Desenvolvimento de um sistema de detecção fotoacústico utilizando dois microfones: aplicações em medidas de difusividade térmica

Neste trabalho, desenvolveu-se um sistema de detecção fotoacústico para medidas simultâneas e independentes dos sinais fotoacústicos dianteiro e traseiro, utilizando dois microfones e um único feixe de excitação. Utiliza-se a diferença de fase entre estes sinais para a determinação da difusividade térmica de materiais, com base na abordagem teórica da técnica da Diferença de Fase dos Dois Feixes (T2F). Na metodologia apresentada não há a necessidade de se alternar o feixe de excitação entre as faces da amostra. Esta característica torna mais rápido o procedimento de medida e simplifica o monitoramento automatizado de processos dinâmicos que afetam a difusividade térmica do material, como a cura de resinas poliméricas. É apresentado o procedimento utilizado para determinar a diferença entre as fases intrínsecas dos microfones e o método empregado para compensar tal diferença e, assim, obter a defasagem entre os sinais fotoacústicos dianteiro e traseiro. O sistema de detecção desenvolvido é avaliado em medidas de difusividade térmica de amostras metálicas (aço inoxidável AISI 304 e aço SAE 1020) e poliméricas (polipropileno e polietileno de baixa densidade). Os resultados obtidos concordam de forma satisfatória com dados disponíveis na literatura. Finalmente, a aplicação do sistema proposto ao monitoramento de cura de amostras de resina epóxi indicou sua potencialidade de acompanhar, em tempo real, este tipo de processo dinâmico.

Análise técnica do uso de resíduos de poli (tereftalato de etileno) (PET) na indústria têxtil

O aumento no volume de rejeitos industriais e a contínua produção de resíduos de naturezas diversas causam muitas preocupações no âmbito ambiental. Neste contexto, o descarte de embalagens e garrafas de poli(tereftalato de etileno) (PET) tem se tornado um grande problema por conta da pequena atenção que se dá à sua destinação final. Assim sendo, essa pesquisa propõe a análise técnica da utilização de resíduos de PET, oriundos de reciclagem primária, como matéria-prima para a indústria têxtil. Fios de PET reciclado foram comparados aos fios comerciais de poliéster através de diversos ensaios como, por exemplo, resistência à tração e ensaios para solidificação da cor. Ao mesmo tempo, a microscopia eletrônica de varredura (MEV) foi usada para a investigação da morfologia dos fios e melhor interpretação dos resultados. Pôde ser verificado que os fios de PET reciclado apresentam satisfatório desempenho, embora a resistência mecânica e a solidez a cor à luz sejam inferiores àquelas dos fios convencionais de poliéster.

Comportamento germinativo de espécies rupícolas de inselbergs do Morro da Urca, Rio de Janeiro - RJ

Inselbergs são afloramentos rochosos isolados que emergem abruptamente acima das planícies que os circundam, formados principalmente por afloramentos de rochas graníticas e gnáissicas. São lugares com alta diversidade e endemismo, e caracterizados por alto grau de insolação, temperaturas do ar e do solo, com ventos fortes e solos com baixa retenção de água. Sementes de três espécies típicas dos inselbergs (Alcantarea glaziouana, Barbacenia purpurea e Tibouchina corymbosa) foram estudadas para avaliar o efeito das temperaturas constantes (15 a 40C) e alternada (20-30C), o estresse hídrico (Ψw = 0,0 a -1,2 MPa) promovido por soluções de polietileno glicol 6000 (PEG) e a qualidade da luz sob diferente valores de razão vermelho: vermelho extremo (V:VE), na porcentagem final e velocidade de germinação. Os resultados mostraram que todas as espécies têm sementes muito leves, variando entre 0,005 - 0,04 g. As três espécies apresentaram alta germinação sob temperaturas entre 20C e 30C, e não germinaram a 40C, exceto A. glaziouana. A máxima germinação foi obtida em água destilada (0 MPa) e as diferentes condições de estresse hídrico reduziram a percentagem e a velocidade de germinação de todas as espécies estudadas. A. glaziouana foi a espécie menos sensível a redução do potencial hídrico. As sementes de todas as espécies necessitam de exposição a luz para a máxima germinação (fotoblásticas positivas) e a porcentagem final de germinação foi inibida sob baixos valores de V:VE. A razão V:VE que resultou em 50% da máxima germinação variou entre as espécies. Estes resultados demonstram que a germinação pode limitar a capacidade das espécies em colonizar tanto novas áreas como área perturbadas, além de contribuir para a distribuição das espécies nos inselbergs.

Avaliação de microplásticos em praias da Baía de Guanabara, Rio de Janeiro, RJ, Brasil

Neste trabalho foram analisados sedimentos marinhos de três praias da Baía de Guanabara (praia de São Bento e praia da Bica, na Ilha do Governador, e praia de São Francisco, em Niterói), Rio de Janeiro, para avaliar a presença de microplásticos (fragmentos plásticos com tamanho ≤ 5 mm) nestes ambientes. Os detritos plásticos visíveis (macroplástico) foram separados dos sedimentos manualmente e pesados. Os detritos plásticos não visíveis foram separados por densidade com solução saturada de cloreto de sódio. Os fragmentos plásticos obtidos com a separação por densidade foram caracterizados por microscopia óptica para avaliar forma e superfície, e foram classificados e quantificados em função de seu tamanho. Os fragmentos microplásticos foram separados e caracterizados por espectrometria de absorção na região do infravermelho por reflexão atenuada (ATR FT IR). Os espectros obtidos foram comparados com espectros padrão de polímeros. As três praias se apresentam contaminadas com lixo macroplástico e com lixo microplástico. Na praia da Bica, foram coletados 173 fragmentos, dos quais 73% são microplásticos. Na praia de São Bento foram 81 fragmentos e na praia de São Francisco foram 73 fragmentos, dos quais 70% e 86%, respectivamente, são microplásticos. Nas três praias foram encontrados fragmentos microplásticos de poliestireno expandido. Nas praias da Bica e de São Bento foram encontrados fragmentos de polietileno; nas praias de São Bento e São Francisco foram encontrados fragmentos microplásticos de polipropileno. O descarte irregular de lixo e atividades industriais e comerciais no entorno da baía podem ser apontados como possíveis fontes contaminantes

Cinética de cristalização não-isotérmica de resíduos de polietileno de alta densidade (PEAD)

Nos últimos anos, a presença dos polímeros nos resíduos sólidos urbanos tem aumentado significativamente. Dentre todos os tipos de polímeros encontrados no lixo urbano, o polietileno de alta densidade (PEAD) ganha destaque, pois está presente em grande quantidade. A reciclagem de plásticos, neste âmbito, se configura como uma importante forma de reduzir a quantidade deste material nos lixões e aterros. Entretanto, sabe-se que os artefatos produzidos com material reciclado possuem propriedades inferiores. Outro ponto importante é o conhecimento da relação estrutura-propriedade, este conhecimento é fundamental na aplicação de qualquer material. Sendo assim, foram caracterizadas amostras de PEAD (embalagens pós-consumo) retiradas do lixo urbano através da calorimetria exploratória diferencial (DSC). Utilizando-se os modelos cinéticos de Avrami modificado e Liu, foi possível verificar que dependendo do tipo de carga ou colorante encontrado, há diferenças importantes na formação e morfologia dos cristais.

Processos de formação de ligações cruzadas de polietileno de alto peso molecular

No projeto desenvolvido, ligações cruzadas foram formadas no polietileno de alta densidade e alto peso molecular, grade HS5103, através dos processos reticulação por peróxidos e silanos, com o objetivo de se avaliar o efeito da introdução de ligações cruzadas nas propriedades térmicas e mecânicas deste PEAD. Misturas entre o HS5103 e os peróxidos orgânicos, 2,5-Dimetil-2,5-di(terc-butilperoxi)hexano (DHBP) e peróxido de dicumila (DCP), foram produzidas e analisadas para a avaliação do efeito dos tipos de peróxido na reticulação e propriedades do PEAD e para determinação da concentração e do tipo de peróxido a ser utilizado como agente iniciador de reticulação por silano. Ensaios de índice de fluidez (MFI), reometria capilar, extração de polímero por xileno (teor de gel), análise termogravimétrica (TGA), calorimetria diferencial de varredura (DSC) e tração foram realizados para caracterização das misturas com peróxidos. Os resultados indicaram aumento da viscosidade com o aumento da concentração de peróxido, sendo o DHBP o que apresentou maior índice de aumento; não houve mudanças relevantes nas propriedades mecânicas e, ocorreu aumento do grau de cristalinidade, sendo mais significativo nas amostras com DCP. Após avaliação dos resultados citados, para as amostras a serem reticuladas via silano, foi promovida a graftização de diferentes concentrações de viniltrimetóxisilano (VTMS) na presença de 0,01%p/p de DCP com a adição de 0,05%p/p de catalisador, posteriormente a reticulação foi promovida em água. As amostras produzidas foram caracterizadas por ensaios de teor de gel, análise dinâmico-mecânica (DMA), espectroscopia de absorção no infravermelho (FTIR), TGA, ensaios de desgaste por deslizamento e tração. Nas amostras com silano a formação de ligações cruzadas foi gradativa, apresentando de 8% de gel para amostra com 0,5%p/p de VTMS a 57 % para amostra com1,5% p/p de silano, maior concentração utilizada. A análise dinâmico-mecânica (DMA) realizada evidenciou que houve um aumento densidade de ligações cruzadas e do módulo de armazenamento após temperatura de fusão com o teor de silano, concordando com os resultados de teor de gel. As análises de FTIR mostraram que houve a graftização e a formação de ligações cruzadas no PEAD HS5103. Não se observou um aumento significativo para o limite de resistência para o PEAD modificado. E os testes de desgaste por deslizamento indicaram um aumento da resistência ao desgaste das amostras reagidas com VTMS.

Avaliação de propriedades mecânicas e térmicas de compósito à base de polietileno de alta densidade e hidroxiapatita deficiente de cálcio

No presente trabalho, foram processados compósitos de polietileno de alta densidade (PEAD) com hidroxiapatita deficiente de cálcio (HA), com o objetivo de obter materiais com melhores propriedades mecânicas e bioatividade. A adição da HA deficiente de cálcio proporcionou um aumento no módulo de elasticidade (maior rigidez), menor resistência ao impacto e decréscimo do grau de cristalinidade do PEAD, proporcionando uma maior bioatividade ao material. A análise térmica exploratória (sistema não isotérmico) foi realizada por meio da técnica de calorimetria exploratória diferencial (DSC) e foram avaliados os teores de fosfato de cálcio e a velocidade de rotação da rosca no processamento dos materiais. No estudo da cristalização não-isotérmica observou-se uma diminuição da temperatura de cristalização com o aumento da taxa de resfriamento para todos os materiais sintetizados. A energia de ativação (Ea) da cristalização dos materiais foi avaliada por meio dos métodos Kissinger e Ozawa. A amostra com 5% de HA deficiente de cálcio e velocidade de processamento de 200 rpm foi a que apresentou menor valor de energia de ativação, 262 kJ/mol, menor desvio da linearidade e a que mais se assemelhou à matriz de PEAD sem HA. O teor de hidroxiapatita deficiente de cálcio não favorece o processo de cristalização devido à alta energia de ativação determinada pelos métodos descritos. Provavelmente, a velocidade de rotação, favorece a dispersão da carga na matriz de PEAD, dificultando o processo de cristalização. Na aplicação do método de Osawa-Avrami, os coeficientes de correlação indicaram perda na correlação linear. Estas perdas podem estar associadas a uma pequena percentagem de cristalização secundária e/ou à escolha das temperaturas utilizadas para determinar a velocidade de cristalização. Na determinação dos parâmetros pelo método de Mo, as menores percentagens de cristalização apresentaram um grande desvio da linearidade, com coeficiente de correlação bem menor que 1 e com o aumento da percentagem de cristalização, o desvio da linearidade diminui, ficando próximo de 1. Os resultados obtidos mostraram que o modelo de Mo e de Osawa-Avrami não foram capazes de definir o comportamento cinético dos materiais produzidos neste trabalho.

Otimização da co-pirólise de gasóleo pesado com embalagens de PEAD pós-uso utilizando planejamento fatorial

A co-pirólise é uma rota promissora, uma vez que minimiza o impacto ambiental causado pela disposição do plástico de maneira inadequada, evita seu acúmulo em lixões e permite um melhor aproveitamento de um recurso natural não-renovável, o petróleo, matéria prima importante para a geração de energia e obtenção de produtos químicos. O presente trabalho teve como objetivo a definição das condições experimentais mais propícias à obtenção de líquidos pirolíticos com alta fração de óleo diesel, resultantes da co-pirólise de polietileno de alta densidade (PEAD) pós-consumo com gasóleo pesado tilizando-se catalisador de FCC (Fluid Catalytic Cracking). Como instrumento de otimização das condições experimentais, optou-se pela Metodologia Planejamento Fatorial. Foi também estudado o efeito das condições experimentais, como: a temperatura de reação, a relação gasóleo/polietileno e a quantidade de catalisador no meio reacional. As amostras de polietileno, gasóleo e catalisador foram submetidas à co-pirólise em sistema de leito fixo, sob fluxo constante de nitrogênio, variando-se a temperatura entre 450 C a 550 C, a quantidade de PEAD no meio reacional foi de 0,2 a 0,6 g, e a quantidade de catalisador foi de zero a 0,06 g, mantendo-se fixa a quantidade de gasóleo em 2 g. Foram efetuadas as caracterizações física e química do gasóleo, polietileno pós-uso e do catalisador. Como resultado, obteve-se a produção de 87% de fração de óleo diesel em duas condições diferentes: (a) 550 0C de temperatura sem catalisador; (b) 500 0C de temperatura e 25% de catalisador FCC. Em ambos os casos, a quantidade de gasóleo pesado e PEAD foram constantes (2 g Gasóleo; 0,2 g PEAD), assim com o tempo de reação de 15 minutos. A fração de óleo diesel obtida neste estudo alcançou o poder calorífico de 44,0 MJ/Kg que é similar ao óleo diesel comercial. É importante ressaltar que em ambos os casos nenhum resíduo foi produzido, sendo uma rota ambientalmente importante para reciclagem de embalagens plásticas contaminadas com óleo lubrificante originárias de postos de serviço, visando à recuperação de ambos conteúdo energético e orgânico dos resíduos de embalagens plásticas pós-uso

Análise da Eficiência de Nitrificação em Reatores Biológicos de Leito Móvel (MBBR) em escala de bancada utilizando efluente de Refinaria de Petróleo.

As atividades industriais petroquímicas, incluindo as refinarias de petróleo, são grandes consumidoras de água e, consequentemente, grandes geradoras de efluentes industriais contendo uma infinidade de contaminantes. No caso das refinarias de petróleo brasileiras, o nitrogênio amoniacal tem se tornado um componente crítico a ser tratado, o que tem sido feito através de processos de tratamento biológicos que utilizam a nitrificação como base. Neste trabalho, foi avaliada a operação de um reator de leito móvel (MBBR), em escala de bancada, utilizando suportes de polietileno com área específica de 820 m2.m-3, para tratar um efluente proveniente de uma refinaria brasileira com alta concentração de nitrogênio amoniacal. O efluente bruto apresentou demanda química de oxigênio entre 100 e 300 mg.L-1, teores de nitrogênio amoniacal entre 60 e 90 mg.L-1 e condutividade elétrica entre 1 e 2 mS.cm-1. Mesmo com variações da qualidade da alimentação da planta ao longo do estudo, como o aumento das concentrações de contaminantes, incluindo inibidores da nitrificação típicos dos efluentes de refinaria, a planta atendeu à Resolução CONAMA 430/2011 (BRASIL, 2011), que limita a concentração de descarte em 20 mg.L-1 para o contaminante nitrogênio amoniacal, em 93% das medições. Para o caso de uma fictícia legislação mais restritiva, que exigisse limite de 5 mg.L-1 desse contaminante, houve sucesso no tratamento em 83% do tempo, com eficiência média de nitrificação de 93,1%, evidenciando que há uma possibilidade real de utilização do processo MBBR em refinarias brasileiras.

Propriedades mecânicas e análise térmica de resíduos de polietileno de alta densidade (PEAD) reciclado

Atualmente grande parte dos resíduos descartados rotineiramente no Brasil é composta por material plástico como, por exemplo, o polietileno de alta densidade (PEAD), o qual é muito comum no lixo doméstico. Nesta Dissertação, embalagens de PEAD pós-consumo foram coletadas e moídas. Após processamento em extrusora, o material definido como PEAD reciclado (mistura de embalagens brancas, marfins e incolores) foi injetado e as propriedades mecânicas foram avaliadas e comparadas com uma amostra de PEAD comercial (HD7600U). A análise térmica através da calorimetria exploratória diferencial (DSC), em conjunto com a análise estatística dos resultados experimentais, também foi conduzida. Em relação à resistência à tração, a diferença entre as amostras de PEAD reciclado e PEAD comercial foram tão pouco expressivas que, dentro das condições experimentais adotadas, se pode afirmar que o material reciclado é equivalente ao comercial.Por sua vez, os modelos cinéticos aplicados na análise térmica revelaram quea amostra de PEAD comercial demonstra um processo de nucleação e crescimento dos cristais mais homogêneo e simples, embora a energia de ativação seja consideravelmente maior do que o das demais amostras de PEAD.