Publicações de 2022

  • Dissertação - Andressa Rossatto

    Processo de elutriação para separação de microplásticos presentes em águas lagunares

    Autor: Andressa Rossatto

    Técnicas para separação de microplásticos (MPs) estão sendo estudadas devido aos efeitos letais e sub-letais que essas partículas em escala de 1-5000 µm causam a biota, pela fácil ingestão e disponibilidade deste material no sistema aquático. A elutriação é uma técnica promissora para separação sólido-sólido de materiais particulados, porém pouco estudada para separação sólido-líquido o que impulsiona o desenvolvimento de pesquisas que envolvam seus princípios na separação dos MPs de águas superficiais. Sendo assim, o objetivo deste trabalho é estudar o processo de elutriação para arraste de MPs em sistema controlado e aplicar as condições estabelecidas na separação de materiais em amostras de águas superficiais da Laguna dos Patos (LP) e Lago Guaíba (LG). Para isso foi realizado um levantamento bibliográfico na base de dados da Science Direct sobre ocorrência de MPs em sistemas de águas doces, onde identificou-se a presença dos polímeros de Polietileno, Poliamida 6.6, Poliamida 6, Policloreto de vinila, Poliestireno, Policarbonato, Acrilonitrila-butadieno-estireno, Polipropileno, Polibutileno tereftalato, Polietileno tereftalato e Poliuretano. Estes polímeros padrões foram adquiridos, moídos e peneirados até atingir a faixa granulométrica de 106-1700 µm. Através das Equações de Stokes e Correlações de Coelho & Massarani foram calculadas as velocidades terminais teóricas e o número de Reynolds para esta faixa granulométrica e correspondem a 0,03-97 mm/s e 0,004-184,52, respectivamente. Um elutriador de vidro com altura de 0,96 m, diâmetro de 0,02 m e equipado com sistema de bombeamento capaz de variar as vazões de água entre 2,28x10-7-1,37x10-6 m³/s foi utilizado para separar os MPs na faixa granulométrica entre 128-1700 µm. Assim, verificou-se que ao aplicar a elutriação para separação de MPs na faixa granulométrica entre 106-150 µm obteve-se máxima eficiência de 33,3% em volume de água elutriada de 2400 mL. As amostras de águas lagunares superficiais coletadas na LP e no LG foram analisadas em microscópico óptico, onde visualizou-se partículas de diâmetros equivalentes médios de 8,22 µm e 10,40 µm e esfericidade de 0,79 e 0,83, respectivamente. As condições operacionais de elutriação estabelecidas para os polímeros padrões foram aplicadas as amostras da LP e do LG a fim de separar os MPs presentes nestes ambientes. Foram realizadas análises de microscopia óptica e espectroscopia Raman combinado a Surface Enhance Raman Scattering (SERS) nas amostras elutriadas e observou-se que ocorreu a separação de partículas para diferentes velocidades da água.

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  • Dissertação - Gabriela Zalamena

    Modelagem termodinâmica e uso da EOS de Peng-Robinson para o cálculo e avaliação do comportamento do parâmetro de solubilidade de Hildebrand de fluidos de injeção nas condições entre superfície e reservatório de petróleo

    Autor: Gabriela Zalamena

    O parâmetro de solubilidade de Hildebrand ou parâmetro total é uma propriedade física que expressa uma densidade de energia coesiva. Desde seu surgimento em 1950 se verifica um interesse crescente nos desenvolvimentos teóricos e aplicações industriais envolvendo o parâmetro de solubilidade das substâncias, sobretudo na descrição qualitativa e quantitativa da solubilidade de misturas. Na indústria do petróleo, o parâmetro foi aplicado inicialmente na modelagem de fases sólidas pela precipitação de asfaltenos nos petróleos. Atualmente ocorrem diversas outras aplicações, incluindo a necessidade da determinação do parâmetro de solubilidade de Hildebrand para fluidos de injeção a fim de contribuir com as estratégias operacionais da garantia de escoamento. Essa tarefa, entretanto, esbarra em dois aspectos: na dificuldade experimental para a determinação do parâmetro de solubilidade dos fluidos em condições de reservatório e no fato de envolver fluidos de composição complexa. Devido isso, o interesse por métodos estimativos para previsão do parâmetro de solubilidade como função de propriedades volumétricas vem recentemente ganhando destaque. No presente trabalho foi realizada uma estimativa do parâmetro de solubilidade de Hildebrand em condições de reservatório, a partir de um enfoque termodinâmico com uso das equações de estado de Van der Waals (VDW) e Peng-Robinson (PR). O modelo foi aplicado para o cálculo do parâmetro de solubilidade de fluidos frequentemente utilizados nas perações de recuperação avançada de petróleos através da injeção de gases. Os resultados são apresentados para substâncias puras e misturas, a fim de simular condições reais observadas na produção de petróleo. Devida a ausência de dados experimentais de parâmetros de solubilidade de gases fora das condições ambiente, os resultados foram comparados relativamente com os obtidos a partir de outras metodologias. Inicialmente assumiu-se o dióxido de carbono como substância de trabalho e para cálculos numa ampla faixa PVT e a EOS de Van der Waals dada sua simplicidade matemática para discussão do desenvolvimento termodinâmico. Os resultados permitiram uma avaliação qualitativa do método, bem como sua viabilidade inicial e os valores obtidos se encontram consistentes numericamente com o de outros trabalhos. A equação de Peng-Robinson, devido à sua melhor reprodutibilidade do equilíbrio líquido-vapor em comparação com a de Van der Waals, permitiu maior aproximação com valores constantes em outros trabalhos em condições diversas. Os resultados iniciais são promissores e apontam que a correlação apresentada neste trabalho é válida e pode ser aprofundada com a aplicação da equação de Peng-Robinson para as demais substâncias e a avaliação de possíveis ajustes, se necessário, para que os valores de parâmetro de solubilidade dos gases possam expressar de forma mais fiel o fenômeno de misturas dos fluidos de petróleos

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  • Dissertação - Gustavo Villela Rodrigues

    Estudo da influência dos parâmetros geométricos de um cristalizador radial utilizando um modelo CFD multiescala e o método de design construtal

    Autor: Gustavo Villela Rodrigues

    Novos processos de cristalização são estudados constantemente para, posteriormente, serem implementados na indústria farmacêutica. Para o auxílio destes estudos, são utilizadas as ferramentas computacionais, dentre as quais, a mais utilizada é a computational fluid dynamcs (CFD). Neste estudo, a modelagem computacional, atrelada a metodologia de design construtal, foi utilizada para avaliar a influência dos parâmetros geométricos de um cristalizador radial de escoamento contínuo na eficiência de micromistura, conversão de soluto e distribuição granulométrica. A cristalização antissolvente da lovastatina foi utilizada como operação unitária modelo para a execução deste trabalho. Para análise numérica deste trabalho, foi utilizado um modelo multiescala que acopla as equações de escoamento turbulento (Reynolds-Averaged-Navier-Stokes), com os modelos de função de densidade de probabilidade (PDF) presumida de três ambientes, balanço de energia e balanço populacional, bem como atermodinâmica não ideal de misturas. Este modelo multiescala foi implementado e resolvido numericamente em regime transiente utilizando o software OpenFOAM. A equação de balanço populacional foi discretizada na coordenada interna utilizando o método dos volumes finitos utilizando esquema de alta resolução. Comprovou-se que a configuração dos parâmetros de construção do cristalizador influencia a performance da cristalização da lovastatina por antissolvente em regime contínuo.

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  • Dissertação - Jandler Trocado dos Santos

    Produção de exopolissacarídeos por Ensifer meliloti em frascos agitados e biorreator de bancada : condições de processo e caracterização parcial do biopolímero

    Autor: Jandler Trocado dos Santos

    Exopolissacarídeos (EPS) são biopolímeros produzidos de forma extracelular por diversos micro-organismos. Dentre os grupos de bactérias que produzem EPS, destacam-se as diazotróficas, que são responsáveis pela fixação do nitrogênio atmosférico. Tais macromoléculas possuem características físico-químicas que as permitem ser utilizadas em diversas aplicações industriais como floculantes, sorventes, agentes gelificantes e espessantes. Por outro lado, para viabilizar a produção de EPS, torna-se interessante o uso de substratos de baixo custo como fonte de nutrientes no meio de cultivo, como o melaço de soja, que contém carboidratos, lipídios, proteínas, minerais e vitaminas. Neste contexto, em relação à composição dos meios de cultivo, e considerando a complexa composição do melaço de soja, se faz necessária a avaliação das concentrações das fontes de carbono e nitrogênio para aumentar a produção do biopolímero. Além disso, para produção em biorreatores de bancada ou escalas maiores, é importante avaliar as condições de aeração e agitação, tendo em vista que são importantes para mistura e difusão de oxigênio. Portanto, os objetivos principais deste trabalho foram: estabelecer as melhores concentrações de melaço de soja e extrato de levedura em cultivo em frascos agitados para produção de EPS por Ensifer meliloti SEMIA 135; avaliar os efeitos da aeração e agitação em biorreator de escala de bancada visando à produção de EPS; e caracterizar parcialmente o bioproduto formado em termos de propriedades reológicas, térmicas e características estruturais. Os resultados obtidos indicam que as concentrações de melaço de soja e extrato de levedura que resultam na maior produção de EPS são, respectivamente, 30 g/L e 0,4 g/L, resultando em 7,3 g/L do biopolímero. Além disso, o incremento do coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio (kLa) pelo aumento da aeração de 0,5 para 2 vvm (mantendo a agitação em 100 rpm) eleva a produção de biomassa e EPS, mas quando a agitação é incrementada (300 rpm), apesar do aumento do kLa, ocorre diminuição da produção. Desta forma, a condição de aeração e agitação que resultou na maior produção foi de 2 vvm e 100 rpm, resultando em 7,61 g/L de EPS. Em termos de características estruturais, o EPS apresentou massa molar ponderal média de 1,532 x 10^8 Da, grupos funcionais característicos de EPS provenientes de outras bactérias diazotróficas, presença de nitrogênio provavelmente associada a proteínas e caráter polianiônico evidenciado pelo potencial zeta negativo, com tendência de neutralização das cargas negativas com a acidificação do meio de dispersão. O biopolímero apresentou comportamento reológico pseudoplástico na faixa de pH de 2 a 7 e na concentração de 0,5 a 3 % (m/v), seguindo o modelo de Herschel-Bulkley, caracterizado por apresentar tensão inicial de escoamento, enquanto a temperatura de degradação térmica ficou em torno de 285 °C, mostrando o potencial de sua aplicação em diferentes áreas, como alimentícia e biotecnológica. O EPS produzido e parcialmente caracterizado pode vir a ser aplicado em formulações de produtos distintos, que necessitem de características de fluídos de Herschel-Bulkey e comportamento polianiônico em pH neutro, sendo capaz de resistir a processamentos térmicos sem perder suas propriedades.

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  • Dissertação- Cristian Tessmer Radmann

    Avaliação de catalisadores para a reação de conversão da terebentina

    Autor: Cristian Tessmer Radmann

    A terebentina é uma importante matéria-prima devido suas características únicas. É conhecida como aguarrás natural e é composta por uma variedade de terpenos. Sua composição majoritária refere-se aos isômeros alfa e beta-pineno, os quais são destinados a uma série de reações, de diferentes naturezas. A reação de isomerização do alfa e do beta-pineno evidencia grande interesse industrial devido aos produtos gerados neste processo, tal como o canfeno, limoneno, e gama-terpinoleno. Desta forma, tem-se um grande interesse em catalisadores seletivos e estáveis aplicados na reação de isomerização da terebentina bruta. Sendo assim, este trabalho teve por objetivo preparar diferentes catalisadores com propriedades ácidas e avaliá-los quanto suas performances catalíticas na reação de isomerização da terebentina, tais como a zeólita ZSM-5, a alumina e a sílica. A distribuição de produtos da reação apresentou diferenças quanto a seletividade e rendimento, de acordo com a variação da temperatura e catalisador avaliado. A alumina apresentou os melhores resultados na temperatura de 250 °C, alcançando uma seletividade de 55% ao canfeno após 6 h de reação. A sílica, por sua vez, não apresentou atividade catalítica significativa na conversão da terebentina. Os melhores resultados foram obtidos na utilização da zeólita HZSM-5. Na temperatura de 200 °C, após 6 h de reação, houve uma conversão de 95% do pineno e 83% do alfa-pineno, assim como uma seletividade de 36% ao canfeno e 17% ao terpineno. Sendo assim, tratando-se da conversão por isomerização da terebentina sobre sítios ácidos, os resultados que indicam uma melhor performance tanto da seletividade ao canfeno e ao alfa-terpineno, quanto da conversão da matéria-prima, ao utilizar a zeólita HZSM5, se deu na temperatura de 200 °C. Tais resultados demonstram a possibilidade da conversão direta da terebentina, uma matéria-prima natural, para compostos de alto valor agregado, tais como o canfeno e o gama-terpineno.

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  • Dissertação- Victor Rodrigues Botelho

    Detecção de fraudes em amostras de leite através de espectroscopia elétrica de impedância

    Autor: Victor Rodrigues Botelho

    O Brasil é o terceiro maior produtor mundial de leite. A cadeia produtiva do setor lácteo brasileiro é uma das principais atividades econômicas do país, sendo muito importante na geração de emprego e renda e onde os conceitos da Agricultura 4.0 podem promover a melhoria do processo produtivo aumentando a ecoeficiência e melhorando o impacto socioeconômico. A qualidade dos alimentos é um atributo que requer sua manutenção dentro de normas estabelecidas pelas autoridades sanitárias. A fraude no leite constitui crime e sua prática pode promover diminuição do valor nutricional do produto em virtude da presença de substâncias que podem causar mal à saúde. A Química Analítica tem desenvolvido técnicas instrumentais que possibilitam ampliar as fronteiras de análise de analitos que se encontram em diferentes ambientes. Dentre estas técnicas, a Espectroscopia Elétrica de Impedância (EEI) se apresenta como uma técnica analítica promissora para o desenvolvimento de sensores, em uma ampla variedade de configurações, e possui potencial para aplicação não invasiva. Este trabalho teve como objetivo elaborar um procedimento computacional para detecção de fraudes em amostras de leite aplicando os conceitos da espectroscopia elétrica de impedância. Para isso, foi necessário obter e avaliar datasets quantitativos de propriedades elétricas do leite, utilizar estatística multivariada para analisar dados das variáveis das amostras do leite e verificar a existência de correlação entre as mesmas. Isso permitiu a interpretação da influência de cada uma das variáveis analisadas. A modelagem computacional empírica foi feita utilizando métodos de aprendizado não supervisionado, como K-means e supervisionado, como Random Forest, Support Vector Machine e K-Nearest Neighbor, sendo que 70% dos dados disponíveis nos conjuntos foram utilizados para elaboração dos modelos e os 30% restantes para validação dos modelos. A validação quantitativa foi expressa em percentuais de confiabilidade das predições, e a avaliação qualitativa foi através de matrizes de confusão e parâmetros como acurácia, precisão, revocação e medida-F. A validação permitiu verificar que o modelo K-Nearest Neighbor foi o melhor para identificar fraudes por água, água deionizada e formaldeído 37%, enquanto que outros modelos como K-Nearest Neighbor e K-means foram os melhores para verificar fraudes por gordura no leite.

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