Desenvolvimento e avaliação de novas abordagens de modelagem de processos de separação em leito móvel simulado

O Leito Móvel Simulado (LMS) é um processo de separação de compostos por adsorção muito eficiente, por trabalhar em um regime contínuo e também possuir fluxo contracorrente da fase sólida. Dentre as diversas aplicações, este processo tem se destacado na resolução de petroquímicos e principalmente na atualidade na separação de misturas racêmicas que são separações de um grau elevado de dificuldade. Neste trabalho foram propostas duas novas abordagens na modelagem do LMS, a abordagem Stepwise e a abordagem Front Velocity. Na modelagem Stepwise as colunas cromatográficas do LMS foram modeladas com uma abordagem discreta, onde cada uma delas teve seu domínio dividido em N células de mistura interligadas em série, e as concentrações dos compostos nas fases líquida e sólida foram simuladas usando duas cinéticas de transferência de massa distintas. Essa abordagem pressupõe que as interações decorrentes da transferência de massa entre as moléculas do composto nas suas fases líquida e sólida ocorram somente na superfície, de forma que com essa suposição pode-se admitir que o volume ocupado por cada molécula nas fases sólida e líquida é o mesmo, o que implica que o fator de residência pode ser considerado igual a constante de equilíbrio. Para descrever a transferência de massa que ocorre no processo cromatográfico a abordagem Front Velocity estabelece que a convecção é a fase dominante no transporte de soluto ao longo da coluna cromatográfica. O Front Velocity é um modelo discreto (etapas) em que a vazão determina o avanço da fase líquida ao longo da coluna. As etapas são: avanço da fase líquida e posterior transporte de massa entre as fases líquida e sólida, este último no mesmo intervalo de tempo. Desta forma, o fluxo volumétrico experimental é utilizado para a discretização dos volumes de controle que se deslocam ao longo da coluna porosa com a mesma velocidade da fase líquida. A transferência de massa foi representada por dois mecanismos cinéticos distintos, sem (tipo linear) e com capacidade máxima de adsorção (tipo Langmuir). Ambas as abordagens propostas foram estudadas e avaliadas mediante a comparação com dados experimentais de separação em LMS do anestésico cetamina e, posteriormente, com o fármaco Verapamil. Também foram comparados com as simulações do modelo de equilíbrio dispersivo para o caso da Cetamina, usado por Santos (2004), e para o caso do Verapamil (Perna 2013). Na etapa de caracterização da coluna cromatográfica as novas abordagens foram associadas à ferramenta inversa R2W de forma a determinar os parâmetros globais de transferência de massa apenas usando os tempos experimentais de residência de cada enantiômero na coluna de cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE). Na segunda etapa os modelos cinéticos desenvolvidos nas abordagens foram aplicados nas colunas do LMS com os valores determinados na caracterização da coluna cromatográfica, para a simulação do processo de separação contínua. Os resultados das simulações mostram boa concordância entre as duas abordagens propostas e os experimentos de pulso para a caracterização da coluna na separação enantiomérica da cetamina ao longo do tempo. As simulações da separação em LMS, tanto do Verapamil quando da Cetamina apresentam uma discrepância com os dados experimentais nos primeiros ciclos, entretanto após esses ciclos iniciais a correlação entre os dados experimentais e as simulações. Para o caso da separação da cetamina (Santos, 2004), a qual a concentração da alimentação era relativamente baixa, os modelos foram capazes de predizer o processo de separação com as cinéticas Linear e Langmuir. No caso da separação do Verapamil (Perna, 2013), onde a concentração da alimentação é relativamente alta, somente a cinética de Langmuir representou o processo, devido a cinética Linear não representar a saturação das colunas cromatográficas. De acordo como o estudo conduzido ambas as abordagens propostas mostraram-se ferramentas com potencial na predição do comportamento cromatográfico de uma amostra em um experimento de pulso, assim como na simulação da separação de um composto no LMS, apesar das pequenas discrepâncias apresentadas nos primeiros ciclos de trabalho do LMS. Além disso, podem ser facilmente implementadas e aplicadas na análise do processo, pois requer um baixo número de parâmetros e são constituídas de equações diferenciais ordinárias.

Remoção de amônia do lixiviado por arraste de ar e caracterização por fracionamento com membrana.

A proposta deste trabalho é estudar a tecnologia para a remoção de amônia do lixiviado através do processo físico-químico de arraste com ar e a sua caracterização por processos de fracionamento com membranas de MF e UF. Foram analisados no processo de arraste de ar os parâmetros pH, vazão de ar e tempo de operação. Foi verificada a remoção de nitrogênio amoniacal de 93,5% em um tempo de operação de 6 horas, com ajuste de pH igual a 11 e vazão de ar 100 L/h. Após a remoção do nitrogênio amoniacal, os lixiviados foram submetidos a processo de fracionamento com membranas de microfiltração (MF) e ultrafiltração (UF), sendo investigadas a remoção de amônia, a condutividade, DQO, COD, cloreto e pH. Obtiveram-se resultados praticamente constantes à medida que o lixiviado permeou nas membranas de MF e UF. Ademais, empregaram-se testes de toxicidade e ensaios de tratabilidade biológica com amostras de lixiviado bruto, lixiviado tratado (baixa concentração de amônia) e lixiviados fracionados com membranas de MF e UF. Nos ensaios de tratabilidade biológica os resultados mostraram que não houve uma remoção significativa de matéria orgânica e nos testes de toxicidade com organismos Danio rerio, embora tenha ocorrido uma redução na toxicidade na sequência dos experimentos, foi constatado que o lixiviado bruto, lixiviado tratado com remoção de amônia e fracionados com membranas de MF e UF mantiveram elevada toxicidade.

Análise de unidades de pré-purificação de ar por adsorção

Os principais constituintes do ar, nitrogênio, oxigênio e argônio, estão cada vez mais presentes nas indústrias, onde são empregados nos processos químicos, para o transporte de alimentos e processamento de resíduos. As duas principais tecnologias para a separação dos componentes do ar são a adsorção e a destilação criogênica. Entretanto, para ambos os processos é necessário que os contaminantes do ar, como o gás carbônico, o vapor dágua e hidrocarbonetos, sejam removidos para evitar problemas operacionais e de segurança. Desta forma, o presente trabalho trata do estudo do processo de pré-purificação de ar utilizando adsorção. Neste sistema a corrente de ar flui alternadamente entre dois leitos adsorvedores para produzir ar purificado continuamente. Mais especificamente, o foco da dissertação corresponde à investigação do comportamento de unidades de pré-purificação tipo PSA (pressure swing adsorption), onde a etapa de dessorção é realizada pela redução da pressão. A análise da unidade de pré-purificação parte da modelagem dos leitos de adsorção através de um sistema de equações diferenciais parciais de balanço de massa na corrente gasosa e no leito. Neste modelo, a relação de equilíbrio relativa à adsorção é descrita pela isoterma de Dubinin-Astakhov estendida para misturas multicomponentes. Para a simulação do modelo, as derivadas espaciais são discretizadas via diferenças finitas e o sistema de equações diferenciais ordinárias resultante é resolvido por um solver apropriado (método das linhas). Para a simulação da unidade em operação, este modelo é acoplado a um algoritmo de convergência relativo às quatro etapas do ciclo de operação: adsorção, despressurização, purga e dessorção. O algoritmo em questão deve garantir que as condições finais da última etapa são equivalentes às condições iniciais da primeira etapa (estado estacionário cíclico). Desta forma, a simulação foi implementada na forma de um código computacional baseado no ambiente de programação Scilab (Scilab 5.3.0, 2010), que é um programa de distribuição gratuita. Os algoritmos de simulação de cada etapa individual e do ciclo completo são finalmente utilizados para analisar o comportamento da unidade de pré-purificação, verificando como o seu desempenho é afetado por alterações nas variáveis de projeto ou operacionais. Por exemplo, foi investigado o sistema de carregamento do leito que mostrou que a configuração ideal do leito é de 50% de alumina seguido de 50% de zeólita. Variáveis do processo foram também analisadas, a pressão de adsorção, a vazão de alimentação e o tempo do ciclo de adsorção, mostrando que o aumento da vazão de alimentação leva a perda da especificação que pode ser retomada reduzindo-se o tempo do ciclo de adsorção. Mostrou-se também que uma pressão de adsorção maior leva a uma maior remoção de contaminantes.

Tecnologia mais limpa aplicada ao tratamento de água em sistemas de resfriamento abertos com recirculação

Os estudos destinados à aplicação de uma tecnologia mais limpa ao tratamento de águas em sistemas de resfriamento abertos com recirculação resultaram no desenvolvimento de uma filosofia de tratamento baseada na busca de uma operação com ciclo de concentração ideal. Assim, por meio do controle do balanço material no sistema de resfriamento, seria alcançado um nível de concentração em que a água de circulação apresentaria, naturalmente e ao mesmo tempo, baixa tendência à corrosão do ferro e baixa tendência à formação de incrustação de carbonato de cálcio. O tratamento com inibidores de corrosão e de formação de depósitos seria apenas complementar e, conseqüentemente, reduzido o emprego de produtos químicos para o condicionamento da água. O presente trabalho procura demonstrar que o critério de tratamento baseado apenas no índice de estabilidade não leva em conta o fato de que as espécies solúveis em água não se concentram de uma mesma forma, principalmente como decorrência de reações de conversão envolvendo o íon bicarbonato e de precipitação do íon cálcio. Como suporte desse trabalho, foram realizados ensaios de campo em um sistema de resfriamento aberto com recirculação em operação normal, porém sem tratamento químico da água. Foi possível, desse modo, observar a variação da concentração de cada espécie crítica presente na água com a vazão de descarga efetuada. Os resultados obtidos e o estudo realizado mostram que a metodologia tradicional pode apresentar desvios da realidade que podem comprometer a qualidade do tratamento, obrigando o emprego de maiores concentrações de produtos químicos para condicionamento da água, contrariando, assim, o próprio propósito original de execução de um tratamento dentro dos princípios de uma produção mais limpa. Este trabalho procura, ainda, salientar a importância qualitativa e quantitativa das espécies presentes, na água de reposição, na qualidade do tratamento, alertando que o emprego de reúso de água, como reposição de um sistema de resfriamento, deve ser criteriosamente analisado, pois uma água de má qualidade pode tornar o tratamento interno impraticável, exigindo a execução de um tratamento prévio muitas vezes inviável do ponto de vista econômico e causador de impacto ambiental

Recuperação de cobre de rejeitos de galvanoplastia utilizando resinas de troca iônica

Neste estudo, a sorção e recuperação de íons metálicos de resíduos sólidos industriais provenientes de uma indústria de galvanoplastia situada no Rio de Janeiro (Brasil) foram investigadas através da utilização de duas resinas comerciais de troca iônica: Lewatit VPOC 1800 (fortemente ácida, tipo gel) e Lewatit VPOC 1960 (fortemente básica, tipo gel), produzidas pela Lanxess-Bayer Chemicals. As características físico-quimicas das resinas e do lodo galvânico foram determinadas. Os estudos de sorção das resinas foram conduzidos em batelada e em coluna. Baseado nesses estudos, os parâmetros de sorção e das curvas de ruptura foram determinados. Os estudos de equilíbrio e cinética de sorção também foram realizados. O resíduo de galvanoplastia era composto pelos metais: Cu2+, Fe3+, Al3+, Ni2+ e Cr3+. A capacidade de sorção qe das resinas Lewatit VPOC 1800 variou entre 0,1-1,9 mg g-1 para Cu2+, 0,01-0,6 mg g-1 para Fe3+ e 0,2-0,4 mg g-1 para Al3+. Enquanto que para a resina Lewatit VPOC 1960, os valores de qe variou entre 0,01-0,4 mg g-1 para Cu2+ e 0,01 0,2 mg g-1 para Fe3+ dependendo da concentração do metal e do tempo de contato. A capacidade de sorção para a resina Lewatit VPOC 1960 foi restrita para íons Cu2+ e Fe3+ os quais formam complexos aniônicos com íons Cl-. O modelo de Freundlich foi o mais adequado para descrever o equilíbrio de troca iônica de ambas as resinas. Já em relação ao mecanismo de sorção, o modelo pseudo-segunda ordem tipo 1 foi o mais aplicável. O ponto de ruptura das resinas Lewatit VPOC 1800 e Lewatit VPOC 1960 em relação aos íons Cu2+ocorreu quando passou através da coluna, 1860 cm3 e 2220 cm3 de solução de resíduo sólido respectivamente (20 g de resina, 100 mg L-1 de íons Cu2+, vazão de 60 cm3 min-1). Os íons metálicos Cu2+, Fe3+, Al3+, foram dessorvidos em alta proporção da resina Lewatit VPOC 1800 passando pela coluna solução aquosa de H2SO4 2,4 mol L-1. Já os metais Cu2+ e Fe3+ foram eluídos da resina Lewatit VPOC 1960 com solução aquosa de HCl 2,0 mol L-1. A recuperação seletiva de Cu2+ não foi alcançada porque Cu2+ e Fe3+ precipitam na mesma faixa de pH

Avaliação das concentrações de BTEX em ambiente indoor: estudo de caso da sala de spinning de uma academia de ginástica Rio de Janeiro / RJ.

Muitos dos locais onde as atividades são realizadas nas academias de ginásticas são salas pequenas e fechadas com sistema de climatização artificial, freqüentados por um grande número de alunos realizando seus exercícios e profissionais auxiliando as atividades. Com isso, há uma intensa transpiração desses indivíduos, uma freqüente rotina de limpeza do piso e de equipamentos com pequenos intervalos, possibilitando a alterações da qualidade do ar indoor. O presente trabalho busca mostrar as tendências de variações nos valores das concentrações dos poluentes atmosféricos BTEX em ambiente indoor, especificamente na sala de spinning de uma academia de ginástica do Rio de Janeiro. Para o monitoramento da qualidade do ar foram utilizados cartuchos de carvão ativado SKC, acoplado a uma bomba KNF com vazão de 1l min. Para a extração de cada amostra foi feita a análise cromatográfica com cromatógrafo a gás modelo 6890 acoplado a um espectrômetro de massa modelo 5973 da marca Agilent. Foram analisadas 34 amostras coletadas na salas de spinning durante as aulas com atividades aeróbicas, o que intensificava a respiração dos indivíduos, possibilitando uma maior inalação destes COVs. Em contrapartida, também foram coletadas 5 amostras outdoor, 4 delas pareadas indoor/ outdoor para uma análise comparativa das concentrações destes poluentes. Dentre os compostos orgânicos voláteis analisados, o tolueno é o BTEX mais abundante obtido neste trabalho, representando 81% destes COVs indoor. Todas as amostras medidas em pares indoor/ outdoor tiveram concentrações maiores no interior, exceto para o benzeno no dia 3/12/2010. Simples atividades usualmente realizadas pelo homem, como a inserção de piso emborrachado, manutenção do sistema de climatização artificial, e limpeza podem alterar o ar indoor. As conclusões alcançadas após as medições das concentrações de BTEX foram de que o ar indoor estava mais poluído do que o outdoor. Este monitoramento da qualidade do ar indoor ainda é escasso no Brasil. Alguns esforços tem sido feito em relação a ambientes confinados como a Portaria n˚3523 do Ministério da Saúde, regulamentando o controle dos ambientes climatizados e a Resolução n˚9 da Agência Nacional de Vigilância Sanitária, além da Resolução CONAMA n ˚3 estabelecendo padrões de qualidade do ar para alguns compostos químicos, porém muitos compostos químicos ainda não são legislados ou não possuem a devida atenção, não sendo suficientes para contemplar a complexidade do assunto

Eventos cardíacos decorrentes da infusão contínua de cloridrato de amiodarona: implicações para o enfermeiro

O objeto de estudo são os eventos cardíacos resultantes da infusão contínua de cloridrato de amiodarona em pacientes que evoluíram com fibrilação atrial em pós-operatório de cirurgia cardíaca. Os objetivos foram descrever as características dos pacientes que receberam infusão contínua de cloridrato de amidoarona, apresentar a prevalência de bradicardia e hipotensão encontrada nos pacientes que receberam infusão contínua de cloridrato de amiodarona e discutir as implicações dos achados para a prática dos enfermeiros a partir da prevalência encontrada de bradicardia e hipotensão decorrente da infusão contínua desta substância. Trata-se de um estudo transversal, retrospectivo, documental, por meio de análise de prontuários e avaliação quantitativa dos mesmos. Desenvolvida em uma unidade de pós-operatório de cirurgia cardíaca em um hospital universitário pertencente à rede sentinela no município do Rio de Janeiro. Foi considerado hipotensão em presença de PAS menor que 90 mmHg e bradicardia em presença de frequência cardíaca menor que 60 bpm. As variáveis que caracterizavam a população do estudo e as aferições de pressão arterial e frequência cardíaca foram transcritas para um instrumento de coleta de dados dos anos de 2010 e 2011, gerando 1782 horas de infusão contínua de cloridrato de amiodarona em 27 pacientes cirúrgicos (10,50%). Tratou-se de uma população predominantemente feminina, com idade a cima de 60 anos, período de internação superior a uma semana, apresentava hipertensão arterial prévia (59,26%), era portadora de fibrilação atrial (55,56%) e o diagnóstico cirúrgico de revascularização do miocárdio com circulação extracorpórea foi predominante (70,37%). Os dados mostram que 85,19% dos pacientes eram portadores de pelo menos um fator de risco, 70,37% apresentavam dois fatores de risco e 55,55% apresentavam três fatores de risco para desenvolver fibrilação atrial no pós-operatório de cirurgia cardíaca. Foi encontrada uma prevalência de 85,19% pacientes que apresentaram bradicardia, 66,67% apresentaram hipotensão e 59,26% apresentaram tanto bradicardia como hipotensão. Foram 160 episódios de bradicardia com 6,40 episódios por paciente e 77 episódios de hipotensão com 4,2 por paciente. A bradicardia ocorreu principalmente entre 48 e 72 horas do inicio da infusão. Já a hipotensão aumentou progressivamente nas primeiras 48 horas de infusão. Na presença de bradicardia a intervenção mais frequente foi redução da vazão de amiodarona já na presença de hipotensão, a manutenção de infusão de noradrenalina foi a conduta mais regular. Como estratégia de melhoria para segurança do paciente, foram elaboradas condutas como método de barreira para prevenção de eventos adversos como a bradicardia e hipotensão. Os principais cuidados de enfermagem a serem implementados pelo enfermeiro foram o levantamento de fatores de risco para a fibrilação atrial, a detecção da fibrilação atrial, a manutenção de monitorização cardíaca contínua, aferição horária do ritmo cardíaco e o controle da frequência cardíaca e pressão arterial, objetivando intervir precocemente em presença de hipotensão ou bradicardia.

Biofiltração de compostos orgânicos voláteis e gás sulfídrico em estações de despejos industriais de processamento de hidrocarbonetos.

Neste trabalho foi estudado o tratamento simultâneo por biofiltração de emissões de compostos orgânicos voláteis, COV e gás sulfídrico, H2S, em estações de tratamento de despejos industriais, de refinaria de petróleo, ETDI. A biofiltração dos gases emanados da EDTI mostrou ser uma técnica de alta eficiência, atingindo valores de 95 a 99 % para tratamento simultâneo de COV e H2S em concentrações de 1000 e 100 ppmv, respectivamente. Foram realizados testes em 95 dias consecutivos de operação, em uma planta piloto instalada na Superintendência da Industrialização do Xisto, SIX, em São Mateus do Sul, Paraná, de março a agosto de 2006. O biofiltro foi do tipo fluxo ascendente, com 3,77 m3 de leito orgânico, composto de turfa, carvão ativado, lascas de madeira, serragem brita fina além de outros componentes menores. Foi realizada inoculação biológica com lodo filtrado de estação de tratamento de esgoto sanitário. As vazões de gás aplicadas variaram de 85 a 407 m3/h, resultando em taxas de carga de massa de 11,86 a 193,03 g de COV/h.m3 de leito e tempos de residência de 24 segundos a 6,5 minutos, com tempo ótimo de 1,6 minutos. A capacidade máxima de remoção do sistema encontrada, nas condições testadas, foi de 15 g de COV/h. m3, compatível com os valores encontrados na literatura para depuração biológica de COV na escala praticada. Também foi verificada a redução de componentes específicos de BTX, demonstrando boa degradabilidade dos compostos orgânicos. Finalmente o biofiltro demonstrou boa robustez biológica diante dos desvios operacionais intencionalmente provocados, tais como falta de umidade do leito, baixa temperatura, alta vazão, falta de carga de COV e baixo pH do leito. Depois de retomada a condição de operação estável, a biofiltração rapidamente atingiu o estado de equilíbrio, assegurando o uso eficiente e confiável da técnica no tratamento de gases de EDTI na indústria do hidrocarbonetos ou em refinarias de petróleo.