Análise global da estabilidade termodinâmica de misturas: um estudo com o método do conjunto gerador

O cálculo do equilíbrio de fases é um problema de grande importância em processos da engenharia, como, por exemplo, na separação por destilação, em processos de extração e simulação da recuperação terciária de petróleo, entre outros. Mas para resolvê-lo é aconselhável que se estude a priori a estabilidade termodinâmica do sistema, a qual consiste em determinar se uma dada mistura se apresenta em uma ou mais fases. Tal problema pode ser abordado como um problema de otimização, conhecido como a minimização da função distância do plano tangente à energia livre de Gibbs molar, onde modelos termodinâmicos, de natureza não convexa e não linear, são utilizados para descrevê-lo. Esse fato tem motivado um grande interesse em técnicas de otimização robustas e eficientes para a resolução de problemas relacionados com a termodinâmica do equilíbrio de fases. Como tem sido ressaltado na literatura, para proporcionar uma completa predição do equilíbrio de fases, faz-se necessário não apenas a determinação do minimizador global da função objetivo do teste de estabilidade, mas também a obtenção de todos os seus pontos estacionários. Assim, o desenvolvimento de metodologias para essa tarefa desafiadora tem se tornado uma nova área de pesquisa da otimização global aplicada à termodinâmica do equilíbrio, com interesses comuns na engenharia química e na engenharia do petróleo. O foco do presente trabalho é uma nova metodologia para resolver o problema do teste de estabilidade. Para isso, usa-se o chamado método do conjunto gerador para realizar buscas do tipo local em uma rede de pontos previamente gerada por buscas globais efetuadas com uma metaheurística populacional, no caso o método do enxame de partículas.Para se obter mais de um ponto estacionário, minimizam-se funções de mérito polarizadas, cujos pólos são os pontos previamente encontrados. A metodologia proposta foi testada na análise de quatorze misturas polares previamente consideradas na literatura. Os resultados mostraram que o método proposto é robusto e eficiente a ponto de encontrar, além do minimizador global, todos os pontos estacionários apontados previamente na literatura, sendo também capaz de detectar, em duas misturas ternárias estudadas, pontos estacionários não obtidos pelo chamado método de análise intervalar, uma técnica confiável e muito difundida na literatura. A análise do teste de estabilidade pela simples utilização do método do enxame de partículas associado à técnica de polarização mencionada acima, para a obtenção de mais de um ponto estacionário (sem a busca local feita pelo método do conjunto gerador em uma dada rede de pontos), constitui outra metodologia para a resolução do problema de interesse. Essa utilização é uma novidade secundária deste trabalho. Tal metodologia simplificada exibiu também uma grande robustez, sendo capaz de encontrar todos os pontos estacionários pesquisados. No entanto, quando comparada com a abordagem mais geral proposta aqui, observou-se que tal simplificação pode, em alguns casos onde a função de mérito apresenta uma geometria mais complexa, consumir um tempo de máquina relativamente grande, dessa forma é menos eficiente.

Desenvolvimento de metodologia para a determinação de aflatoxinas em amostras de amendoim usando espectrofluorimetria e análise dos fatores paralelos (PARAFAC)

Desenvolvimento de metodologia para a determinação de aflatoxinas em amostras de amendoim usando espectrofluorimetria e análise dos fatores paralelos (PARAFAC). 2012. 92 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Instituto de Química, Universidade do Estado do Rio de Janeiro , Rio de Janeiro, 2012. Neste trabalho de pesquisa são descritos dois estudos de caso que se baseiam na determinação de aflatoxinas B1, B2, G1 e G2 em amostras de amendoim, utilizando a técnica de espectroscopia de fluorescência molecular. O primeiro estudo tem o objetivo de avaliar a metodologia empregada para a quantificação de aflatoxinas totais em amendoins, utilizando o método clássico de validação fazendo-se o uso da calibração univariada. Os principais parâmetros de desempenho foram avaliados visando certificar a possibilidade de implementação desta metodologia em laboratórios. O segundo estudo está focado na separação e quantificação destas aflatoxinas com a aplicação combinada da espectrofluorimetria e de um método quimiométrico de segunda ordem (PARAFAC) utilizando a calibração multivariada. Esta técnica pode ser empregada como uma alternativa viável para a determinação de aflatoxinas B1, B2, G1 e G2 isoladamente, tradicionalmente é feito por cromatografia líquida de alta eficiência com detector de fluorescência. Porém, como estes analitos apresentam uma larga faixa de sobreposição espectral e as aflatoxinas (B1 e G1) possuem intensidade de sinal de fluorescência bem abaixo das demais, a separação e quantificação das quatro aflatoxinas foi inviável. O estudo foi retomado com a utilização das aflatoxinas B2 e G2 e os resultados alcançados foram satisfatórios. O método utilizado para a quantificação de aflatoxinas totais apresentou bons resultados, mostrando-se como uma importante ferramenta para a determinação destes analitos. Alem disso, comtempla perfeitamente o que é requerido pela legislação brasileira para a análise de aflatoxinas B1, B2, G1 e G2, que tem como exigência em laudos finais de análise a declaração do somatório, em g/kg, destas aflatoxinas, ou seja, sem a necessidade de quantifica-las separadamente

Redução de dimensionalidade em equilíbrio de fases fluidas

Atualmente, existem modelos matemáticos capazes de preverem acuradamente as relações entre propriedades de estado; e esta tarefa é extremamente importante no contexto da Engenharia Química, uma vez que estes modelos podem ser empregados para avaliar a performance de processos químicos. Ademais, eles são de fundamental importância para a simulação de reservatórios de petróleo e processos de separação. Estes modelos são conhecidos como equações de estado, e podem ser usados em problemas de equilíbrios de fases, principalmente em equilíbrios líquido-vapor. Recentemente, um teorema matemático foi formulado (Teorema de Redução), fornecendo as condições para a redução de dimensionalidade de problemas de equilíbrios de fases para misturas multicomponentes descritas por equações de estado cúbicas e regras de mistura e combinação clássicas. Este teorema mostra como para uma classe bem definidade de modelos termodinâmicos (equações de estado cúbicas e regras de mistura clássicas), pode-se reduzir a dimensão de vários problemas de equilíbrios de fases. Este método é muito vantajoso para misturas com muitos componentes, promovendo uma redução significativa no tempo de computação e produzindo resultados acurados. Neste trabalho, apresentamos alguns experimentos numéricos com misturas-testes usando a técnica de redução para obter pressões de ponto de orvalho sob especificação de temperaturas.

Seleção de tecnologia para minimização de emissões de compostos orgânicos voláteis durante as operações de carregamento de navios: utilização de uma ferramenta de tomada de decisão

Como em qualquer outra organização, as empresas de engenharia química vêm cada vez mais utilizando ferramentas de Tomadas de Decisão para escolhas de soluções técnicas para projetos, operações, desenvolvimento, dentre tantas. A tomada de decisão é o processo de responder a um problema, utilizando um conjunto de técnicas qualitativas e quantitativas para selecionar a solução ou ação, dentre várias alternativas que seja mais adequada para a resolução daquele problema. Dentre estas ferramentas, as mais utilizadas são a MAUT, do inglês Multiattribute Utility Theory (Teoria de Utilidade Multiatributos) e a AHP, do inglês Analytic Hierarchy Process (Processo de Análise Hierárquica).Neste trabalho, estes dois métodos são aplicados num mesmo problema de engenharia química: a seleção de um sistema para tratamento de compostos orgânicos voláteis durante o carregamento de navios que transportam petróleo e derivados. Para isto é realizada, em primeiro lugar, a descrição detalhada de cada método, a conceituação de composto orgânico volátil, a legislação pertinente e a descrição de cada alternativa como solução para controle deste tipo de emissão. Os resultados apontados pelos métodos MAUT e AHP são então comparados a fim de verificar se ambos conduzem a mesma solução. Pretende-se também observar o grau de influencia das diferentes áreas de atuação de uma organização na escolha final da tomada de decisão e verificar as percepções dos profissionais sobre cada método aplicado. Percebeu-se, entretanto, que as metodologias não conduziram, neste trabalho, a soluções idênticas, devido à influência das características de cada método, e que profissionais de uma mesma área de atuação tendem a tomarem o mesmo tipo de decisão

Gerenciamento de resíduos químicos de laboratórios: estudo de caso do Instituto de Química da Universidade do Estado do Rio de Janeiro.

Instituições de Ensino e Pesquisa possuem um papel fundamental na formação de seus profissionais considerando a ciência, tecnologia e o conhecimento que afetam toda a sociedade. A falta de um programa de gestão de resíduos, na maioria das instituições de ensino e pesquisa do país, tem levado, com certa frequência, a um descarte pouco responsável dos materiais residuais no ambiente, através das pias dos laboratórios ou do lixo comum, ou em muitos casos, resultando na geração de passivos ambientais acumulados precariamente por longo tempo à espera de um eventual tratamento. Entretanto, essas Instituições de Ensino Superior (IES), através de suas atividades de pesquisa, ensino e extensão, acabam gerando resíduos químicos perigosos, como os de laboratórios químicos. Nas Universidades, o volume de resíduos gerados é muito pequeno, porém a diversidade de resíduos é muito grande, o que dificulta o tratamento dos mesmos. Os resíduos químicos perigosos gerados no Instituto de Química situado no Pavilhão Reitor Haroldo Lisboa da Cunha da Universidade do Estado do Rio de Janeiro, necessitam de procedimentos seguros de manejo para a sua passivação e/ou disposição final, já que eles requerem um descarte distinto daquele dado ao lixo doméstico, conforme estabelecidos na legislação. Este trabalho objetiva estudar os aspectos de gestão, saúde e segurança do trabalho relacionado ao manejo de resíduos gerados em laboratórios químicos, potencialmente perigosos, enfocando ações preventivas de minimização dos resíduos e o seu tratamento, particularmente nas fontes geradoras, estudando o caso dos laboratórios de Química Geral e Inorgânica comparando-os com o laboratório de Engenharia e Tecnologia de Petróleo e Petroquímica. O trabalho classificou-se como pesquisa exploratória e empírica através do estudo de caso. A metodologia utilizada constituiu-se da aplicação de um questionário, dirigido aos técnicos dos laboratórios, e observações, para avaliação do manejo de resíduos químicos perigosos de forma a propor uma possível adequação dos laboratórios às legislações vigentes, como as resoluções NBR RDC 306/04, CONAMA 358/05, das Fichas de Informação de Segurança, das Normas Regulamentadoras e a OHSAS 18001/07. Os resultados obtidos demonstram que os dois laboratórios estudados de Química Geral e Inorgânica não atendem, ainda, o que preconiza a legislação RDC 306/04 da ANVISA. Observa-se que os resíduos químicos perigosos são manejados inadequadamente, expondo a graves riscos físicos, químicos e de acidentes para os usuários dos laboratórios, além da poluição ambiental gerado pelo lançamento dos efluentes nas redes de esgoto, sem tratamento. O estudo corrobora para a necessidade da implementação do Programa de Gerenciamento de Resíduos Químicos Perigosos, da criação de uma Coordenação de Gestão Ambiental presidida por um especialista da área, da construção de saídas de emergência, com escadas de escape externo para os laboratórios estudados e, sobretudo, de capacitação permanente dos funcionários e alunos.

Cálculo do inventário de emissões de gases efeito estufa, estudo de caso em uma indústria química

O Painel Intergovernamental de Mudanças Climáticas da ONU (IPCC) tem comprovado com nível de confiança cada vez maior, ao longo dos últimos anos, a forte relação entre o aumento da temperatura média global e o aumento dos gases de efeito estufa (GEEs) principalmente quanto ao gás que mais contribui para a composição desses gases: o gás carbônico ou CO2. O Brasil se insere no rol dos emissores desse gás, principalmente devido ao desmatamento das reservas florestais que possui. Assim, assumiu o compromisso na Convenção Quadro das Nações Unidas sobre Mudanças Climáticas (United Nations Framework Convention on Climate Change UNFCCC) de estabilizar suas emissões e inventariar periodicamente os seus GEEs. Dentro deste contexto, cabe também à indústria levantar sua parcela de responsabilidade significativa neste processo ameaçador para a vida no planeta terra. Desta forma, o principal objetivo do presente trabalho foi o de levantar e contabilizar o Inventário dos GEEs emitidos em 2006 por uma empresa que produz importantes insumos para a indústria de petróleo. A pesquisa bibliográfica sobre a metodologia mais adequada e sua aplicação para a empresa em estudo foram os principais objetivos específicos. A autora não encontrou fatores de emissão de CO2 (kg CO2/TJ do combustível, detalhado no decorrer deste trabalho) desenvolvidos no Brasil para levantar o inventário, com um nível razoável de confiança, que reflita a situação real e local. Toda a pesquisa bibliográfica feita mostrou que os trabalhos realizados mesmo por órgãos governamentais brasileiros usaram a metodologia do IPCC (versão anterior à usada neste trabalho) que foi elaborada por países desenvolvidos, que não é o nosso caso ou realidade. Foram feitas diversas visitas à empresa, levantadas todas as fontes potenciais de emissão, consumos e características de todos os combustíveis usados, bem como o levantamento do trabalho desenvolvido sobre geração de mudas de plantas no seu horto. Através de cálculos por essa metodologia reconhecida mundialmente (IPCC) a autora encontrou um valor em torno de 76.000 toneladas de CO2 emitidos pela empresa em 2006. A empresa neutralizou cerca de 80 toneladas de CO2, através da produção de mudas (para doação e plantio em torno de uma área que é um passivo ambiental) em seu horto e o que plantou na área desse passivo em 2006. Isso significou cerca de 0,1% do que emitiu

Análise físico-química da qualidade das águas pluviais: estudo de caso - Instituto de Aplicação Fernando Rodrigues da Silveira , Rio Comprido RJ.

Com o desenvolvimento da espécie humana, a sociedade humana passou demandar quantidades cada vez maiores de diversos elementos naturais, principalmente a água. Por estar presente em uma pequena quantidade no planeta (3%), com relação a toda hidrosfera, as águas disponíveis para consumo humano (Ex: Mananciais) são as que mais sofrem com a ação antrópica. A degradação destes recursos se dá por fatores como: poluição, desperdício e falta de políticas públicas sobre conservação dos recursos hídricos. Buscando a implementação de estratégias para a melhor gestão dos recursos hídricos, a utilização de águas pluviais como fonte hídrica alternativa, ganha importância diante desse cenário. Além de uma fonte hídrica de fácil acesso em muitas regiões (com média anual de precipitação em 1589 mm na região da Tijuca Alerta Rio, 2013), estudos demonstram que sua qualidade permite sua utilização em atividades não potáveis, resultando na economia de águas que são tratadas e destinadas para consumo humano. Visando colaborar com as questões expostas anteriormente, a presente dissertação de mestrado buscou avaliar a qualidade das águas de chuva em uma determinada região e os fatores que possam interferir na qualidade das águas pluviais, como: tipo de material da superfície de captação, proximidade a focos de poluição atmosférica e período de estiagem antecedente ao evento pluviométrico. Para tal tarefa, foi instalado um sistema de captação de águas pluviais no Instituto de Aplicação Fernando Rodrigues da Silveira, localizado no bairro do Rio Comprido, região norte da cidade do Rio de Janeiro. Os parâmetros físico-químicos para qualidade da água pH, turbidez, temperatura, oxigênio dissolvido, sólidos totais dissolvidos, potencial de oxi-redução e condutividade foram analisados com o auxílio da sonda multiparâmetro. Ao correlacionar a presença de sólidos na água de chuva com os períodos de estiagem, verificou-se que quanto maior o período de seca, maior a quantidade de sólidos nas amostras. Com relação aos marcos regulatórios (Portaria 2914/2011, MS; Padrões de potabilidade, OMS; CONAMA 357 e NBR 15.527) , os resultados para estes parâmetros ficaram de acordo com os limites exigidos pelas mesmas, exceto o pH. Com a análise dos resultados, recomenda-se estudos para determinar quais fatores podem estar interferindo na acidificação das águas coletadas no estudo.

Caracterização ecotoxicológica e físico-química das águas da Bacia do Rio Morto, Vargem Grande - RJ.

Neste trabalho foi avaliada a qualidade das águas da Bacia do Rio Morto, localizado na Baixada de Jacarepaguá Rio de Janeiro, com base em análise físicoquímicas e ensaios ecotoxicológicos agudos com Danio rerio, Daphnia similis e Aliivibrio fischeri e ensaios ecotoxicológicos crônicos referentes à reprodução com Daphnia similis. Foram comparadas as sensibilidades dos organismos-teste, que pertencem a níveis tróficos diferentes, nos quatro pontos selecionados para coleta de amostras de água no Rio Morto e seus principais tributários: Rio Branco, Rio Sacarrão e canal do Morro do Bruno. Além disso, foi implementado no laboratório o método de ensaio crônico com o microcrustáceo Daphnia similis. As amostras, em sua maioria, apresentaram parâmetros físico-químicos dentro dos limites permitidos pela legislação nacional para a classe de águas doces em que a Bacia estudada está inserida. Não foram observados efeitos agudos nos organismos-teste, não sendo possível o cálculo da CE50 ou CL50, por conseqüência, o FT ficou fixado em 1. No teste agudo para Aliivibrio fischeri, para algumas amostras, foi constatado efeito Hormesis. O mesmo foi verificado em algumas amostras submetidas aos testes crônicos com Daphnia similis.