Apresentação

O Núcleo de Prototipagem e Teste de Materiais, Componentes e Sistemas (PMS) é um ambiente aberto de desenvolvimento e validação de produtos e soluções inovadoras, utilizando materiais convencionais e sustentáveis baseados em aproveitamento de resíduos e processos biotecnológicos. Para tanto, o emprego da prototipagem é fundamental na aferição das propriedades tecnológicas dos materiais e simulação do funcionamento dos produtos, como base para definição de requisitos e atendimento às normas técnicas vigentes. Assim, uma estrutura está sendo consolidada por meio da congregação de diferentes laboratórios e expertises, bem como a ampliação de suas capacidades para atuar nas frentes de (i) processos de beneficiamento, valorização de resíduos e desenvolvimento de novos materiais; (ii) componentes e equipamentos; (iii) elementos e sistemas construtivos; (iv) tecnologia BIM; (v) avaliação de desempenho; (vi) avaliação de ciclo de vida; e (vii) formação e treinamento profissionalizante. Desta forma, múltiplos públicos serão atendidos em uma estrutura de referência, gerando conhecimento, desenvolvendo rotas tecnológicas inovadoras, e promovendo redução de custos e impactos ambientais negativos.

DESCRIÇÃO DO PROJETO

O desenvolvimento e validação de um produto inclui uma série de passos, sendo a prototipagem um deles. Dessa forma, o processo de concepção e validação tende a ser demorado, caro e desgastante para o pequeno empreendedor. Assim, uma infraestrutura abrangente e integrada agrega valor ao desenvolvedor, simplificando esse caminho e permitindo que o principal ator foque em seu produto e em sua rápida inserção no mercado. Este projeto pretende consolidar e ampliar uma robusta infraestrutura já existente, com vistas a ofertar um ambiente de desenvolvimento integrado, aberto e atrativo, que apoie o desenvolvedor desde a consolidação da sua ideia, passando pela matéria prima e culminando na validação.

PROTOTIPAGEM DE PROCESSOS DE BENEFICIAMENTO, VALORIZAÇÃO DE RESÍDUOS E
DESENVOLVIMENTO DE NOVOS MATERIAIS

Esta frente atua em áreas com grande potencial de inovação e desenvolvimento de diferenciais tecnológicos, e é base para parte das tecnologias de prototipagem contempladas nesta proposta. A qualidade da matéria prima ainda impacta diretamente na qualidade e desempenho do produto obtido. Além disso, a valorização e/ou desenvolvimento de novos materiais e aditivos, por si só, representam uma parcela importante dos interesses de possíveis parceiros que venham a buscar apoio do laboratório. Dentro desse universo, a valorização de materiais residuais e desenvolvimento de materiais de baixo impacto ambiental (como pode ser o caso de biomateriais) no desenvolvimento de produtos ecoeficientes, além de uma necessidade, é uma oportunidade relevante para a indústria de base tecnológica.
A expertise dos grupos proponentes no desenvolvimento de biopolímeros e biocompósitos, juntamente com a infraestrutura e domínio das técnicas para o cultivo de biomassa a base de microalgas, ampliam consideravelmente a oportunidade de desenvolvimento de materiais inovadores, biodegradáveis e ambientalmente amigáveis. Nesse aspecto, uma infraestrutura de referência estará disponível para o cultivo, separação e colheita de biomassa de microalgas em águas residuárias no Laboratório de Engenharia Sanitária e Ambiental (LESA). A área experimental do laboratório é composta por lagoas de alta taxa, reatores de biofilme, colunas de carbonatação e sistema de combustão de gases, todos em escala piloto. O LESA conta também com diversos equipamentos para análises laboratoriais e caracterização física, química e microbiológica da biomassa algal. Esta infraestrutura permite que a biorremediação das águas residuárias e a produção e colheita de biomassa ocorrerá de forma integrada, indo ao encontro do conceito de Estação de Tratamento de Esgoto sustentável, em que os recursos do saneamento serão aproveitados como insumos primordiais, inclusive para a composição de biomateriais da construção civil. Além disso, ressalta-se que o grupo proponente possui ampla experiência técnica e científica no desenvolvimento de projetos inovadores em parceria com diversas instituições brasileiras e internacionais.
É particularmente relevante a avaliação dos processos de beneficiamento, sendo a qualidade e desempenho do produto obtido fortemente influenciado pelo mesmo. Neste aspecto, testar em escala piloto os processos mais adequados e avaliar os resultados destes no desempenho do biomaterial obtido é de grande importância. Os laboratórios proponentes já possuem parte da infraestrutura de apoio à avaliação de processos de beneficiamento, que será ampliada. O desenvolvimento e validação de novos compósitos baseados em materiais inovadores (especialmente os biocompósitos) e o melhoramento das tecnologias atuais por meio de aditivação e suplementação de matrizes poliméricas, argamassas e cimentícias. Como parte do escopo e diferencial, o PMS ainda engloba a aplicação de materiais desenvolvidos e/ou valorizados, incluindo ligantes à base de biopolímeros, aditivos, fibras vegetais e de biomassa, nanomateriais e resíduos de diferentes origens, beneficiados e transformados em agregados, fíleres e ligantes suplementares, dentre outros. O grupo proponente possui expertise e capacidade de apoio nessas disciplinas, porém, pretende-se expandir a capacidade de atuação por meio de equipamentos a serem adquiridos e/ou desenvolvidos.

PROTOTIPAGEM DE PROCESSOS DE PRODUÇÃO, COMPONENTES E EQUIPAMENTOS

Esta frente diz respeito à infraestrutura de apoio ao processo de desenvolvimento e prototipagem do produto em si, além de componentes, equipamentos e dispositivos para tal, desde a produção de simples formas para moldagem de elementos de concreto, até o projeto e produção de componentes de máquinas.
O grupo conta com capacidade de desenvolvimento em sistemas eletrônicos e já desenvolve e prototipa componentes em suas atividades de pesquisa e extensão, incluindo projetos e montagens de formas, componentes e dispositivos para sistemas estruturais e ensaios mecânicos de grande porte. O grupo já desenvolveu e fabricou equipamentos para prototipagem por manufatura aditiva, com destaque para uma impressora 3D de médio porte para argamassa de cimento Portland e outros compósitos particulados, projetada e construída usando tecnologias de prototipagem virtual e sistemas baseados em controladores tipo Arduino, com participação de professores e estudantes de graduação.
Os laboratórios, no entanto, ainda possuem infraestrutura limitada para essa frente, sendo parte importante dos investimentos direcionados para sua consolidação. Esses investimentos darão grande autonomia e capacidade de produção e desenvolvimento em uma extensa gama de possibilidades, desde produtos em si, mas também componentes para sistemas maiores e equipamentos.
Para a consolidação dessa linha, o PMS buscará, ainda, parceria com outros laboratórios de prototipagem rápida (como FabLabs, por exemplo), com destaque à infraestrutura montada pelo CenTev, ao qual o PMS se junta como estrutura complementar de desenvolvimento.

PROTOTIPAGEM DE ELEMENTOS E SISTEMAS CONSTRUTIVOS

Esta frente tem capacidade de prover a indústria emergente com uma gama de possibilidades para desenvolvimento e prototipagem de componentes e sistemas, por meio da infraestrutura provida pelas frentes listadas anteriormente, e contando com a infraestrutura e expertise das equipes envolvidas no projeto.
No contexto da construção civil, o grupo já conta com equipamentos de prototipagem de elementos cerâmicos por extrusão e compactação, elementos de concreto por moldagem com e sem energia de compactação, além de manufatura aditiva por extrusão. Elementos e sistemas baseados em aço e mistos de aço e concreto e aço e madeira são, ainda, constantemente desenvolvidos e testados em trabalhos acadêmicos de pesquisa e de engenharia aplicada.

PROTOTIPAGEM VIRTUAL COM TECNOLOGIA BIM

O grupo conta com uma robusta infraestrutura de apoio ao processo de desenvolvimento e prototipagem paramétrica digital (modelos) de elementos/componentes construtivos utilizando softwares de tecnologia BIM, incluindo recursos para visualização/análises em realidade virtual e aumentada. Trata-se de uma estrutura de base e apoio ao desenvolvimento de novos produtos e sistemas construtivos. A infraestrutura existente conta com computadores de última geração e grande capacidade de processamento gráfico, montado em parceria e com investimentos do Departamento Nacional de Infraestrutura de Transporte – DNIT.

AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO

Como diferencial desta proposta, consistindo na etapa fundamental para a inserção no mercado de soluções em materiais, componentes e sistemas, contempla-se a etapa de validação por meio de ensaios de desempenho, o que permite a oferta de um apoio amplo e integrado aos interessados em desenvolver e validar produtos. Além dos ensaios de caracterização e controle de qualidade básicos previstos pelas normas técnicas vigentes voltados a materiais de construção, a infraestrutura a ser consolidada permite o desenvolvimento de novas metodologias de validação, incluindo equipamentos e dispositivos, além de prover os laboratórios com aparatos específicos preconizados por normas vigentes para ampliação da gama de opções.

AVALIAÇÃO DO CICLO DE VIDA

O desempenho da sustentabilidade ambiental das rotas de produção dos materiais e sistemas ainda pode ser avaliado a partir da avaliação do ciclo de vida, considerando o mapeamento de todas as rotas de conversão energética. As fases de modelagem, incluindo definição de objetivo e escopo, inventário, avaliação de impactos e interpretação são realizadas conforme as NBRs ISO 14040, 14041, 14042, 14043, 14044, 14046, 14047, 14048 e 14049. Ressalta-se que o grupo proponente possui infraestrutura de tecnologia da informação e conta com a licença da versão PhD do software SimaPro® (PRé Sustainability BV, Netherlands, version © 9.0.0) que dispõe das mais recentes bases de dados para avaliação do ciclo de vida dos produtos.

FORMAÇÃO E TREINAMENTO PROFISSIONALIZANTE

A infraestrutura é parte estrutural de um ambiente de formação, sendo utilizada nas atividades de ensino de graduação, contando com salas de aula e estrutura que serve à cursos de graduação e eventos extensionistas de formação, como às ações do projeto de extensão Engenharia Pública, e atividades dentro da Semana do Fazendeiro da UFV.
O PMS tem sua capacidade de utilização como ambiente de formação ampliada, abrindo espaço para os parceiros formarem seus colaboradores nas tecnologias aqui desenvolvidas, para atuarem profissionalmente em suas linhas de produção.

Contribuição para o desenvolvimento local e vinculação ao plano de inovação local e regional

O tema “Cidades Sustentáveis” é visto como de grande aderência socioeconômica e ambiental, por englobar ações voltadas a materiais e sistemas construtivos, sendo aplicável tanto a edificações como em obras de infraestrutura, com forte ligação com o desenvolvimento de materiais e sistemas de menor impacto ambiental. Desta forma, os temas Building Information Modeling – BIM, Biotecnologia (biomateriais), Engenharias e Habitação estão intimamente relacionados às frentes de atuação deste projeto e serão endereçados na estrutura proposta.
A indústria da construção tem grande impacto nos indicadores sociais, sendo responsável pela geração de um grande número de empregos diretos e indiretos, absorvendo um grande espectro de perfis profissionais. Ademais, considerando o déficit habitacional de 11,9 milhões de unidades projetado para 2030 (Abrainc), e um déficit em infraestrutura estimado em 30 anos (Sinicon), as ações deste projeto são consideradas estratégicas, impactando cadeias produtivas ligadas a um mercado de grande demanda e em expansão.
A prática tradicional do setor, no entanto, é conservadora e atrasada em relação a outros setores industriais, sendo incompatível com as necessidades do mundo atual. Há necessidade urgente de modernização, com incremento do grau de industrialização em toda sua cadeia e, principalmente, tornando-a mais sustentável. Nesse aspecto, o grande consumo de recursos naturais e de energia,
a grande taxa de geração de resíduos nos métodos construtivos tradicionais, e as grandes taxas de emissões de CO2 na produção dos insumos (marcadamente o cimento Portland, responsável por 6 a 9% das emissões globais), são absolutamente incompatíveis com os esforços mundiais na busca da sustentabilidade. Por esta razão, o país terá que construir sua infraestrutura e resolver seu déficit habitacional, ao mesmo tempo que terá de desenvolver e empregar tecnologias mais limpas e sustentáveis, muito possivelmente tendo de se enquadrar em legislações específicas nesta direção, com grande participação de pequenas empresas fabricantes de elementos pré-fabricados e sistemas construtivos, e toda uma cadeia de suprimento, serviços e equipamentos.
Sob a perspectiva da sustentabilidade e diante da atual necessidade de mudar os paradigmas da geração de resíduos, o desenvolvimento de materiais ecoeficientes, baseado em estratégias como tratamento de águas residuárias integrado ao cultivo de microalgas, para recuperar recursos do saneamento e reaproveitar na construção civil na forma de biomateriais, dentre outros materiais inovadores e sustentáveis, são expertises deste grupo e endereçadas nesta proposta. Alternativas como estas são consideradas estratégias viáveis do ponto de vista técnico, econômico e ambiental, pois além de controlar a poluição ambiental, fornecem uma solução para o descarte de resíduos, ao passo que se gera produtos úteis e valorizados para a aplicação na sociedade.
O PMS é, ainda, perfeitamente alinhado com os planos de inovação e desenvolvimento regional, pois está apta a atender indústrias de pequeno porte e capilarizadas, dando condições a pequenos empreendedores (locais ou não) em desenvolver e validar suas ideias. Destaca-se o caso da indústria da construção civil, que pode ser atendida nessa estrutura, com sua cadeia produtiva, que consome materiais de baixo custo, não sendo viável economicamente o emprego de elementos e insumos produzidos em grandes distâncias do local de aplicação. Desta forma, esta cadeia produtiva emprega materiais e mão de obra locais, sendo altamente envolvidas com as realidades das regiões onde estão instaladas, demandando soluções específicas e individuais, promovendo o desenvolvimento regional e sustentável.