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    Development of a water-to-water heat pump worked with biogas for using in process of heating and cooling in milk production systems

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    Orientador: Luis Augusto Barbosa CortezTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia AgricolaResumo: A geração de energia térmica é de grande importância na agroindústria de laticínios para conservação e qualidade do leite. Como a energia elétrica é a fonte principal utilizada para geração de energia térmica, o setor leiteiro enfrenta atualmente, dois problemas: um relacionado ao custo da energia elétrica, onerando a produção; o outro, relacionado à distância das propriedades rurais das redes de energia elétrica, limitando a utilização de sistemas de refrigeração que contribuiriam para uma melhoria significativa na qualidade do leite produzido, evitando-se perdas por falta de tratamento térmico adequado. Devido à baixa qualidade da energia elétrica rural, com grandes oscilações de tensão, é freqüente, em propriedades leiteiras, acontecer a queima prematura do equipamento de refrigeração. Neste caso, além do prejuízo com o equipamento, o produtor ainda tem que amargar o prejuízo com a perda da produção. Nos laticínios produtores de leite tipo ¿A¿, além da necessidade da geração de ¿frio¿ para resfriamento do leite, é necessário também, a produção de água quente em torno de 50 ºC a 60 ºC para limpeza das instalações e equipamentos de ordenha e processamento. Em geral é utilizado aquecimento elétrico com emprego de resistências, aumentando ainda mais o consumo de energia elétrica. Os aquecedores elétricos são de grande potência e elevado consumo. Diante do problema levantado e a necessidade de buscar alternativas mais econômicas, foi desenvolvida uma bomba de calor água-água para produção simultânea de gelo ou solução gelada para resfriamento do leite e água quente para limpeza e desinfecção das instalações e equipamentos. Para acionamento desta bomba de calor foi utilizado um motor à combustão convertido para gás, permitindo o uso do biogás proveniente da digestão anaeróbia dos dejetos bovinos, proporcionando assim uma fonte barata e renovável de energia, além do tratamento correto dos dejetos presentes em grande quantidade nestas instalações e, também, em contrapartida, a produção de biofertilizante de ótima qualidade. Foram montados três protótipos, onde dois foram instalados em laboratório e um a campo para testes com biogás. Os resultados obtidos mostraram um potencial de economia com a redução dos custos com energia da ordem de 92% quando comparado o desempenho econômico da bomba de calor a biogás em relação ao equipamento de refrigeração e ao aquecedor elétrico. O potencial de economia da bomba de calor quando acionada com energia elétrica foi da ordem de 65 %Abstract: The generation of thermal energy is of great importance in the dairy industry for its conservation and quality of the milk. As the electric energy is the main source used for generation of thermal energy, the dairy industries faces now, two problems: one related at the cost of the electric energy, elevating the production cost; the other, related with the distance of the rural properties to the electricity gird, limiting the use of refrigeration systems. Due to the low quality of the rural electric energy, with great tension oscillations, it is frequent, in dairy farm, premature refrigeration equipment of refrigeration damage. In this case, besides the damage with the equipment, the producer still has the loss associated with the production. In the production milk type " A", besides the need of the generation of " cold " effect, is also necessary, the production of hot water (around 50 ºC to 60 ºC) for cleaning of the facilities and processing equipments. In general electric heating is conducted with resistances, increasing the loss and the bill paid by the producers. The electric heaters are of great power and high consumption. Due to the present problem and the need to look for economics alternatives, a water-to-water heat pump was developed for simultaneous production of ice or water frozen for cooling of the milk and hot water for cleaning and disinfection of the facilities and equipment. For operation of the developed heat pump a gas converted engine motor was used, allowing the use of the biogas produced by cow manure biodigestion, this provides a low cost source of rewable energy, besides the adequate treatment of the animal wastes and the production of bio-fertilizer of great quality. Three prototypes were assembled, two were installed in the laboratory and one in the field, for tests with biogas. The obtained results showed a potential of economy of the order of 92% when compared the refrigeration equipment and the electric heater. When compared with electric energy, the potential of economy of the heat pump still was in the order of 65%DoutoradoConstruções Rurais e AmbienciaDoutor em Engenharia Agrícol

    Operacionalização de uma planta de pirólise rápida de biomassa com reator de leito fluidizado.

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    Neste trabalho são discutidos os principais problemas encontrados durante a operação da planta piloto de pirólise rápida de biomassa, pertencente à Universidade Estadual de Campinas- Unicamp, Brasil. Essa planta foi ajustada para a produção de bio-óleo, a partir de resíduos de biomassa de pequeno tamanho. Durante os testes, os principais problemas identificados foram: escoamento de vapores da pirólise pelo sistema de alimentação de biomassa; travamento da rosca de alimentação de biomassa; segregação da biomassa no leito; sinterização do material inerte; acúmulo de biomassa e de carvão vegetal dentro do reator; dificuldade para o aquecimento do inerte e baixa eficiência de recuperação de bio-óleo. Os resultados dos testes exploratórios permitiram definir condições operacionais para possibilitar o trabalho estável do reator, aumentar o conhecimento sobre os fenômenos que ocorrem durante a pirólise rápida em leito fluidizado, além do estabelecimento de faixas operacionais para vários fatores independentes, visando a futuros trabalhos de otimização experimental

    Efecto de los parámetros de funcionamiento sobre el potencial de secado del aire en un prototipo de secador con bomba de calor

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    In low temperaturedrying, relative humidity —which expresses the relationship between air vapourpressure and saturation pressure at the same temperature—is the parameter with the greatest influence on the drying rate, as mass exchange is directly related to the vapourpressuredifferencebetween the product and the air. This study aimedto evaluate the effects of operating parameters on relative humidity values in a prototype system based on heat pump technology. This system was developed for low-temperature drying, cooling,and the control of air psychrometric conditions for post-harvest storage and preservation of agricultural products. The data was evaluated using a completely randomized design with five replications. Two drying temperatures were employed: 25°Cand 30 ºC. As for the air blower, rotations of 20, 25, 30, 35, 45 and 60 Hz were used. Regarding the refrigeration compressor, rotations of 30, 35, 40, 45 and 50 Hz were used. The results showed that both compressor and blower rotations had highly significant effects. On the other hand,relative humidity values tended to decrease as compressor rotation increased, whereas they increased withhigher blowerrotation.Na secagem a baixa temperatura, a umidade relativa, que expressa a relação entre a pressão de vapor do ar e a pressão de saturação na mesma temperatura, é o parâmetro de maior influência na velocidade do processo, uma vez que a troca de massa está diretamente relacionada à diferença de pressão de vapor entre o produto e o ar. O objetivo deste trabalho foi avaliar os efeitos dos parâmetros operacionais sobre os valores de umidade relativa em um protótipo de sistema baseadona tecnologia de bomba de calor, desenvolvido para secagem a baixa temperatura, resfriamento e controle das condições psicrométricas do ar para armazenamento e conservação pós-colheita de produtos agrícolas. Os dados foram avaliados utilizando um delineamento inteiramente casualizado com cinco repetições. Foram utilizadas duas temperaturas de secagem: 25ºCe 30 ºC. Para o insuflador de ar, foram utilizadas as rotações de 20, 25, 30, 35, 45 e 60 Hz. Para o compressor de refrigeração, foram utilizadas rotações de 30, 35, 40, 45 e 50 Hz. Os resultados mostraram que tanto a rotação do compressor como a do insuflador tiveram efeitos altamente significativos. Enquanto os valores de umidade relativa tendem a diminuir com o aumento da rotação do compressor, ooposto acontece com o aumento da rotação do insuflador.En el secado a baja temperatura, la humedad relativa (que expresa la relación entre la presión de vapor del aire y la presión de saturación ala misma temperatura)es el parámetro que más influye en la velocidad del proceso, ya que el intercambio de masa está directamente relacionado con la diferencia de presión de vapor entre el producto y el aire. El objetivo de este trabajo fue evaluar los efectos de los parámetros de operación sobre los valores de humedad relativa en un prototipo de sistema basado en la tecnología de bomba de calor. Este sistema se desarrollópara el secado a baja temperatura, enfriamiento y control de las condiciones psicrométricas del aire para el almacenamiento poscosecha y conservación de productos agrícolas. Los datos se evaluaron mediante un diseño completamente aleatorizado con cinco repeticiones. Se utilizaron dos temperaturas de secado: 25°Cy 30 °C. Se utilizaron rotaciones del soplador de aire de 20, 25, 30, 35, 45 y 60 Hz. En cuanto al compresor de refrigeración se utilizaron rotaciones de 30, 35, 40, 45 y 50 Hz. Los resultados mostraron que tanto la rotacióndel compresor como la del soplador tenían efectos muy significativos. Mientras que los valores de humedad relativa tendían a disminuir al aumentar la rotación del compresor, ocurría lo contrario al aumentar la rotación del soplador

    Analysing Scientific Mobility and Collaboration in the Middle East and North Africa

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    This study investigates the scientific mobility and international collaboration networks in the Middle East and North Africa (MENA) region between 2008 and 2017. By using affiliation metadata available in scientific publications, we analyse international scientific mobility flows and collaboration linkages. Three complementary approaches allow us to obtain a detailed characterization of scientific mobility. First, we uncover the main destinations and origins of mobile scholars for each country. Results reveal geographical, cultural and historical proximities. Cooperation programs also contribute to explain some of the observed flows. Second, we use the academic age. The average academic age of migrant scholars in MENA was about 12.4 years. The academic age group 6-to-10 years is the most common for both emigrant and immigrant scholars. Immigrants are relatively younger than emigrants, except for Iran, Palestine, Lebanon, and Turkey. Scholars who migrated to Gulf Cooperation Council countries, Jordan and Morocco were in average younger than emigrants by 1.5 year from the same countries. Third, we analyse gender differences. We observe a clear gender gap: Male scholars represent the largest group of migrants in MENA. We conclude discussing the policy relevance of the scientific mobility and collaboration aspects.Comment: 37 pages, 9 figures, 5 table

    Ergonomia e projeto: contribuições no projeto de ferramentas manuais para agricultura familiar com ênfase nos reflexos físicos da atividade de extração manual de mandioca

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    Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção, Florianópolis, 2014.Esta pesquisa teve como objetivo caracterizar a carga física de trabalho na agricultura familiar do Estado de Santa Catarina especificamente na Bacia de três Riachos que compreende as comunidades de São Mateus, São Marcos, Fazendas e Canudos. Caracteriza-se como um estudo de caso com abordagem quantitativa. Para a caracterização dos agricultores foi utilizado um questionário sociodemográfico e o questionário Nórdico para a identificação de queixas musculoesqueléticas, além, das avaliações das posturas corporais adotadas por 19 agricultores durante a realização do arranque manual de mandioca em terreno plano e inclinado, com a ferramenta manual, inicialmente proposta, para a realização da extração da mandioca. As avaliações das posturas adotadas e das ações de operações efetuadas foram obtidas através da técnica do protocolo Rula e do Xsens MVN Biomech. Visando identificar os requisitos ergonômicos necessários para construção de um novo projeto de ferramenta para realizar a extração manual de mandioca, os resultados foram analisados e correlacionados. Os resultados indicam as queixas musculoesqueléticas mais frequentes foi na coluna lombar, cervical, ombros, braços, punhos e dedos, dificultando o desempenho das atividades. Ao comparar a atividade de extração de raízes de forma manual e com o auxílio da ferramenta verificou-se que mantêm as mesmas queixas musculoesqueléticas. Os requisitos ergonômicos a serem incorporados no projeto da nova ferramenta para a extração manual de mandioca mostrou-se adequado para a redução da carga física do trabalho de extração manual de mandioca.Abstract : It has been the purpose of this research to account for the physical workload on the family agriculture in the State of Santa Catarina, more specifically in the communities within the area of Três Riachos River Basin, which are São Mateus, São Marcos, Fazendas and Canudos. This is a case study with a quantitative approach. In order to describe the producers a sociodemographic questionnaire and the Norse questionnaire have been used in order to identify musculoskeletal complaints besides the body postures adopted by 19 farmers during the manual extraction of manioc on plain and inclined ground, with the manual tool initially proposed for the extraction of manioc. The evaluations of the postures adopted and of the operations undertaken have been obtained through the technique of Rula and Xsens MVN Biomech protocol. Intending to identify the necessary ergonomic requirements for the construction of a new tool project to carry out the manual extraction of manioc, the results have been analyzed and correlated. The results show that the most frequent musculoskeletal complaints were on the lumbar spine, cervical spine, the shoulders, arms, wrists and fingers, making the accomplishment of activities difficult. When comparing the root extracting activity carried out manually to the one undertaken with the help of a tool, it has been noted that musculoskeletal complaints remain the same. The ergonomic requirements to be incorporated in the project for the new manual manioc extraction tool have shown to be suitable for the reduction of the physical workload on the manual extraction of manioc
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