FURG

Professor responsável: Carlos Alberto Severo Felipe

Linha de pesquisa: Termofluidodinâmica

Descrição: Secadores de Leito Fluidizado são comumente empregados na indústria para a secagem de particulados, em razão de fornecerem boa mistura dos sólidos, altas taxas de transferência de calor e de massa, e possibilitarem fácil manipulação das partículas. E para a operação eficiente do equipamento, é muito importante poder monitorar e controlar o regime fluidodinâmico, o conteúdo de umidade e a temperatura do leito de partículas. Dependendo do tipo de material a ser seco e do teor de umidade, deve-se tomar algumas precauções para se evitar o colapso do leito devido às forças de coesão das partículas úmidas, ou secagem excessiva, que pode desgastar o produto e este poder ser arrastado juntamente com o ar ascendente. A fim de zelar pela qualidade do produto mantendo sua especificação e evitar perdas no processo, o monitoramento para determinação das condições de operação apropriadas e o ponto final adequado da secagem se faz necessário. Além disso, o monitoramento em leitos fluidizados para processos em larga escala assegura reprodutibilidade do produto final, redução do número de falhas nos lotes, prevenção de possíveis problemas de segurança e redução dos custos energéticos e de pessoal. As formas mais comuns para realizar o monitoramento do processo correspondem a registros de parâmetros como: temperatura de bulbo seco e de bulbo úmido do ar na entrada e na saída do leito, temperatura do leito de partículas, variação da queda de pressão e da temperatura através do leito e conteúdo de umidade nas partículas. O acompanhamento de alguns destes parâmetros pode possibilitar o controle do regime de fluidização e a determinação do ponto final da secagem de produtos executada em leito fluidizado. E devido às medidas de pressão e temperatura serem capazes de fornecer informações sobre a hidrodinâmica e as condições das partículas e do leito como rotina industrial, o monitoramento simultâneo das medidas de queda de pressão e temperatura na operação de secagem em leito fluidizado pode se mostrar uma alternativa promissora para a verificação online da qualidade da fluidização e principalmente para a obtenção de uma relação destas medidas com a curva de secagem do material. Embora diversos autores tenham obtido resultados interessantes em relação ao acompanhamento de operações em leito fluidizado, através do emprego de diferentes tipos de sensores, as medidas de pressão e de temperatura são ainda formas a serem exploradas. Visto que o controle de temperatura é extremamente importante na operação de secagem, e a realização de medidas flutuação de pressão ser bem simples, o tratamento dessas medidas remete a boas expectativas quanto ao acompanhamento do processo e à determinação da umidade crítica e do ponto final da secagem. Sendo assim, o objetivo deste trabalho é estudar o comportamento da temperatura e da queda de pressão no leito durante a secagem de sementes de gramíneas em leito fluidizado, tendo como finalidade identificar diferentes padrões de comportamento destes dois parâmetros durante os períodos de taxa constante e decrescente da secagem.

Professor responsável: Carlos Alberto Severo Felipe

Linha de pesquisa: Termofluidodinâmica

Descrição: Tanto em aplicações nas ciências dos materiais, quanto em qualquer processo ou fenômeno, seja natural ou artificial, a superfície de um material é o primeiro plano de contato, qualquer que seja a vizinhança. As características superficiais dos diversos materiais têm um efeito muito importante e o uso final depende, fundamentalmente, de propriedades relativas à superfície, como: adesão, atrito, brilho, permeabilidade, molhabilidade, etc. A natureza mostra extensivos exemplos sobre a importância de características superficiais que evoluíram até produzir superfícies com propriedades autolimpantes, autoadesivas, redução do atrito, etc. Em produtos industriais há também um grande impacto das propriedades superficiais no produto final obtido.Tornar uma superfície funcional é adaptá-la a um dado uso ou processo, de modo a maximizar as propriedades ou resultados requeridos do mesmo. Este preceito é largamente empregado nas indústrias de revestimentos, anticorrosivos, e em muitos processos e instalações industriais, onde se procura evitar o contato de determinado composto ou material com as instalações e maquinários para que um ou outro não se contamine ou degrade. A modificação superficial polimérica segue o mesmo preceito ao tentar adequar superfícies, tanto química quanto morfologicamente (hidrofóbicas, hidrofílicas, rugosas ou não, aderentes ou não) para aplicações que terão propriedades superficiais muitas vezes distintas e únicas para cada processo, sem que as propriedades químicas e físicas originais do polímero sejam alteradas. Nos últimos anos técnicas de modificação de superfícies tem recebido grande atenção, como estudos utilizando implantação iônica, plasma, enxertia química, radiação UV e VUV. O substancial avanço no conhecimento de processos e de técnicas fotoquímicas, nas ultimas décadas, permite enxergar o potencial associado ao uso da luz para transformar de forma controlada uma superfície. O objetivo máximo das modificações fotoquímicas de superfícies é utilizar o fóton como único reagente. Esse paradigma de modificação superficial fotoquímico está baseado principalmente no rápido crescimento e compreensão dos fenômenos de manipulação a nível molecular das superfícies de diversos materiais acoplado à extensa base de conhecimento fotoquímico acumulado. O desenvolvimento de métodos que possibilitam a modificação química e física de superfícies poliméricas tem um grande potencial prático, pois o controle de características como microestruturas, adesão, resistência térmica e mecânica e molhabilidade são de fundamental importância para o desenvolvimento de novos processos e produtos. Neste contexto, a fotofuncionalização é um método simples, prático, de baixo custo e complexidade experimental que possibilita obter superfícies poliméricas com controle das propriedades superficiais dependendo do tipo de tratamento aplicado. A respeito das partículas que podem ser tratadas com radiação UV destacam-se os polímeros, que são materiais empregados em diferentes segmentos da indústria. Seus usos e especificidades são definidos por características que o material, juntamente com sua superfície, oferecem. Muitos destes materiais são hidrofóbicos, levando a dois problemas. Primeiro, superfícies hidrofóbicas tem apenas baixos níveis de interação com ambientes polares os quais são muitas vezes necessários para materiais que requerem alta adesão, tais como soluções de recobrimento, adesivos, tintas, materiais para impressão, etc. O segundo problema envolve alguns usos especiais de polímeros, como membranas, biosensores, e aplicações médicas e biotecnológicas, que requerem características hidrofílicas.Na área agrícola, vislumbra-se a potencialidade de aplicação de técnicas que promovam mudanças na superfície de materiais. As características físicas e químicas da superfície de sementes são de grande importância, uma vez que esta região é o primeiro ponto de contato com outros sistemas. Modificar a molhabilidade de sementes pode ter interessantes implicações no desempenho das espécies vegetais, como por exemplo, maior velocidade na sua germinação. Radiação UV aplicada em sementes de forma controlada resulta na formação de grupos funcionais que alteram a molhabilidade da superfície. Grupos funcionais hidrofílicos enxertados na superfície das sementes resultam em uma adsorção mais rápida de água, sendo esta uma vantagem no posterior plantio e desenvolvimento da espécie vegetal.Os exemplos supracitados de técnicas que promovem alterações superficiais em materiais trataram de estudos com quantidades ínfimas de produtos. Muitas vezes o tratamento envolveu a aplicação individualizada em partículas, ou seja, em escala de bancada de laboratório. Dado o sucesso alcançado em promover as alterações desejadas, como confirmam os resultados dos trabalhos citados, o desafio passa a ser a utilização das técnicas em uma escala maior, a fim de promover o tratamento em grandes quantidades dos materiais. Leitos fluidos, sobretudo Leitos Fluidizado e de Jorro, são usados extensivamente em uma grande diversidade de operações unitárias e processos químicos, destacando-se a secagem, o recobrimento de partículas, a granulação de particulados, reações catalíticas, gaseificação de carvão, pirólise e processos fermentativos. São comumente usados no processamento de muitos produtos, tais como produtos químicos, gêneros alimentícios, biomateriais, cerâmicas, produtos farmacêuticos em pó ou aglomerados, agroquímicos, sementes e grãos, fertilizantes, polímeros e resinas, produtos para calcinação e combustão.As tecnologias de leito fluidizado e leito de jorro proporcionam vantagens como boa mistura dos sólidos, altas taxas de transferência de calor e massa, grande capacidade operacional e custo relativamente baixo). Vislumbra-se, portanto, o potencial destas técnicas para a realização do tratamento fotoquímico de grandes quantidades de materiais particulados. Desta forma a combinação da aplicação em partículas da radiação ultravioleta visando a modificação superficial com a tecnologia de leitos fluidos, oferece as seguintes vantagens: a instalação do aparato experimental é simples e possível em projetos compactos; a fluidodinâmica das partículas proporcionada pelos leitos fluidos oferece a possibilidade do tratamento superficial do material por radiação UV de forma prática e homogênea; a energia é transmitida diretamente para o produto, reduzindo o tempo de processamento e custo com energia; nenhum contato direto com o material é requerido; o tratamento pode ser realizado continuamente ou de forma intermitente, para economizar energia e manter a qualidade do produto. Diante do exposto o objetivo deste projeto é realizar um estudo experimental sobre a viabilidade do tratamento de partículas poliméricas e de sementes com radiação UV em leitos fluidos do tipo fluidizado e jorro.

Professor responsável: Carlos Alberto Severo Felipe

Linha de pesquisa: Termofluidodinâmica

Descrição: O Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química (PPGEQ) da FURG, nível de mestrado, foi implantado no ano de 2013, após ter sua proposta e criação aprovada pela CAPES no ano anterior. O curso possui duas Linhas de Pesquisa, Termofluidodinâmica e Processos Químicos e Biotecnológicos. A primeira conta com a participação de 6 pesquisadores, que desenvolvem pesquisas nos seguintes temas: sistemas particulados, recobrimento e secagem de partículas, estudos sobre a fluidodinâmica de leitos móveis, modelagem matemática e simulação de processos, biodegradação de efluentes industriais, estudos sobre a degradação de antocianinas, obtenção de quitina e quitosana de resíduos de pescado e sua utilização no tratamento de efluentes, secagem de microalgas e estudo de processos de adsorção. A segunda linha de pesquisa conta com 7 componentes, que realizam os seguintes estudos: síntese de materiais como óxidos, zeólitas e metais, adsorção de CO2, reação de desidratação de glicerol, conversão enzimática de biomassas, desenvolvimento de processos enzimáticos, bioconversão de sedimentos de dragagem do Porto de Rio Grande, produção e caracterização de exopolissacarídeos bacterianos e produção de lipídios por leveduras. Esta ampla variedade de temas desenvolvidos pelos professores pesquisadores do PPGEQ-FURG implica na necessidade tanto de uma infraestrutura complexa, quanto de equipamentos que são muito comuns em laboratórios de análises físico-químicas, para a adequada realização dos trabalhos. Por se tratar de um Curso de Mestrado novo, tendo sido recentemente submetido à primeira Avaliação Quadrienal da CAPES, ficando com Conceito 3, o programa conta com uma infraestrutura ainda modesta, com alguns laboratórios servindo de suporte a vários pesquisadores, caracterizando-se por serem multiuso. Outros laboratórios, apesar de serem de responsabilidade de um professor, contam com equipamentos que eventualmente são empregados por outros colegas. No primeiro caso enquadra-se o Laboratório de Análises Físico-Químicas do PPGEQ, onde são realizados os mais diversos ensaios de análises de amostras de materiais, como composição centesimal, cromatografia, espectrofotometria, conteúdo de umidade, entre outras. Equipamentos como HPLC, Cromatógrafo, Estufa, Mufla, Balanças Analíticas, entre outros, encontram-se instalados nele. No segundo caso têm-se os laboratórios onde são realizados experimentos relacionados aos assuntos explorados pelos pesquisadores, com equipamentos voltados para estes propósitos. Um exemplo é o Laboratório de Fluidodinâmica e Secagem, no qual encontram-se montados leitos fluidos em escala de bancada, providos de acessórios como sopradores de ar, trocadores de calor, medidores de vazão, termopares, transdutores de pressão, sistemas de aquisição de dados, e colunas de fluidização/leito de jorro. Outro exemplo é o Laboratório de Catálise, que possui um reator catalítico em escala de bancada, ao qual está conectado um cromatógrafo a gás, que permite a caracterização de gases envolvidos nas reações estudadas de maneira contínua. Em razão do intenso uso de alguns dos equipamentos citados acima, é inevitável que como consequência surjam danos que impossibilitam o seu uso. É o caso por exemplo de uma estufa instalada no Laboratório de Análises Multiuso, que a algum tempo sofreu danos no seu controlador de temperatura, não tendo sido possível utilizá-la desde então. O PPGEQ-FURG tem recebido a cada ano turmas cada vez maiores, e as demandas pelo uso dos equipamentos que atendem o programa como consequência vem aumentando, o que torna o problema de não poder contar com alguns equipamentos por estarem danificados mais grave. Diante do exposto, o objetivo desta proposta é providenciar o reparo de alguns equipamentos de grande importância para as pesquisas do PPGEQ-FURG, além da aquisição de acessórios que permitirão o pleno funcionamento de dois equipamentos.

Professor responsável: Cézar Augusto da Rosa

Linha de pesquisa: Termofluidodinâmica

Descrição: A instrumentação e controle de processos são indispensáveis para qualquer indústria de processamento, em especial a indústria química e petroquímica. Neste sentido, o presente projeto tem como objetivo o desenvolvimento de sistemas de instrumentação e controle de processos utilizando a plataforma de baixo custo Arduino. Também, aplicar os sistemas desenvolvidos para o controle de temperatura, pressão e vazão mássica dos reagentes (gases) de uma unidade de reação catalítica de leito fixo. Para isso, a plataforma de prototipagem eletrônica de baixo custo Arduino Due será utilizada como interface entre os sensores de temperatura, pressão e fluxo mássico, os atuadores de controle e o software supervisório, o qual será desenvolvido em LabVIEW®. De maneira geral, o presente projeto visa incentivar alunas do ensino médio a cursar a graduação em engenharia e reduzir a desistência de alunas de graduação do curso de engenharia química, contribuindo para formação de profissionais mais capacitados a atuar na área de engenharia.

Professor responsável: Fabrício Butierres Santana

Linha de pesquisa: Processos Químicos e Biotecnológicos

Descrição: O crescimento econômico e industrial tem sido sustentado pelo uso de combustíveis fósseis. As mudanças climáticas observadas e as projeções para o crescimento populacional mundial obrigam mudanças na nossa matriz energética. O desenvolvimento de novas tecnologias para a geração de energia, principalmente, com o uso de fontes alternativas deve ser prioritário. Neste contexto, este projeto pretende desenvolver uma nova tecnologia com a intenção de associar proteção ambiental, geração de energia e valoração de resíduos. A geração biológica de eletricidade busca complementar a futura matriz energética, com a conversão direta dos resíduos gerados pela atividade industrial e urbana em energia elétrica.

Professor responsável: Carlos André Veiga Burkert

Linha de pesquisa: Processos Químicos e Biotecnológicos

Descrição: O objetivo do presente projeto é explorar o potencial de bactérias diazotróficas para a produção de exopolissacarídeos, utilizando diferentes substratos alternativos (permeado de soro, colostro, melaço de soja e hidrolisado de casca de soja) como fonte de carbono nos cultivos microbianos.

Professor responsável: Vanessa Bongalhardo Mortola

Linha de pesquisa: Processos Químicos e Biotecnológicos

Descrição: Os resíduos líquidos como o esgoto doméstico e os efluentes industriais podem ser uma excelente fonte de geração de eletricidade. Esta produção pode ser feita através de células microbianas combustíveis, nas quais as bactérias degradam a matéria orgânica presente no resíduo gerando eletricidade.Uma célula microbiana de combustível é composta por um ânodo e um cátodo, os quais se encontram separados por uma membrana de troca de prótons.Os micróbios estão localizados no compartimento anódico e degradam o substrato gerando elétrons e prótons, os elétrons são capta dos pelo ânodo e são transporta dos até o cátodo por intermédio de um circuito externo. Por outro lado, os prótons cruzam a membrana em direção ao compartimento catódico, onde ocorre a formação de água. Através deste fluxo de elétrons, do ânodopara o cátodo, torna-se possível a geração de energia elétrica. Estes processos microbiológicos acontecem na presença de catalisadores. Assim, uma série de materiais tem sido foco de inúmeros estudos para aplicação como ânodo e cátodo, entre os catalisadores mais utilizados pode-se citar o carbono e a platina-carbono. No entanto, outros materiais como tungstênio, tântalo, titânio têm sido testados nestas reações. O objetivo deste trabalho é estudar e desenvolver catalisadores para a aplicação em células microbianas combustíveis aplicadas na geração de energia elétrica a partir de resíduos líquidos. Para que este objetivo seja alcançado serão sintetizados, caracterizados e testados diferentes tipos de catalisadores (grafite, Pt-grafite, Ti-grafite) com o intuito de avaliar o comportamento destes materiais e obter-se um maior entendimento dos mecanismos destas reações.

Professor responsável: Toni Jefferson Lopes

Linha de pesquisa: Termofluidodinâmica

Descrição: A presença de cor em efluentes está associada a corantes solúveis provenientes, principalmente, do processo de tingimento, devido a ineficiências dessa etapa. A concentração dos corantes é menor que a de outros produtos químicos, mas a cor é visível, mesmo em baixas concentrações. Dentre os corantes comumente utilizados destaca-se o azul de metileno (MELLO e DEBACHER, 2009; FERREIRA, 2009). Atualmente, aproximadamente 10.000 corantes são produzidos em escala industrial. Destes, cerca de 2.000 encontram-se disponíveis para a indústria têxtil. No Brasil, das aproximadamente 20 t/ano de corantes consumidos pela indústria têxtil, cerca de 20% são descartados como efluentes (FUNGARO e BRUNO, 2009). Além dos problemas estéticos, a maioria dos corantes comercialmente usados é resistente à biodegradação, à fotodegradação e à ação de agentes oxidantes. Afetam significantemente a atividade fotossintética pela redução da penetração da luz solar; podem ser tóxicos a certas formas da vida aquática devido à presença de metais substituintes e cloreto; alguns são carcinogênicos e mutagênicos; interferem em certos tratamentos operacionais de água residuária municipal como a desinfecção ultravioleta (FUNGARO e BRUNO, 2009). As principais técnicas para descontaminar as águas de rejeitos da indústria têxtil são os físicos envolvendo mecanismos de adsorção em carvão ativado, coagulação e precipitação, e também processos químicos e biológicos. Esses métodos, geralmente são combinados uns aos outros de forma a aumentar a eficiência do processo (SILVA, 2006).

Professor responsável: Adriano da Silva

Linha de pesquisa: Termofluidodinâmica

Descrição: A presença de cor em efluentes está associada a corantes solúveis provenientes, principalmente, do processo de tingimento, devido a ineficiências dessa etapa. A concentração dos corantes é menor que a de outros produtos químicos, mas a cor é visível, mesmo em baixas concentrações. Dentre os corantes comumente utilizados destaca-se o azul de metileno (MELLO e DEBACHER, 2009; FERREIRA, 2009). Atualmente, aproximadamente 10.000 corantes são produzidos em escala industrial. Destes, cerca de 2.000 encontram-se disponíveis para a indústria têxtil. No Brasil, das aproximadamente 20 t/ano de corantes consumidos pela indústria têxtil, cerca de 20% são descartados como efluentes (FUNGARO e BRUNO, 2009). Além dos problemas estéticos, a maioria dos corantes comercialmente usados é resistente à biodegradação, à fotodegradação e à ação de agentes oxidantes. Afetam significantemente a atividade fotossintética pela redução da penetração da luz solar; podem ser tóxicos a certas formas da vida aquática devido à presença de metais substituintes e cloreto; alguns são carcinogênicos e mutagênicos; interferem em certos tratamentos operacionais de água residuária municipal como a desinfecção ultravioleta (FUNGARO e BRUNO, 2009). As principais técnicas para descontaminar as águas de rejeitos da indústria têxtil são os físicos envolvendo mecanismos de adsorção em carvão ativado, coagulação e precipitação, e também processos químicos e biológicos. Esses métodos, geralmente são combinados uns aos outros de forma a aumentar a eficiência do processo (SILVA, 2006).

Professor responsável: Francine Silva Antelo

Linha de pesquisa: Termofluidodinâmica

Descrição: Como a cor é um importante atributo relacionado ao apelo visual e à qualidade de produtos alimentícios, minimizar as perdas de pigmento durante o processamento é a preocupação primária para a indústria processadora de alimentos. Nesse contexto, o conhecimento de modelos cinéticos de destruição térmica são essenciais no desenvolvimento de novos processos que forneçam a máxima retenção dos fatores de qualidade. Somando a isso a atual tendência mundial em usar pigmentos naturais, esse projeto tem como objetivo estudar as condições de extração das antocianinas de Eugenia involucrata, fruto pouco explorado e de grande potencial comercial, assim como caracterizar cinética e termodinamicamente o processo degradativo desses flavonoides nas temperaturas de resfriamento, 8°C, ambiente, 25°C e na faixa entre 60 e 90°C, para valores de pH sem ajuste e ajustado para 3. Os tempos de meia-vida (t ½) para cada temperatura e pH analisados deverão ser determinados assim como, através da equação de Arrhenius, será definida a energia de ativação (Ea) da reação de degradação da cor do mesmo extrato entre 60 e 90°C, para os valores de pH propostos. As funções termodinâmicas energia livre de Gibbs (ΔG), entalpia (ΔH) e entropia (ΔS) para o processamento nesta mesma faixa de temperatura e valores de pH, serão determinadas da mesma forma que o tempo de redução decimal (D), o coeficiente de temperatura (Q10) e o intervalo de temperatura que ocasiona uma variação de dez vezes na velocidade de degradação (z). Ainda, as atividades antioxidantes do extrato in natura e após o tempo de meia-vida para as temperaturas de 8, 25 e 90°C, para os valores de pH propostos serão comparadas.