DA IRRADIAÇÃO SOLAR INCIDENTE E ANÁLISE DE ENGENHARIA 
ECONÔMICA DE UMA PLANTA FOTOVOLTAICA 
 
Victor Arruda Ferraz de Camposa*; José Luz Silveiraa 
 
aInstituto de Pesquisa em Bioenergia, Laboratório Associado de Guaratinguetá, Universidade Estadual Paulista – 
UNESP, Campus de Guaratinguetá 
*e-mail: victor.campos@unesp.br 
 
Resumo. Este trabalho apresenta a estimativa da irradiação solar incidente no plano de uma instalação 
fotovoltaica conectada à rede elétrica. A análise econômica é realizada calculando o custo de geração de 
eletricidade, considerando custos de investimento e manutenção. Os resultados mostram que o sistema está 
dentro do limite de geração de 95%, o que significa que a combinação do ângulo de azimute e inclinação do 
módulo proporciona uma utilização ideal dos recursos solares locais, com perdas inferiores a 5%, resultando 
na irradiação média anual de 885,6 W/m². Observa-se retorno do investimento no período entre 5 e 6 anos. 
 
Palavras-chave: Energia Fotovoltaica; Irradiação solar; Geração distribuída. 
 
1. INTRODUÇÃO 
É utilizado um método para obtenção do limite de geração de 95%, que fornece ângulos de azimute e 
inclinação recomendados para sistemas fotovoltaicos (FV) de acordo com a latitude local (CHEN et al., 2018). 
A instalação estudada, fixada sobre uma estrutura de aço que serve como garagem para um único veículo, 
encontra-se no campus de Guaratinguetá da Universidade Estadual Paulista – UNESP e compõe um sistema 
híbrido solar–eólico–biogás para produção de biohidrogênio a partir da eletrólise da água que está em fase 
de implementação. O sistema é composto por 9 módulos ligados em série, conforme é ilustrado na Fig. 1. 
 
Figura 1. Sistema fotovoltaico instalado sobre estrutura de garagem 
 
Fonte: Autoria própria 
 
Em sistemas FV fixos, a irradiação solar que incide no plano do arranjo fotovoltaico (POA) é determinante na 
geração de energia elétrica. Sendo assim, a irradiação solar que incide no POA varia conforme a combinação 
entre a inclinação do módulo em relação à horizontal e o ângulo azimutal, que é o deslocamento do módulo 
em relação ao norte. Segundo Chen et al. (2018), quando se divide a irradiação de um POA qualquer pela 
máxima irradiação que incide no local, tem-se uma porcentagem que representa o aproveitamento do recurso 
solar disponível, denominada limite de geração. 
Em se tratando da geração distribuída de energia elétrica, a resolução normativa n.º 687/2015 (AGÊNCIA 
NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA, 2017) regulamenta a utilização de energias renováveis para a geração 
distribuída de energia, onde os pontos consumidores também são pontos de geração de eletricidade. A troca 
de energia com a rede é tal que quando há excesso de energia, o consumidor cria um crédito, em kWh, que 
pode ser utilizado para importar energia da rede elétrica dentro de um período máximo de 60 meses. Para a 
análise econômica, é calculado um valor médio da tarifa de eletricidade local levando em conta os tributos e 
eventuais aplicações de bandeiras tarifárias de energia, usando como referência o relatório anual de 
acionamento de bandeiras tarifárias de 2018 (AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA, 2019). 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
118 
 
2. METODOLOGIA 
2.1 ESPECIFICAÇÕES DO SISTEMA 
O sistema FV é composto por 9 módulos de 330 W de potência máxima nominal conectados em série, 
totalizando uma potência instalada de 2,97 kW. O inversor de corrente elétrica modelo on-grid tem potência 
nominal de 3000 W. Ambos os equipamentos são fabricados pela CanadianSolar. O Plano do Arranjo 
Fotovoltaico (POA) é dado pela combinação entre a inclinação do módulo FV em relação à horizontal β (°) e 
o ângulo azimutal γ (°). Neste trabalho, o POA é dado pela inclinação 𝛽 de 17° e ângulo azimutal 𝛾 de 45°. 
2.2 CÁLCULO DA IRRADIAÇÃO NO PLANO 
A potência entregue pelo gerador FV (PGFV) é dada pela Eq. 1 (ROBERTS et al., 2018). 𝑃𝐺𝐹𝑉 = 𝑃𝐹𝑉 (𝐺𝑃𝑂𝐴𝐺𝑆𝑇𝐶 ) [1 + 𝛼𝑝(𝑇𝑐 − 𝑇𝑐,𝑆𝑇𝐶)] 𝑓𝐹𝑉 (1) 
Sendo 𝑃𝐹𝑉 a potência instalada do sistema FV [kW], 𝐺𝑃𝑂𝐴 a irradiação solar incidente no POA [kW/m²], 𝐺𝑆𝑇𝐶 a 
irradiação solar incidente nas condições padrões de testes (STC) [1 kW/m²], 𝛼𝑝 o coeficiente de temperatura 
[%/ºC], 𝑇𝑐 a temperatura da célula FV [ºC], 𝑇𝑐,𝑆𝑇𝐶 a temperatura da célula FV nas condições padrões de testes 
(STC) [ºC] e 𝑓𝐹𝑉 corresponde ao fator de redução de potência em relação a todas as perdas não relacionadas 
a temperatura [-]. 
Segundo Roberts et al. (2018), é possível estimar a temperatuda de operação da célula FV (𝑇𝑐) conforme é 
exposto na Eq. 2. 𝑇𝑐 = 𝑇𝑎 − 1,52567 + 0,01981336 𝐺𝑃𝑂𝐴 − 0,000003451 𝐺𝑃𝑂𝐴2 (2) 
Sendo 𝑇𝑎 a temperatura amebiente [°C] e 𝐺𝑃𝑂𝐴 a irradiação solar incidente no POA [kW/m²]. 
Deve-se estimar o valor da irradiação horizontal global (GHI), que pode ser calculado segundo Bakirei (2009) 
apud Chen et al. (2018), conforme exposto na Eq. 3. 𝐺𝐻𝐼 = 𝐺𝐵𝑛 𝑐𝑜𝑠𝜃𝑍 + 𝐺𝐷 (3) 
Sendo 𝐺𝐵𝑛a irradiação normal direta [kW/m²], 𝐺𝐷 a irradiação horizontal difusa [kW/m²] e 𝜃𝑍 o ângulo solar 
zenital [°]. 
As equações Eq. 4 e Eq. 5 são utilizadas para a determinação da irradiação normal direta 𝐺𝐵𝑛 (kW/m²) e 
irradiação horizontal difusa 𝐺𝐷 (kW/m²). 𝐺𝐵𝑛 = 𝐴𝑚 exp(− 𝐵𝑚cos 𝜃𝑍)(4) 𝐺𝐷 = 𝐶𝑚 𝐺𝐵𝑛 (5) 
sendo que 𝐴𝑚, 𝐵𝑚 e 𝐶𝑚 são constantes mensais fixas determinadas empericamente (CHEN et al., 2018). A 
irradiação que incide no POA (𝐺𝑃𝑂𝐴) é composta por três partes, e pode ser calculada de acordo com Li et al. 
(2017) apud Chen et al. (2018), conforme a Eq. 6. 𝐺𝑃𝑂𝐴 = 𝐺𝑇𝐵 + 𝐺𝑇𝐷 + 𝐺𝑇𝐺 (6) 
Sendo 𝐺𝑇𝐵 a irradiação solar direta [kW/m²], 𝐺𝑇𝐷 a irradiação difusa [kW/m²] e 𝐺𝑇𝐺 a irradiação refletida pelo 
solo [kW/m²]. Dessa forma, pode-se calcular a irradiação direta GTB (kW/m²) no POA conforme a Eq. 7. 𝐺𝑇𝐵 = 𝐺𝐵 cos 𝜃𝑏cos 𝜃𝑧 (7) 
O ângulo θb (°) é dado como o ângulo de incidência da irradiação direta no POA. 
A irradiação difusa (GTD) é calculada conforme a Eq. 8, sendo a irradiação difusa isotrópica uniforme (GTiso), 
a irradiação difusa circunsolar (GTcir) concentrada ao redor do sol e a irradiação de horizonte (GThor), dado o 
método proposto por Duffie e Backman (2013) e Perez et al. (1990) apud (CHEN et al., 2018). 𝐺𝑇𝐷 = 𝐺𝐷 [(1 − 𝐹1) 1+𝑐𝑜𝑠𝛽2 + 𝐹1 𝑎𝑐𝑠𝑏𝑐𝑠 + 𝐹2 𝑠𝑒𝑛𝛽] (8) 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
119 
 
Os termos acs e bcs são referentes aos ângulos de incidência da irradiação circunsolar cônica no POA e na 
horizontal, respectivamente. F1 e F2 são coeficientes em função de três parâmetros que dizem respeito às 
condições do céu: o ângulo azimutal, o brilho e a claridade, segundo Perez et al. (1990) apud (CHEN et al., 
2018). A irradiação refletida pelo solo GTG (kW/m²) é considerada isotrópica e pode ser calculada conforme a 
Eq. 9 (LI et al., 2017 apud CHEN et al., 2018). 𝐺𝑇𝐺 = 𝐺𝐻𝐼 (1−𝑐𝑜𝑠𝛽)𝜌𝑔2 (9) 
Sendo 𝜌𝑔 a refletância do solo, considerada igual a 0,2. 
2.3 ANÁLISE DE ENGENHARIA ECONÔMICA 
Calcula-se o custo de geração de eletricidade 𝐶𝑒𝑙 no sistema FV conforme a Eq. 10, adaptada de Silveira et 
al. (2013). 𝐶𝑒𝑙 = 𝐼𝐹𝑉 𝑓𝐻 𝐸𝐹𝑉 + 𝐶𝑂𝑀 (10) 
Sendo 𝑓 o fator de anuidade [1/ano], 𝐼𝐹𝑉 o investimento da planta fotovoltaica [US$], 𝐻 as horas de operação 
da planta [horas] e 𝐸𝐹𝑉 a potência entregue pela planta geradora [kW]; 
O custo de operação e manutenção 𝐶𝑂𝑀𝐹𝑉 é dado pela Eq. 11, considerando 3% do custo de investimento 
segundo Ramadhan e Naseeb (2011). 𝐶𝑂𝑀𝐹𝑉 = 0,03 𝐼𝐹𝑉𝐸𝐹𝑉 (11) 
O fator de anuidade f é dado pela Eq. 12. 𝑓 = 𝑞𝑘𝑥 (𝑞−1)𝑞𝑘−1 , com 𝑞 = 1 + 𝑖100 (12) 
Sendo k o período de retorno do investimento (payback) [anos] e i a taxa de juros [%]. A receita anual esperada 
R, em relação à tarifa de eletricidade de rede local cele, é dada pela Eq. 13. 𝑅 = 𝐸𝐹𝑉 𝑥 (𝑐𝑒𝑙𝑒 − 𝐶𝑒𝑙) (13) 
3. RESULTADOS 
A Fig. 2 ilustra os limites de geração FV a partir dos valores de irradiação calculados para todas as 
combinações entre inclinação e ângulo azimutal para a cidade de Guaratinguetá – SP. A irradiação média 
calculada para o POA é de 885,60 W/m². 
 
Figura 2. Limites de geração para a cidade de Guaratinguetá (Latitude 22,8° S) 
 
Fonte: Autoria própria 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
120 
 
Adota-se o valor médio da tarifa de 0,19 US$/kWh (considerando cotação 1 US$ = 3,72 R$) e ainda se tem 
que o investimento total da planta contando com estrutura metálica, módulos FV, inversor de corrente e 
demais materiais de instalação é de US$ 3.763,50. Além disso, são consideras 6 horas de operação da planta 
por dia, sendo que a potência entregue por um módulo FV foi calculada em 0,234 kW. Com isso, a Fig. 3 
ilustra as curvas do custo de geração de eletricidade e receita anual esperada em relação ao período de 
retorno do investimento (payback). 
 
Figura 3. Curvas do custo de geração de eletricidade x payback (a) e Receita anual esperada x payback (b) 
 
Fonte: Autoria própria 
4. CONCLUSÕES 
Este trabalho apresenta o cálculo de estimativa de irradiação solar no plano formado pela inclinação de 17º 
em relação à horizontal e deslocamento azimutal de 45°, resultando no valor médio de 885,60 W/m². A partir 
da determinação dos limites de geração, nota-se que a estrutura montada está dentro da região de 95% de 
aproveitamento os recursos solares locais. Além disso, observam-se que os intervalos de 10° a 40° no ângulo 
de inclinação e de -45° a 45° no ângulo azimutal resultam em combinações com perdas menores de 5% na 
geração anual de eletricidade. A análise econômica conclui que, para taxas de juros de 4%, o período de 
retorno do investimento da planta é entre 5 e 6 anos. 
5. AGRADECIMENTOS 
O presente trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível 
Superior - Brasil (CAPES) - Código de Financiamento 001. 
6. REFERÊNCIAS 
A. AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA, “Informações Técnicas,” 2017. [Online]. Disponível 
em:http://www2.aneel.gov.br/cedoc/ren2015687.pdf. [Acesso em: 31-Jul-2019]. 
A. AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA, “RELATÓRIO DO ACIONAMENTO DAS BANDEIRAS 
TARIFÁRIAS,” 2019. [Online]. Disponível em: 
http://www.aneel.gov.br/documents/656877/18879609/Relatório+do+Acionamento+das+Bandeiras+Tarifária
s+-+Ago_19/813f1ca4-4098-1c04-602e-5a2419a5120e. [Acesso em: 12-Ago-2019]. 
CHEN, X. M. et al. General method to obtain recommended tilt and azimuth angles for photovoltaic systems 
worldwide. Solar Energy, v. 172, n. November 2017, p. 46–57, 2018. 
RAMADHAN, M.; NASEEB, A. The cost benefit analysis of implementing photovoltaic solar system in the 
state of Kuwait. Renewable Energy, v. 36, n. 4, p. 1272–1276, 2011. 
ROBERTS, J. J. et al. Robust multi-objective optimization of a renewable based hybrid power system. 
Applied Energy, v. 223, n. April, p. 52–68, 2018. 
SILVEIRA, J. L.; TUNA, C. E.; LAMAS, W. D. Q. The need of subsidy for the implementation of photovoltaic 
solar energy as supporting of decentralized electrical power generation in Brazil. Renewable and 
Sustainable Energy Reviews, v. 20, p. 133–141, 2013. 
 
 
 
121 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MATERIAIS 
 
 
 
122 
 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
Unesp, Campus de Guaratinguetá, São Paulo, Brasil 
 
Data: 1 e 2/Outubro/2019 
Local: InovEE – Centro de Inovação em Eficiência Energética 
 
 
REAPROVEITAMENTO DE CÁPSULAS DE CAFÉ EXPRESSO PARA OBTENÇÃO DE 
BIOCOMPOSITO: ANÁLISE DE PROPRIEDADES TÉRMICAS E MECÂNICAS 
 
Anne Shayene Campos de Bomfima*; Herman Jacobus Cornelis Voorwalda, Kelly Cristina 
Coelho de Carvalho Beninib 
 
aUniversidade Estadual Paulista (UNESP), Faculdade de Engenharia, Dept. de Materiais e Tecnologia, Grupo de Fadiga 
e Materiais Aeronaúticos, Guaratinguetá, São Paulo, Brasil. 
bUniversidade de São Paulo (USP), Faculdade de Engenharia, Dept. de Biotecnologia, Lorena, São Paulo, Brasil. 
*e-mail: anneshayene@gmail.com 
 
Resumo. Mediante ocontexto de sustentabilidade e diminuição do impacto ambiental, o reaproveitamento de 
cápsulas de café expresso, através da reciclagem do resíduo plástico e orgânico para obtenção de 
biocompósito, foi objeto deste trabalho. A mistura, com e sem agente compatibilizante, foi realizada em 
homogeneizador de plásticos e moldada por injeção. As caracterizações por TGA e tração mostraram que as 
propriedades térmicas dos biocompósitos são intermediárias a matriz e ao reforço. Além disso, a adição de 
reforço causou uma queda na resistência à tração, mantendo a ductilidade e o módulo, entretanto, a amostra 
compatibilizada aumentou expressivamente a resistência à tração, mas fragilizou o material. 
 
Palavras-chave: Biocompósito; Borra de café; Reciclagem. 
 
1. INTRODUÇÃO 
O problema de degradação do meio ambiente tem sido pauta de muitas discussões nos últimos anos, uma 
vez que o mesmo tem sofrido com a grande quantidade de lixo descartado e com o uso sem limites de 
recursos não-renováveis (ATABANI et al., 2017; DAHLBO et al., 2018). Nesse contexto, a reutilização de 
resíduos industriais e domésticos além de ser uma alternativa viável para minimizar os impactos ambientais, 
evidencia um processo de responsabilidade social para com a questão ambiental. 
Um dos resíduos domésticos que tem crescido nas residências são as cápsulas de café expresso. Em 2017 
as cápsulas representavam 0,9% do mercado de café do Brasil, e a previsão é de que até 2021 o volume, em 
toneladas, aumente para 1,1% do setor (EUROMONITOR, 2017). Logo, a reciclagem dessas embalagens 
diminui o impacto ambiental, visto que o plástico é uma parte significativa no total do resíduo sólido urbano, 
já que os polímeros levam centenas de anos para degradarem (DAHLBO et al., 2018). 
Desta forma, o objetivo deste trabalho é obter um biocompósito, com pelo menos 30% de material natural, 
produzido com matéria-prima reutilizada de resíduo plástico (polipropileno) e orgânico (borra de café) 
proveniente das cápsulas de café, que respeite os pilares da sustentabilidade e que tenha propriedades 
mecânicas e térmicas adequadas para aplicação em uma composteira doméstica. 
2. MATERIAIS E MÉTODOS 
2.1 MATERIAIS 
Figura 1. Modelagem 3D da cápsula Nescafé Dolce Gusto em corte. 
 
Fonte: Adaptado de BOMFIM et al. (2019) 
 
As cápsulas Dolce Gusto, coletadas pós-consumo, são feitas em material plástico reciclável, constituídas de 
uma embalagem externa (PP), contendo em seu interior um filtro plástico (PP), folha de alumínio, borra de 
café, filme plástico e folha laminada (PET/PP) lacrando o sistema, conforme Fig. 1. Apenas os componentes 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
123 
 
em PP (embalagem externa e o filtro) foram separados e utilizados como matriz polimérica, enquanto a borra 
de café foi separada para ser utilizada como reforço natural. Além disso, o biocompósito foi compatibilizado 
(10% em relação a porcentagem de reforço) com o polímero grafitizado com anidrido maleico (PPgMA) 
Epolene E-43P fabricado pela Westlake Chemical Corporation. 
2.2 MÉTODOS 
2.1.1 Obtenção da matriz polimérica e do reforço natural 
Após a separação manual dos componentes das cápsulas, a embalagem externa e o filtro foram lavados em 
água corrente e secos em estufa a 60 ºC por 24 h. O material seco foi triturado (PPR) em moinho granulador 
RONE seguido de um moinho de facas tipo WILLYE, para diminuir o tamanho dos grãos. 
A borra de café (BC) foi seca em estufa a 60 ºC durante 24 h. O material seco particulado passou em peneira 
com abertura de 24 mesh (0,71 mm) e foi mantido em recipientes fechados até sua utilização. 
2.1.2 Obtenção do biocompósito 
Os biocompósitos PPR/30BC (30% em massa de reforço) e PPR/3PPgMA/30BC (30% em massa de reforço 
com 3% de PPgMA) foram homogeneizados em misturador termocinético da MH Equipamentos e em seguida 
foram triturados em moinho granulador e injetados em molde para corpos de prova (CDPs) - ASTM D638, 
utilizando a mini injetora AXPLÁSTICOS (FAT/UERJ/Resende). 
2.1.3 Caracterizações 
Termogravimetria (TGA) 
Amostras com 10 mg foram analisadas no equipamento SII Nanotechnology INC - modelo Exstar 6000, série 
TG/DTA 6200 (DMT/FEG/UNESP), operando sob fluxo de nitrogênio de 100 mL/min, na faixa de temperatura 
entre 30 a 700 °C e taxa de aquecimento de 10 °C/min. 
Ensaio Mecânico de tração 
Cinco CDPs, de cada composição, foram ensaiados em temperatura ambiente no equipamento universal de 
ensaios Shimadzu modelo AG-X (DMT/FEG/UNESP), célula de carga de 5 kN e velocidade de 5 mm/min. 
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO 
3.1 TERMOGRAVIMETRIA (TGA) 
As curvas de TGA e DTG estão apresentadas nas Fig. 2 e os parâmetros medidos na Tab. 1. De acordo com 
os dados, a matriz PPR sofreu dois eventos de degradação, diferente do PP puro que, conforme a literatura, 
apresenta um evento térmico entre 275 e 450 ºC (PARPARITA et al., 2014). O surgimento de mais de um 
evento térmico caracteriza a presença de outros polímeros, comumente adicionados ao PP na fabricação de 
embalagens alimentícias, como o copolímero de etileno e álcool vinílico (EVOH), que, segundo a literatura, 
degrada a partir de 290-300 ºC e sofre dois eventos térmicos (JIANG et al., 2006). 
 
Figura 2. Curvas (a) TGA e (b) DTG das amostras PPR, BC, PPR/30BC e PPR/3PPgMA/30BC. 
 
(a) (b) 
Fonte: Autoria própria 
0 100 200 300 400 500 600 700
0
20
40
60
80
100
(d)
(c)
(a)
 
M
a
s
s
a
 (
%
)
Temperatura (°C)
 (a) PPR
 (b) BC
 (c) PPR/30BC
 (d) PPR/3PPgMA/30BC
(b)
0 100 200 300 400 500 600 700
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
 
D
T
G
 (
%
/C
e
l)
Temperatura (°C)
 (a) PPR
 (b) BC
 (c) PPR/30BC
 (d) PPR/3PPgMA/30BC
1° 2°
494 388 220 
0 
1° 
2° 
3° 
(a)
(b)
(c)
(d)
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
124 
 
O reforço BC apresentou quatro eventos térmicos de degradação (0, 1º, 2º e 3º) característicos das fibras 
lignocelulósicas, onde o evento zero corresponde a evaporação de moléculas de água presente na amostra 
(ATABANI et al., 2017) e a degradação efetiva do café começa a partir do 1º evento, correspondendo a 
degradação da hemicelulose. O 2º evento caracteriza a degradação da celulose, cadeia longa de glucose não 
ramificada com estabilidade térmica maior que a hemicelulose (MOUSTAFA et al., 2017) e o 3º evento está 
relacionado com a degradação máxima da lignina e proteínas, entretanto a degradação da lignina ocorre 
lentamente entre o 1º e 3º eventos, devido a sua cadeia complexa de anéis aromáticos com várias 
ramificações, influenciando na sua lenta velocidade de degradação (ESSABIR et al., 2018). 
Nesse contexto, o comportamento das amostras PPR/30BC e PPR/3PPgMA/30BC foi intermediário com 
relação a PPR e a BC. A curva DTG mostrou que tanto PPR/30BC quanto PPR/3PPgMA/30BC apresentaram 
dois eventos térmicos compreendendo os eventos de PPR e BC, porém a adição do reforço natural causou 
uma perda de estabilidade térmica de 55 ºC, comparando a matriz PPR. Entretanto, a adição do PPgMA 
(PPR/3PPgMA/30BC) não causou mudanças térmicas no material, comparando com PPR/30BC. 
 
Tabela 1. Parâmetros das curvas TGA e DTG das amostras PPR, BC, PPR/30BC e PPR/3PPgMA/30BC. 
Amostra Evento T (ºC) Tpico (ºC) Perda de massa (%) Resíduo à 700 ºC (%) 
PPR 1 275-386 350 9,8 3,0 
2 386-488 458 87,2 
 
 
BC 
0 30-150 70 6,3 
 
20,0 
1 150-329 305 38,1 
2 329-370 336 13,6 
3 370-515 386 16,7 
PPR/30BC 1 220-388 307 22,1 6,0 
2 388-494 465 70,4 
PPR/3PPgM
A/30BC 
1 220-388 308 20,7 8,0 
2 388-494 465 67,5 
Fonte: Autoria própria 
 
Conforme Tab.1, PPR/30BC e PPR/3PPgMA/30BC estabilizaram a partir de 494 ºC e geraram um resíduo 
com comportamento intermediário entre PPR e BC, correspondendo à presença de aditivos e estabilizantes 
do polímero reciclado e também às cinzas e extrativos do reforço natural. 
3.2 ENSAIO DE TRAÇÃO 
As curvas tensão x deformação estão apresentadas na Fig.3 e suas propriedades na Tab.2.A amostra 
PPR/30BC apresentou uma queda de 43,1% na resistência à tração e uma redução de 31,2 % no 
alongamento na Ϭ máx. sem alteração do módulo, quando comparada com PPR. Com relação ao 
alongamento total, considerando o desvio padrão, praticamente não houve mudança. 
 
Tabela 2. Propriedades do ensaio de tração das amostras PPR, PPR/30BC e PPR/3PPgMA/30BC. 
Amostra Resistência à 
tração (MPa) 
Alongamento 
Ϭ máx. (%) 
Alongamento 
total (%) 
Módulo Elástico 
(GPa) 
PPR 28,3 ± 0,6 6,4 ± 0,1 12,3 ± 1,5 1,2 ± 0,1 
PPR/30BC 16,1 ± 0,6 4,4 ± 0,4 9,2 ± 1,9 1,2 ± 0,1 
PPR/3PPgMA/30BC 19,0 ± 0,9 3,9 ± 0,2 4,4 ± 0,3 1,2 ± 0,1 
Fonte: Autoria própria 
 
A diminuição da resistência à tração está diretamente relacionada à presença de concentradores de tensão, 
como aglomerados e vazios, que podem ser causados devido à uma homogeneização inadequada, fraca 
adesão matriz/reforço e/ou devido à parâmetros de processo tais como temperatura e pressão de injeção 
(ESSABIR et al., 2018). Além disso, a queda na ductilidade está diretamente relacionada a adição do reforço 
que restringe a movimentação das cadeias poliméricas e torna o compósito mais rígido e, consequentemente 
mais frágil (MOUSTAFA et al., 2017). 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
 
125 
 
Figura 3. Gráfico Tensão x Deformação das amostras (a) PPR, (b) PPR/30BC e (c) PPR/3PPgMA/30BC. 
 
Fonte: Autoria própria 
 
A adição de 3 % de PPgMA proporcionou um aumento da resistência à tração em 18 %, devido a melhora na 
adesão interfacial, comparando com PPR/30BC. Entretanto, a forte adesão entre matriz/reforço causou a 
diminuição de 52,6% na ductilidade do material, sem interferir no módulo. 
4. CONCLUSÃO 
A adição do reforço diminuiu a estabilidade térmica e a resistência à tração, com pouca perda na ductilidade, 
comparando com PPR. A adição do PPgMA manteve a estabilidade térmica, aumentou a resistência à tração, 
mas fragilizou o material, comparando com PPR/30BC. Logo, um ajuste na quantidade de reforço e PPgMA 
pode proporcionar um melhor equilíbrio entre a resistência e a ductilidade do material. 
5. AGRADECIMENTOS 
Os autores agradecem a CAPES e ao CNPq pelo auxílio financeiro através do Processo: 147359/2018-0. 
6. REFERÊNCIAS 
ATABANI, A. E.; MERCIMEK, S. M.; ARVINDNARAYAN, S.; et al. Valorization of spent coffee grounds 
recycling as a potential alternative fuel resource in Turkey: An experimental study. Journal of the Air & Waste 
Management Association, v. 68, n. 3, p. 196–214, 2017. 
BOMFIM, A. S. C.; MACIEL, M. M. Á. D.; VOORWALD, H. J. C.; et al. Effect of different degradation types on 
properties of plastic waste obtained from espresso coffee capsules. Waste Management, v. 83, p. 123–130, 
2019. 
DAHLBO, H.; POLIAKOVA, V.; MYLLÄRI, V.; SAHIMAA, O.; ANDERSON, R. Recycling potential of post-
consumer plastic packaging waste in Finland. Waste Management, v. 71, p. 52–61, 2018. 
ESSABIR, H.; RAJI, M.; LAAZIZ, S. A.; et al. Thermo-mechanical performances of polypropylene 
biocomposites based on untreated, treated and compatibilized spent coffee grounds. Composites Part B, v. 
149, p. 1–11, 2018. 
EUROMONITOR. Tendências do Mercado de Café. 2017. 
JIANG, W.; QIAO, X.; SUN, K. Mechanical and thermal properties of thermoplastic acetylated 
starch/poly(ethylene-co-vinyl alcohol) blends. Carbohydrate Polymers, v. 65, n. 2, p. 139–143, 2006. 
MOUSTAFA, H.; GUIZANI, C.; DUFRESNE, A. Sustainable biodegradable coffee grounds filler and its effect 
on the hydrophobicity, mechanical and thermal properties of biodegradable PBAT composites. Journal of 
Applied Polymer Science, v. 134, n. 8, 2017. 
MOUSTAFA, H.; GUIZANI, C.; DUPONT, C.; et al. Utilization of torrefied coffee grounds as reinforcing agent 
to produce high-quality biodegradable PBAT composites for food packaging applications. ACS Sustainable 
Chemistry & Engineering, v. 5, p. 1906–1916, 2017. 
PARPARITA, E.; NISTOR, M. T.; POPESCU, M. C.; et al. TG/FTIR/MS study on thermal decomposition of 
polypropylene/biomass composites. Polymer Degradation and Stability, v. 109, p. 13–20, 2014.
0,0 2,5 5,0 7,5 10,0 12,5
0
5
10
15
20
25
30
(c)
(b)
T
e
n
s
a
o
 (
M
P
a
)
Deformaçao (%)
 (a) PPR
 (b) PPR/30BC
 (c) PPR/3PPgMA/30BC
(a)
 
 
 
126 
 
 
III Workshop de Engenharia Mecânica e de Produção 
Unesp, Campus de Guaratinguetá, São Paulo, Brasil 
 
Data: 1 e 2/Outubro/2019 
Local: InovEE – Centro de Inovação em Eficiência Energética 
 
 
ANÁLISE MACROGRÁFICA E DE MICRODUREZA DE UM AÇO DP980 SOLDADO A 
LASER A UMA LIGA DE ALUMÍNIO AA6013-T4 EM DIFERENTES CONDIÇÕES 
 
Antonio dos Reis de Faria Netoa*; Francisco Henrique Cappi de Freitasa; Cristina Sayuri 
Fukugauchib; Marcelo dos Santos Pereiraa; Antonio Jorge Abdallac. 
 
aUniversidade Estadual Paulista – Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá – FEG-UNESP 
bInstituto Federal de São Paulo – Campus de São José dos Capos – IFSP-SJC 
cInstituto de Estudos Avançados - IEAv - DCTA 
*e-mail: antonio.fariant@gmail.com 
 
Resumo. Os estudos contemporâneos buscam processos para unir materiais dissimilares como aço e 
alumínio para aproveitar o que cada material tem de melhor a oferecer na concepção de uma carroceria de 
automóvel segura, resistente e leve. Em vista disso, este trabalho tem como objetivo avaliar a microdureza 
do aço DP980 em uma solda a laser com liga de alumínio variando os parâmetros de soldagem. A análise 
dos resultados revelou que a condição 2, Potência de 900 W, mostrou-se eficiente para a solda entre aço 
DP980 e Liga de Alumínio AA6013-T4. 
 
Palavras-chave: Microdureza; Aço DP980; Solda a Laser; 
 
1. INTRODUÇÃO 
Os Aço Bifásicos (DP Steel) foram propostos no final da década de 70 e possuem a microestrutura formada 
essencialmente de ferrita e martensita, mas sabe-se que em função da composição química e dos tipos de 
tratamentos térmicos a microestrutura final poderá ser mais complexa, constituída de ferrita, martensita, 
bainita, austenita retida e vários tipos de agregados de ferrita e carbonetos. Portanto, as propriedades 
mecânicas do Aço DP dependerão das características das fases presentes, quantidade, distribuição e da 
maneira como elas se interagem (SUN; PUNGH, 2002). Estes materiais possuem como características 
principais: alto coeficiente de encruamento; escoamento contínuo (ausência de patamar de escoamento); 
limite de resistência médio de 380 MPa; limite de resistência à tração médio de 655 MPa e alongamento total 
superior a 27%. Devido a essas propriedades, apresentam bom equilíbrio entre resistência e ductilidade e 
maior conformabilidade que aços HSS (SILVA, 2016). 
Os estudos contemporâneos buscam processos para unir materiais dissimilares como aço e alumínio para 
aproveitar o que cada material tem de melhor a oferecer na concepção de uma carroceria de automóvel 
segura, resistente e leve. Uma forma de união consiste em Tailor Welded Blanking, que é a união de chapas 
de diferentes espessuras e/ou materiais. Várias vantagens deste processo resultam da redução do peso, da 
diminuição do número de peças, da simplificação do processo de montagem e da redução significativa dos 
custos (SHAKERI et al., 2002). Há um grande número de estudos sobre a aplicação de diferentes tecnologias 
de soldagem para unir estas ligas, mas o problema da perda de resistência nas áreas de solda é sempre um 
grande desafio que até agora, por causa da formação dos compostos intermetálicos frágeis, não foi resolvido. 
Portanto, controlar a formação de compostos intermetálicos e defeitos de soldagem tornou-se um tópico de 
pesquisa proeminente na soldagem de alumínio ao aço. 
1.1 OBJETIVO 
Avaliar a microdureza de um aço DP980 soldado a laser a uma liga de Alumínio AA6013-T4. 
2. MATERIAIS E MÉTODOS 
Os materiais utilizados neste trabalho foram cedidos ao Departamento de Materiais e Tecnologia da FEG-
UNESP na forma de chapas laminadas com espessura de 1,2 mm. As chapas foram então soldadas a laser 
no Instituto de