Publicações de 2017
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Dissertação - Lauren Francine Irigoite Farias
Acoplamento dos modelos de balanço populacional e fluidodinâmica computacional para a simulação de escoamentos bifásicos com distribuição no tamanho de partículas utilizando o software openfoam
Autor: Lauren Francine Irigoite Farias (Currículo lattes)
Resumo
Cristalizadores são equipamentos muito utilizados na indústria química e farmacêutica para produzir cristais de alto valor agregado, alta pureza e com tamanho e forma desejados. Uma maneira de estudar este tipo de equipamento é através do uso da técnica de fluidodinâmica computacional (CFD, do inglês Computatinal Fluid Dynamics). No entanto, na modelagem e simulação de cristalizadores é necessário, além das equações de conservação de massa e quantidade de movimento, o uso de equações de balanço populacional (PBE, do inglês Population Balance Equation) para possibilitar a previsão da distribuição do tamanho dos cristais (CSD, do inglês Cristal Size Distribuition). Portanto, neste trabalho utilizou-se a técnica de fluidodinâmica computacional como ferramenta para modelar escoamentos bifásicos com distribuição no tamanho de partículas através do acoplamento CFD-PBE. O modelo foi implementado no software livre OpenFOAM 3.0 através do uso da linguagem C++ orientada à objeto. O desenvolvimento do solver foi baseado no modelo Euleriano-Euleriano já implementado no OpenFOAM reactingTwoPhaseEulerFoam, no qual as forças de interface entre fluido-partícula, foram descritas utilizando o modelo proposto por Gidaspow (1992) e as tensões entre sólidos pela teoria cinética granular proposta por Lun et al. (1984). Adaptações no código e a implementação de uma nova classe para o cálculo do diâmetro deram origem ao solver reactingTwoPhasePbeFoam, o qual integra as PBEs ao modelo bifásico. O modelo implementado foi empregado na simulação de cristalizadores antisolvente com geometria coaxial. Duas diferentes condições de vazão mássica total, 1kg/s e 0,66 kg/s, foram investigadas, mantendo-se a razão de alimentação solvente/antisolvente constante. O solver desenvolvido mostrou-se estável e promissor, podendo ser aplicado em diversos equipamentos que funcionem com sistemas bifásicos e necessitem da modelagem da distribuição de tamanho de partículas. No caso de cristalizadores coaxiais, o solver demonstrou a capacidade de simular os efeitos de transferência de massa entre as fases, devido a cristalização. Além disso, a distribuição granulométrica pôde ser observada, juntamente com os processos de nucleação, crescimento e deposição dos cristais através de análises quantitativas e qualitativas referentes ao pós-processamento da simulação.
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Dissertação - Lauren Menegon de Oliveira
DETERMINAÇÃO DAS MELHORES CONDIÇÕES DE EXTRAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO CINÉTICA E TERMODINÂMICA DO PROCESSO DEGRADATIVO DE ANTOCIANINAS DE EXTRATO DE Eugenia involucrata (CEREJEIRA-DO-MATO)
Autor: Lauren Menegon de Oliveira (Currículo lattes)
Resumo
A cor dos alimentos é o principal atributo para sua escolha. Antocianinas são corantes naturais encontrados em frutas e vegetais, destacando-se pelo aumento da preferência do consumidor por alimentos mais saudáveis, o que tem levado a substituição, ainda que discreta, dos corantes artificiais pelos naturais. Os objetivos deste trabalho foram estabelecer as condições de extração mais adequadas às antocianinas de Eugenia involucrata utilizando-se um planejamento fatorial 23 para a fruta com casca e outro para fruta sem casca, assim como caracterizar cinética e termodinamicamente o processo degradativo entre 10 e 90°C na ausência e na presença de agentes conservantes. Também verificar a correlação entre a cor e a concentração das antocianinas do extrato na faixa de temperatura estudada. À temperatura de 55°C, por 30 minutos e para a fruta com casca, obteve-se a maior concentração de antocianinas. Prosseguiuse com essa condição de extração e caracterizou-se cinética e termodinamicamente o extrato em 10, 25, 50, 60, 70, 80 e 90°C. A cinética seguiu um modelo de primeira ordem. Com o incremento da temperatura, houve um aumento na constante de degradação térmica e consequentemente uma redução da meia-vida para cada condição de extrato proposta. Adicionouse ao extrato 7,5 e 15 g/L de esteviosídeo, 20 e 40 % de sacarose (m/v), 20 e 40% de frutose (m/v) e 25 e 50% de ácido cítrico (m/v) e verificou-se que na temperatura de 90°C a adição de 15 g/L de esteviosídeo aumentou a meia-vida do extrato. Nas temperaturas de 80, 70 e 60°C nenhum conservante influenciou na meia-vida. Nas temperaturas de 50 e 25°C a adição de 40% de sacarose (m/v) proporcionou um aumento da meia-vida, assim como a adição de 7,5 e 15 g/L de esteviosídeo e de 20 e 40% de sacarose (m/v) na temperatura de refrigeração (10°C). Com a adição dos conservantes houve um aumento na energia de ativação. A variação da entalpia na faixa de temperatura estudada permitiu verificar que a reação de degradação das antocianinas para cada condição de extrato proposta foi exotérmica, assim como não espontânea e com estado de transição das moléculas mais organizado estruturalmente. Ao analisar a cinética de degradação da cor concluiu-se que a adição de 40% de sacarose (m/v) ao extrato apresentou o melhor comportamento como conservante. Em relação a correlação entre a cor e a concentração de antocianinas pode-se concluir que os parâmetros de degradação térmica da cor C* e TCD, seguiram um modelo cinético de primeira ordem e o parâmetro de degradação térmica da cor h° seguiu um modelo cinético de ordem zero.
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Dissertação - Marcy Heli Paiva Rodrigues
ESTUDO DA INFLUÊNCIA DO REGIME HIDRÁULICO NA PRODUÇÃO DE ENERGIA EM CÉLULA COMBUSTÍVEL MICROBIANA
Autor: Marcy Heli Paiva Rodrigues (Currículo lattes)
Resumo
Os avanços tecnológicos dos últimos séculos nas áreas da indústria e saúde acarretaram a um aumento exponencial da população mundial exigindo assim uma maior demanda energética. Uma alternativa viável para contornar os problemas energéticos e ambientais se encontra nas células combustíveis microbianas (CCM), que são capazes de oxidar combustíveis no ânodo e reduzir oxigênio no cátodo de modo que a energia química possa ser convertida em energia elétrica. O presente trabalho tem como objetivo estudar o efeito da fluidização do leito de partículas anódicas na produção de energia elétrica em célula combustível microbiana, diante a variação da fração volumétrica e velocidades de escoamento. O inóculo utilizado para a operação da CCM foi oriundo do sedimento da dragagem do Porto de Rio Grande. A CCM foi alimentada com meio sintético (acetato de sódio, como doador de elétrons) e extrato orgânico oriundo de sedimento de dragagem e o cátodo foi preenchido com ferricianeto de potássio. Análises químicas e eletroquímicas foram realizadas para a caracterização do processo hidrodinâmico e elétrico da CCM. O declínio da resistência externa e a variação da fração volumétrica do leito em todas as condições hidrodinâmicas proporcionou o aumento do desempenho da CCM. Quando a célula foi operada com fração volumétrica0,6 e 0,7 obteve-se os melhores resultados de densidade de corrente e densidade de potência, 0,25 Am-2 e 0,12 Wm-2, respectivamente, sendo assim, foi realizada a substituição do meio de cultivo sintético por efluente natural, obtido do processo de extração de compostos orgânicos do sedimento de dragagem. A Eficiência Coulomb da CCM apresentou as melhores condições quando foi operada com fração volumétrica 0,7 atingindo 13% de eficiência. Por outro lado, a Eficiência de Remoção de matéria orgânica apresentou maior eficiência com fração volumétrica 0,5 atingindo 28,24% de eficiência.
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Dissertação - Mariana Ferreira Ávila
RECOBRIMENTO DE PARTÍCULAS COM QUITOSANA EM LEITO DE JORRO: PARAMETRIZAÇÃO DO PROCESSO E EMPREGO DAS PARTÍCULAS RECOBERTAS NA ADSORÇÃO DE ANTOCIANINAS DE REPOLHO ROXO
Autor: Mariana Ferreira Ávila (Currículo lattes)
Resumo
O recobrimento de partículas é uma operação presente em vários setores industriais e consiste na aspersão de uma suspensão sobre as partículas que se encontram suspensas em um leito móvel (leito fluidizado/jorro) o que possibilita uma movimentação cíclica e intensa troca de energia e de massa entre as fases. A formulação de uma suspensão de recobrimento de natureza polimérica é definida de acordo com a finalidade do recobrimento e uma proposta interessante é a utilização de um biopolímero. A quitosana é um aminopolissacarídeo biodegradável, hidrofílico, não tóxico e biocompatível, obtida a partir da desacetilação alcalina da quitina, a qual é encontrada em carapaças de crustáceos, resíduos abundantes e rejeitados pela indústria pesqueira. Partículas inertes recobertas com quitosana conferem ao sistema de adsorção características desejáveis, pois diminuem as limitações hidrodinâmicas causadas pela utilização de quitosana em flocos ou em pó. Assim, a obtenção de partículas recobertas com quitosana em leito de jorro, e a sua utilização como adsorvente de corantes é uma alternativa para a aplicação deste biopolímero. Atualmente pesquisas por corantes oriundos de fontes naturais vêm sendo impulsionadas, devido à toxidade dos corantes sintéticos. O objetivo deste trabalho foi o estudo do recobrimento de partículas de vidro com quitosana em leito de jorro, e sua posterior aplicação na adsorção em batelada de corantes antocianinas em solução aquosa. Os sólidos empregados foram esferas de vidro com granulometria de 3 mm e os parâmetros envolvidos no processo de recobrimento no leito de jorro foram determinados a partir de um planejamento experimental 2³ tendo como fatores: temperatura de ar de jorro, vazão relativa de ar de jorro (WAR/WJM) e vazão de suspensão, para resposta eficiência do processo. Observou-se que o efeito de interação entre a vazão de ar de jorro e a vazão da solução de recobrimento foi o mais pronunciado, e que os efeitos lineares da temperatura e da vazão da solução de recobrimento também apresentaram significância. A eficiência do processo se comportou inversamente à vazão de solução de recobrimento, e o mesmo ocorreu com a temperatura, na qual se constatou que o aumento desta provocou uma menor eficiência do processo. Determinou-se a faixa ótima de operação em temperatura de ar de jorro de 70ºC, associada uma vazão relativa de ar de jorro de 1,7 e 4 mL/min de vazão de suspensão de recobrimento, para tempo de operação de 40 min, pressão de atomização de 0,1 MPa e carga de partículas de 0,5 kg, chegando a eficiências próximas a 90%. As esferas recobertas nas melhores condições de rendimento e qualidade de recobrimento, após análise por microscopia eletrônica de varredura, foram utilizadas na adsorção de antocianinas extraídas do repolho roxo. A partir de ensaios preliminares e planejamento experimental, conclui-se que valores próximos a pH 11,0 mostraram-se mais adequados para a adsorção de antocianinas por partículas recobertas com quitosana, sendo os valores percentuais de adsorção de aproximadamente 45% e capacidade de adsorção de 85 mg g-1. Os resultados apresentados mostram o grande potencial do uso de partículas recobertas com quitosana em leito de jorro, no processo de purificação parcial de antocianinas.
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Dissertação - Roberta de Mesquita Klein
MODELAGEM, SIMULAÇÃO E VALIDAÇÃO DOS MODELOS DE VELOCIDADE TERMINAL PARA SEPARAÇÃO SÓLIDO-SÓLIDO
Autor: Roberta de Mesquita Klein (Currículo lattes)
Resumo:
O presente trabalho aborda a caracterização e classificação das partículas presentes no sedimento oriundo da dragagem do Porto de Rio Grande em função da distribuição granulométrica e fração volumétrica de sólidos de três diferentes pontos de amostragem, denominamos ponto 5, 6 e 7. A análise numérica através da modelagem e simulação do processo de separação sólido-sólido por elutriação contínua foi realizada utilizando-se o software FLUENT® 14.5. Um elutriador contínuo de geometria cônicocilíndrica com alimentação e saída cônica foi modelado e simulado utilizando-se as equações de escoamento multifásico com abordagem Euleriana-Euleriana e da Teoria Cinética Granular. Os modelos de transferência de movimento entre as fases (modelo de Gidaspow e modelo de Syamlal O’Brien) foram avaliados comparando-os com o processo de elutriação experimental e foi determinado que o modelo que melhor se ajusta é o de Gidaspow pois este apresentou menor desvio médio quando comparado ao modelo experimental. A análise experimental foi realizada em termos de distribuição granulométrica das partículas e fração de sólidos. As partículas foram separadas em função das suas velocidades terminais e assim calculou-se seus diâmetros médios através dos modelos empíricos de Stokes, Ferguson e Church e Dietrich e foram estabelecidos os diâmetros mais frequentes presentes no sedimento. Esses diâmetros foram comparados com os diâmetros médios mais frequentes obtidos pela difração a laser. O modelo que obteve menor desvio médio dos diâmetros mais frequentes comparados com os obtidos pela difração a laser foi o de Ferguson e Church (2004). Análises de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) foram realizadas no sedimento antes da separação e também de cada fração separada para o cálculo do fator de forma de Corey (CSF) de cada ponto de amostragem. O MEV também foi utilizado para análise qualitativa das partículas e do sedimento e para a determinação da composição química do sedimento através da ferramenta de EDS.
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Dissertação - Stefane Vieira Besegatto
UTILIZAÇÃO DE CASCA DE MANDARINA (Citrus reticulata) EM PROCESSO DE ADSORÇÃO DE CORANTES SINTÉTICOS
Autor: Stefane Vieira Besegatto (Currículo lattes)
Resumo
A indústria têxtil gera grandes quantidades de águas residuais, de composição complexa e variada. O tratamento destes efluentes, principalmente no que se refere à remoção de cor, representa ainda um problema, devido a métodos pouco eficazes e economicamente viáveis. O emprego de adsorventes oriundos de resíduos de processas industriais tem sido avaliado por diversas pesquisas, no intuito de aperfeiçoar o processo de adsorção e como conceito de sustentabilidade da indústria química. Neste trabalho, foi verificado o potencial de aplicação de casca de mandarina (Citrus reticulata) para remoção de corantes utilizados na indústria têxtil pelo processo de adsorção. Para eliminação de interferência espectral precedente da casca de mandarina foi utilizada a técnica de calibração multivariada (Partial Least Squares Regression - PLS regressíon} na determinação da concentração dos corantes: Azul de Metifeno (AM), Violeta Cristal (VC), Verde Brilhante (VB) e Alaranjado de Metila (AL). Este método se mostrou eficiente na quantificação das concentrações dos respectivos corantes. A cinética e a isoterma da adsorção foram estudadas para sistemas mono e bicomponentes; e a aplicabilidade dos modelos cinéticos de pseudoprimeira e de pseudosegunda ordem; Determinou-se o equilíbrio de adsorção competitiva das misturas binárias (Azul de metileno/ Violeta Cristal) e (Verde Brilhante/ Alaranjado de Metila) conduzidas em concentração inicial de 5 mg L-l para 1 g e 2 g de adsorvente. Para avaliar os parâmetros isotérmicos de adsorção multicomponente, também foram realizados estudos de equilíbrio de adsorção individual. Os modelos de isotermas de equilíbrio de Langmuir, Freundlich e Redlich-Peterson foram utilizados para modelagem de dados de adsorção de equilíbrio de um único composto; os três modelos demonstraram um bom ajuste aos dados de equilíbrio monocomponente. Os dados de adsorção de equilíbrio binário e os parâmetros avaliados a partir de dados de adsorção monocomponente foram ajustados a vários modelos isotérmícos multicomponentes através da minimização da soma do quadrado dos desvios. Os modelos de Langmuir estendido, modificado e Redlich-Peterson modificado apresentaram bons ajustes aos dados experimentais de adsorção dos corantes de sistemas binários sobre casca de mandarina.
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Dissertação - Thaís Martins Neves
SÍNTESE E CARACTERIZAÇÃO DE ZEÓLITAS ZSM-5 PARA A DESIDRATAÇÃO DO GLICEROL
Autor: Thaís Martins Neves (Currículo lattes)
Resumo
O glicerol é o principal subproduto da produção de biodiesel e pode ser convertido a produtos de alto valor econômico. A produção de acroleína por meio da desidratação catalítica do glicerol consiste em um processo alternativo vantajoso, frente ao método de síntese convencional baseado na oxidação parcial do propileno. Os objetivos do presente trabalho foram a síntese de zeólitas ZSM-5 com diferentes razões Si/Al: 25, 50 e 75 seguindo um método de síntese rápido; e aplicação desses catalisadores na reação de desidratação do glicerol para a produção de acroleína. A formação das zeólitas ZSM-5 foi confirmada por difração de raios-X (DRX) e espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR). Os materiais sintetizados possuem elevadas áreas superficiais e são micro e mesoporosos, de acordo com os resultados de fisissorção de N2. Foi observado por microscopia eletrônica de varredura (MEV) que as partículas dos catalisadores possuem morfologia esférica e se encontram aglomeradas. O mapeamento e análise por espectroscopia de energia dispersiva (EDS) confirmaram que as amostras são compostas por Si, Al, O e Na e que os elementos estão distribuídos uniformemente nos materiais. De acordo com os resultados de análise termogravimétrica (TG/DTG), a zeólita com razão Si/Al de 75 é o catalisador com maior hidrofobicidade entre os materiais sintetizados. Os catalisadores foram convertidos para a forma HZSM-5 por meio de troca iônica com NH4Cl. Para esses materiais a presença de sítios ácidos de Brønsted foi confirmada por FTIR. As zeólitas HZSM-5 foram aplicadas a reação de desidratação do glicerol e a análise dos produtos foi realizada por cromatografia gasosa. Nas duas primeiras horas de reação as zeólitas apresentaram estabilidade e altas conversões de glicerol foram obtidas (acima de 85%). Porém, após 3 horas de reação, os catalisadores desativaram e os valores de conversão, após 6 horas de reação, foram de 17%, 7% e 12% para as razões Si/Al de 25, 50 e 75, respectivamente. A maior atividade da zeólita com razão de 25 foi associada ao menor tamanho de cristalito, maior volume de mesoporos e alto teor de alumínio na composição desse material. Foi observado que a zeólita de razão 75 apresentou um período de estabilidade ao final da reação, o que foi associado a elevada área superficial deste catalisador. De acordo com os resultados obtidos, houve um aumento na formação de acroleína no decorrer das reações catalisadas por HZ25, HZ50 e HZ75. Esses resultados foram relacionados a redução da taxa de formação de coque nos catalisadores ao longo do tempo.