Publicações de 2019
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Dissertação - Andressa Michaelsen
CONSTRUÇÃO E OPERAÇÃO DO REATOR PARA FOTODEGRADAÇÃO DE COMPOSTOS FENÓLICOS PRESENTES EM EFLUENTE PETROQUÍMICO
Autor: Andressa Michaelsen (Currículo lattes)
Resumo
Os processos industriais geram grandes quantidades de águas residuais com complexidade cada vez maior. Para que estas sejam lançadas no meio ambiente, necessitam da remoção de compostos que possam ser contaminantes ao meio em que são dispostos. No processamento do petróleo, por exemplo, uma gama de componentes de difícil degradação é gerada. Entre estes, os fenóis vêm despertando interesse na comunidade científica por serem classificados como poluentes orgânicos prioritários por sua toxicidade ao homem e a biota. Devido a necessidade de degradar e determinar compostos fenólicos, o presente trabalho tem por objetivos construir e operar um fotorreator; empregar a fotodegradação na redução e/ou mineralização completa de compostos fenólicos; coletar areia com potencial presença de partículas catalisadoras do município de São José do Norte, separar, caracterizar suas frações e identificar os elementos presentes; utilizar a fração de maior concentração de catalisador natural e avaliar a degradação dos compostos fenólicos com e sem o seu uso. Para a execução do trabalho, o fotorreator foi projetado e construído em aço inox, na forma cilíndrica, com capacidade volumétrica útil de 0,8 L - capacidade 60% maior do que estudos encontrados na literatura para fotodegradação. O reator é composto por sistema de resfriamento através da circulação de água e sistema elétrico contendo lâmpada germicida UVC de 95 W encamisada com tubo de quartzo, como fonte de radiação. Os experimentos foram conduzidos segundo planejamento fatorial 23 com triplicata do ponto central e os resultados analisados estatisticamente para definição das variáveis de operação do reator. As condições operacionais para reação de degradação de fenol de 89,2% (±0,7) do efluente bruto em reator de 0,8 L em 30 min foram de pH 7, 4 g de areia com fração de 24% de titânio (Ti) e 22 mg L-1 de peróxido de hidrogênio (H2O2). A degradação de fenol foi de 89,4% (±0,9) para 44 mg L-1 de H2O2 sem uso da areia (sem catalisador). O uso do catalisador diminui o volume de H2O2 pela metade.
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Dissertação - Gabriela Saldanha Soares
MONITORAMENTO DO COMPORTAMENTO DA TEMPERATURA E DA PRESSÃO DURANTE A SECAGEM DE SEMENTES FORRAGEIRAS EM LEITO FLUIDIZADO
Autor: Gabriela Saldanha Soares (Currículo lattes)
Resumo
O presente trabalho teve como objetivo monitorar experimentalmente a operação de secagem de sementes em leito fluidizado (LF), através de medidas de temperatura e pressão, a fim de identificar diferentes padrões de comportamento durante os períodos de taxa constante e decrescente, e assim determinar a umidade crítica dos sólidos. Duas espécies de sementes foram utilizadas nesse estudo: trevo persa (Trifolium resupinatum L.) e trevo vesiculoso (Trifolium vesiculosum), em virtude da grande disponibilidade dessas plantas na região Sul do Brasil. A caracterização física dos sólidos permitiu determinar que as duas espécies de sementes pertencem ao grupo B da classificação de Geldart e o estudo fluidodinâmico auxiliou na definição das melhores condições operacionais para a secagem. O teor de umidade de equilíbrio e o comportamento da adsorção de umidade dos sólidos foram estabelecidos através de isotermas de adsorção nas temperaturas de 40, 45 e 50 ºC, de maneira que o modelo de Peleg mostrou-se mais apropriado para descrever o processo. A cinética de secagem das sementes foi determinada através de ensaios de secagem em camada delgada em um secador de fluxo paralelo do ar, nas temperaturas de 40 e 50 ºC. Além de demonstrar o predomínio do período de taxa decrescente de secagem para as duas espécies de sementes, foi possível obter os valores de umidade crítica, aproximadamente 0,20 gH2O.gss-1 para o trevo persa e 0,25 gH2O.gss-1 para o trevo vesiculoso. Os experimentos de secagem em leito fluidizado foram realizados nas temperaturas de 40 e 50 ºC, utilizando relações Hl:Dl (altura de leito fixo:diâmetro da coluna) 1:1 e 1,5:1 e velocidades de fluidização de aproximadamente 2,7 vezes a velocidade de fluidização mínima. As medidas de temperatura e queda de pressão foram analisadas diretamente por meio de gráficos correlacionando-as ao conteúdo de umidade do material, e indiretamente por meio de análises nos domínios do tempo (desvio padrão) e da frequência (PSD). A análise direta mostrou que os perfis de temperatura e pressão são sensíveis à perda de umidade do material durante o processo de secagem. Quanto ao perfil de temperatura, comprovou-se que não sofreu interferência da altura do leito de partículas ou da umidade inicial do material. Já no que diz respeito às medidas de pressão, ao utilizar a relação Hl:Dl 1,5:1 não foi possível identificar um perfil característico em decorrência da mudança no regime fluidodinâmico do leito. Pela análise indireta, notou-se que o desvio padrão apresentou comportamento análogo às medidas de queda de pressão e os espectros de potência tornaramse mais largos e com amplitude reduzida, além de apresentarem dois componentes de frequência distintos após determinada perda de umidade, indicativos de mudança no regime fluidodinâmico do leito ao longo do processo de secagem. Assim, foram identificadas diferenças nos padrões de comportamento das medidas de pressão e temperatura quando relacionadas ao teor de umidade do material e, portanto, foi possível estimar a umidade crítica dos sólidos e os períodos de secagem a taxa constante e decrescente, por meio de medidas indiretas, de baixo custo e de fácil obtenção.
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Dissertação - Keslei Rosendo da Rocha
BIOSSÍNTESE DE LIPÍDIOS POR Rhodotorula mucilaginosa CCT 7688 A PARTIR DE HIDROLISADO DE CASCAS DE SOJA
Autor: Keslei Rosendo da Rocha (Currículo Lattes)
Resumo
Lipídios são moléculas orgânicas que fazem parte da constituição dos seres vivos e da sua alimentação, sendo geralmente obtidos através de plantas oleaginosas como a soja, por exemplo, mas também de forma alternativa através do uso de micro-organismos como as leveduras, por exemplo. As leveduras são muito estudadas devido à sua rápida taxa de crescimento, possibilidade de ampliação da escala de produção, pouco espaço industrial requerido e não estarem sujeitas às intempéries climáticas. Como forma de minimizar os custos de produção de lipídios por leveduras, resíduos industriais podem ser utilizados nos cultivos por oferecerem uma fonte de carbono alternativa e também minerais essenciais ao crescimento. Desta forma, este trabalho teve como objetivo a produção de lipídios através do uso da levedura Rhodotorula mucilaginosa CCT 7688 em meio de cultivo composto por hidrolisado obtido a partir de cascas de soja. Após caracterização das cascas de soja utilizadas neste estudo, determinou-se que estas eram compostas majoritariamente por celulose (39,11 %), hemicelulose (27,22 %) e lignina (14,73 %). Dentre os metais analisados, aqueles com maior concentração foram alumínio (502,01 mg∙kg-1), zinco (42,20 mg∙kg-1) e manganês (40,12 mg∙kg-1). Para determinar as melhores condições de hidrólise das cascas visando maior liberação de carboidratos fermentáveis, foram feitos testes avaliando a influência da granulometria das cascas (sem moer ou moídas com granulometria média ≤ 1 mm), pressão e temperatura na autoclave (0,5 atm e 111 °C, 1,1 atm e 122 °C, 1,5 atm e 127 °C) e concentração de H2SO4 (1,2 mmol∙g-1, 1,5 mmol∙g-1 e 1,8 mmol∙g-1) fixando-se a razão sólidolíquido em 1:8,8 e o tempo total de reação em 60 min. As melhores condições determinadas para a hidrólise foram: 1,1 atm, 122 °C, H2SO4 1,8 mmol ∙ g-1 e cascas com granulometria ≤ 1 mm. Nestas condições foram produzidos 18,10 g∙L-1 de açúcares redutores. Nos testes preliminares usando o hidrolisado obtido a partir das melhores condições estudadas, foram produzidos 9,11 ± 0,01 g∙L-1 de biomassa composta por 5,30 ± 0,68 % de lipídios, alcançando assim 0,48 ± 0,06 g∙L-1 de lipídios totais após 240 h de cultivo. Foram feitos cultivos em um meio que simulou as concentrações dos carboidratos presentes no hidrolisado de cascas de soja, onde foram produzidos 6,93 ± 0,02 g∙L-1 de biomassa composta por 11,49 ± 0,17 % de lipídios, alcançando assim 0,79 ± 0,01 g∙L-1 de lipídios totais após 240 h de cultivo. Com o objetivo de maximizar a produção de lipídios totais, foram propostos planejamentos experimentais do tipo DCC 2³ onde a razão C/N, a concentração de MgSO4 . 7 H2O e pH inicial foram os fatores estudados utilizando como fontes de carbono xilose, arabinose, glicose e o hidrolisado concentrado. Para este último, sob razão C/N 80, concentração MgSO4 ∙ 7 H2O 1,5 g∙L-1 e pH inicial 3,5 foram obtidos os melhores resultados: 7,26 g∙L-1 de biomassa composta por 19,41 % de lipídios, produzindo assim 1,41 g∙L-1 de lipídios totais após 240 h de cultivo. Estes valores representaram um aumento de 66 % em relação aos primeiros testes com o hidrolisado e 44 % em relação à mistura que simulou a concentração dos carboidratos no hidrolisado. Foram avaliadas ainda diferentes estratégias de cultivo buscando aumentar a produção de lipídios, sendo a batelada alimentada com hidrolisado (20 g∙L-1 ) e glicose (10 g∙L-1 alimentada após 72 h de cultivo) a estratégia com melhores resultados, onde foram produzidos 11,92 ± 0,02 g∙L-1 de biomassa composta por 29,28 ± 0,13 % de lipídios, alcançando assim 3,49 ± 0,01 g∙L-1 de lipídios totais após 144 h de cultivo. Os lipídios produzidos nesta estratégia foram caracterizados por RMN ¹H e CG/MS, onde determinou-se majoritária composição por ácido oleico (66,92 %) e palmítico (24,62 %), dentre outros em menores frações. Esses resultados mostraram potencialidade no uso do hidrolisado de cascas de soja como fonte de carbono e nutrientes para a biossíntese de lipídios por R. mucilaginosa CCT 7688.
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Dissertação - Liziane Nunes Costa
CÉLULA COMBUSTÍVEL MICROBIOLÓGICA PARA GERAÇÃO DE ENERGIA E PRODUÇÃO DE BIOCOMPOSTOS
Autor: Liziane Nunes Costa (Currículo lattes)
Resumo
Em busca do desenvolvimento de uma inovação para a produção de energia elétrica que, além de minimizar e substituir os combustíveis fósseis, reduza o impacto ambiental, surgiram as células de combustível microbiológicas (CCMs), uma tecnologia promissora que une a geração de eletricidade com o tratamento de efluentes. As CCMs podem converter diretamente energia química em eletricidade pelo uso de bactérias exoeletrogênicas, micro-organismos estes que degradam substâncias oxidáveis produzindo metabólitos e elétrons. As células podem usar diferentes substratos orgânicos complexos, incluindo águas residuais domésticas, industriais e agrícolas; assim, considerando que o sedimento marinho possui uma alta carga de nutrientes, micro-organismos e matéria orgânica, e uma grande quantidade deste é retirada e descartada a cada processo de dragagem de grandes portos, utilizar o sedimento do Porto do Rio Grande como matéria-prima para inocular uma CCM torna-se vantajoso. O sedimento possui alta carga de matéria orgânica extracelular e as substâncias poliméricas extracelulares são seus principais constituintes, compreendendo uma mistura de polímeros de alto peso molecular. Este trabalho tem o objetivo de produzir energia elétrica e estudar o processo de obtenção, separação e caracterização de biocompostos obtidos a partir de célula combustível microbiológica de câmara dupla inoculada com o sedimento da dragagem do Porto de Rio Grande. Na primeira etapa deste trabalho, realizou-se a construção de uma CCM de 2 L de volume utilizando o ferrocianeto de potássio 50 mM como aceptor de elétrons. Operando esta célula com uma resistência externa de 1 kΩ obtiveram-se resultados de diferença de potencial elétrico máximo de 0,71 V e densidade de corrente elétrica máxima de 61,74 mA/m². Posteriormente, realizou-se uma curva de polarização para determinar a potência máxima atingida no sistema e sua resistência interna. Com a curva de polarização, verificou-se que ela atingiu densidade de potência máxima de 128,44 mW/m² com a resistência externa de 150 Ω e resistência interna de 60 Ω. Para dar continuidade ao trabalho, reduziu-se a resistência externa aplicada de 1 kΩ para 150 Ω e seguiu-se operando o reator para as demais etapas. Nesta condição, a CCM atingiu ddp de 0,60 V e 50 mA/m². Com a CCM estabilizada, realizou-se a obtenção, separação e caracterização do biocomposto produzido no compartimento anódico. Para separação do biocomposto utilizou-se uma metodologia de precipitação com álcool etílico utilizando a centrifugação para a separação do biocomposto do sobrenadante. Nesta etapa do trabalho estudou-se as melhores condições de separação avaliando o efeito das variáveis concentração de álcool etílico, pH e temperatura de extração na concentração de carbono total do biocomposto, como melhores condições de separação obtiveram-se a concentração de álcool etílico 100%, o pH em 10 e a temperatura de 4°C. Para a caracterização do biocomposto obtido com as melhores condições de separação realizaram-se as análises de carbono total, reológica, morfológica e elementar. O biocomposto apresentou em sua composição 26% de carbono. Na análise reológica demonstrou menor viscosidade com a temperatura de 40°C e apresentou um comportamento de um fluido não-newtoniano. Como característica morfológica apresentou forma rígida e não uniforme. E em sua composição elementar, o componente majoritário em sua composição foi o oxigênio com 43,23%. A CCM é uma alternativa para a produção de energia elétrica, visto que apresentou resultados de ddp satisfatórios considerando a utilização de um resíduo disponível no meio ambiente para a sua produção. Além disso, paralelamente a produção de eletricidade ela está gerando um bioproduto de possa ter valor agregado.
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Dissertação - Nuhu Ayuba
SIMULAÇÃO DE PERFIS DE ESCOAMENTO MULTIFÁSICO (ÓLEO-ÁGUA) EM DUTO CIRCULAR HORIZONTAL
Autor: Nuhu Ayuba (Currículo lattes)
Resumo
Nos campos de petróleo a exploração e o transporte exigem habilidades especiais, sobre as propriedades dos fluidos envolvidos, e os fatores que influenciam na configuração dos perfis de escoamento é crucial. Isso leva ao desenvolvimento de diferentes métodos de transporte. No entanto, os fatores mais considerados na melhoria dos métodos são custo e eficiência. Provavelmente, um meio de transporte mais eficiente tende a reduzir o custo. Assim, esta dissertação estudou uma das melhores formas de transporte de petróleo pesado bruto; escoamento anular (Core annular flow- CAF) com o objetivo de encontrar as condições necessárias para estabelecer um escoamento CAF. Estas condições são fração volumétrica (corte) de óleo e água na entrada do tubo, velocidade dos fluidos (óleo e água), diâmetro do tubo e material do tubo (vidro). Ao alcançar o escoamento CAF, avaliou-se a queda de pressão, perfil de velocidade, tensão cisalhante. O melhor CAF possui condições onde a queda de pressão para todo o processo é menor. Sobretudo, estes estudos foram feitos com o software COMSOL 5.0 no formato de perfil volumétrico em 3D usando uma malha computacional variando de 80.000 a cerca de 200.000 elementos, que representam as dimensões do tubo utilizado no laboratório e as propriedades de fluidos. Posteriormente, outras condições foram simuladas, usando o COMSOL multiphysics 5.0. Este software resolve uma equação de momento único compartilhada pelos dois líquidos (óleo e água). Além disso, traça a trajetória de cada fração volumétrica dos fluidos em todo o domínio computacional produzindo o perfil do escoamento (multifásico). A validação do software foi feita reproduzindo três grupos de perfis de escoamento multifásico (óleo e água) encontrados em artigos publicados: Duin, Hankes e Ooms (2018), Tripathi et al, (2017) e Rhoheth (2016). Depois da validação, estabeleceram-se as condições para simular um escoamento anular. Além disso, valores calculados da queda de pressão neste trabalho foram próximos ao valor obtido por simulação. Para estimar a tensão de cisalhamento atuando na parede durante o escoamento CAF, mapeou-se o tubo de vidro para obter a proporção de cada fluido em contato com a parede interna do tubo. Para isto, calculou-se uma razão relacionando a queda de pressão para escoamento de fluidos puros com escoamento multifásico.
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Dissertação - Pablo Eduardo Godinho Guerreiro
DESENVOLVIMENTO DE BIOSENSOR DE MATÉRIA ORGÂNICA COM CÉLULA COMBUSTÍVEL MICROBIOLÓGICA DE CÂMARA ÚNICA À BASE DE RESÍDUO DE PILHA
Autor: Pablo Eduardo Godinho Guerreiro (Currículo lattes)
Resumo
Células combustíveis microbiológicas (CCMs) são dispositivos capazes de converter biologicamente energia química em elétrica. Nas CCMs as bactérias exoeletrogênicas, presentes no ânodo, oxidam matéria orgânica e liberam elétrons extracelularmente que devido à diferença de potencial, migram para o cátodo no qual há um agente oxidante. Uma das aplicações de CCMs é seu uso como biosensores de matéria orgânica, obtendo resultados mais rápidos quando comparado ao método padrão para determinação de compostos biodegradáveis, DBO5, o qual necessita de período de incubação de 5 dias e apresenta falhas de reprodutibilidade. Em CCMs do tipo ar-cátodo o agente oxidante é o oxigênio e, por isso, para aumentar a eficiência do sistema diversos materiais vêm sendo estudados para catalisar a reações de redução do O2, sendo o óxido de manganês (MnOx) um deles. O objetivo deste trabalho foi estudar o uso de eletrodo catódico contendo resíduo de pilha em células combustíveis microbiológicas do tipo ar-cátodo e relacionar a concentração de matéria orgânica de efluente sintético com Coulombs transferidos. Na primeira etapa desse trabalho, foi estudado o uso eletrodos com carvão ativado, polivinilideno co-hexafluorpropileno e diferentes proporções de resíduo de pilha – sem resíduo, 7% (m/m) e 14% (m/m) – e comparados com uma CCM de câmara dupla utilizando ferrocianeto de potássio como agente oxidante. As CCMs ar-cátodo quando operadas com resistência externa (Rext) de 1000 Ω e 1,0 g/L de acetato de sódio obtiveram densidade de potência acima entre 26,41 e 34,26 mW/m², mais de 35% superior à CCM operada com ferrocianeto (19,56 mW/m²). A operação das CCMs em Rext de 560 Ω e concentração de acetato de sódio máxima de 0,20 g/L foi favorável para as CCM arcátodo e de câmara dupla, sendo obtidas densidade de corrente 33% superiores para as CCMs ar-cátodo em comparação à operação em 1000 Ω e 3,1 vezes superior para CCM de câmara dupla comparada a sua operação em 1000 Ω. Foi realizado um estudo de aumento da área do ânodo pela adição de pellets de grafite, porém essa modificação resultou na diminuição de ddp gerada. Já na segunda etapa desse trabalho, CCMs ar-cátodo, em triplicata, com eletrodos catódicos sem resíduo de pilha e com 14% (m/m) de resíduo, foram alimentadas com 0,25; 0,50; 1,00; 2,50 e 5,00 g/L de acetato de sódio em Rext de 1000, 560, 100, 47 e 10 Ω e analisados o coeficiente de determinação e o tempo de resposta dos biosensores. Em todas condições de resistências externas foram obtidos coeficientes de determinação acima (R²) de 0,92 para ambos grupos de CCMs. O tempo de resposta diminuiu com a redução da resistência, sendo obtidos em Rext de 47 Ω respostas em 16,8 h com e R² de 0,99, e em Rext de 10 Ω respostas em 7,7 h com e R² acima de 0,95. As CCMs sem resíduo de pilha apresentaram tempo de resposta mais curtos, porém com menor R². O resíduo de pilha no eletrodo catódico de CCM é uma alternativa para reutilização deste resíduo sem que sejam realizados tratamento e purificação do mesmo. As CCMs apresentaram resultados promissores como biosensor de matéria orgânica, sendo obtidos resultados em no máximo 20% do tempo requerido pelo método DBO5.
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Dissertação - Rafael Gerhardt
ADSORÇÃO DE Cr6+ E Pb2+ UTILIZANDO FILMES E BLENDAS DE QUITOSANA E SPIRULINA sp.
Autor: Rafael Gerhardt (Currículo Lattes)
Resumo
Indústrias de diversos segmentos descartam uma quantidade significativa de efluentes contendo íons metálicos no meio ambiente. Se estes resíduos não forem tratados corretamente, causam graves impactos ambientais e sérios problemas à saúde pública. Desta forma, faz–se necessário a remoção destes contaminantes a fim de minimizar estes problemas. A biossorção se destaca por ser uma operação simples e tecnicamente viável no tratamento deste tipo de efluente, principalmente quando são utilizados adsorventes de baixo custo, ou de materiais provenientes de fontes renováveis. Dois bioadsorventes promissores para a remoção de íons metálicos são a quitosana e a Spirulina sp. No entanto, a utilização destes materiais na forma de pó dificulta a separação de fases após o processo, bem como sua reutilização. Sendo assim, o preparo de filmes e blendas de quitosana/Spirulina sp. é uma forma de contornar esse problema, e ainda aproveitar todo o potencial desses materiais como bioadsorventes. Neste contexto, o objetivo do presente trabalho foi preparar filmes e blendas bioadsorventes a partir de quitosana e Spirulina sp., e aplicar na remoção dos íons Cr6+ e Pb2+ de soluções aquosas. A quitosana foi produzida a partir da reação de desacetilação da quitina, extraída de resíduos de camarão (Penaeus Brasiliensis), e apresentou grau de desacetilação de 85,8% e massa molar de 170,4 kDa. A Spirulina sp. foi obtida através do cultivo da microalga Spirulina LEB–18 sp. no município de Santa Vitória do Palmar – RS. Os filmes e as blendas de quitosana/Spirulina sp. foram preparados pela técnica casting e caracterizados quanto à espessura, cor, propriedades mecânicas, propriedades térmicas, cristalinidade, grupamentos funcionais, morfologia da superfície e ponto de carga zero. Foram realizados experimentos para avaliar o efeito do pH (2 a 10) e o estudo cinético na biossorção dos íons metálicos de sistemas aquosos. Os resultados mostraram que o filme de quitosana e as blendas de quitosana/Spirulina sp. apresentaram características mecânicas adequadas, mantendo suas características físicas, facilitando a separação de fases após a biossorção. O filme de Spirulina sp. apresentou as maiores capacidades de biossorção para ambos os íons Cr6+ (43,9 mg g–1) e Pb2+ (37,0 mg g–1) nos pH 2 e 10, respectivamente, porém este filme perdeu sua integridade física em meio ácido. Já a blenda de quitosana/Spirulina sp. apresentou resultados semelhantes aos obtidos pelo filme de Spilurina sp., com capacidades de biossorção de 35,0 mg g–1 para os íons Cr6+ e 32,5 mg g–1 para o Pb2+ nos pH 2 e 10, respectivamente. O filme de quitosana apresentou baixa capacidade de biossorção para ambos os íons, no entanto, a quitosana promoveu um aumento na resistência mecânica da blenda bioadsorvente. O estudo cinético, realizado para ambos os metais, demonstrou que a adsorção do Cr6+ foi gradual, atingindo a máxima capacidade de adsorção no tempo de 180 min. Já a adsorção do Pb2+ foi rápida, atingindo a máxima capacidade de biossorção no tempo de 40 min, porém no tempo de 20 min a capacidade é igual a 92% da máxima capacidade bioadsortiva. Além disso, os resultados cinéticos obtidos experimentalmente, demonstram que os modelos de Elovich e pseudossegunda ordem, foram os mais adequados para os íons metálicos Cr6+ e Pb2+, respectivamente. Pode–se verificar que, dentre os bioadsorventes utilizados neste estudo, as blendas de quitosana/Spirulina sp. são as mais indicadas para a remoção dos íons Cr6+ e Pb2+ de soluções aquosas, devido à capacidade de biossorção ser semelhante ao filme de Spirulina sp. e por não perder sua integridade física em meio ácido e básico.