Dimensionamento de um secador em leito fluidizado para secagem de cereais

O objectivo desta tese é dimensionar um secador em leito fluidizado para secagem de cereais, nomeadamente, secagem de sementes de trigo. Inicialmente determinaram-se as condições de hidrodinâmica (velocidade de fluidização, TDH, condições mínimas de “slugging”, expansão do leito, dimensionamento do distribuidor e queda de pressão). Com as condições de hidrodinâmica definidas, foi possível estimar as dimensões físicas do secador. Neste ponto, foram realizados estudos relativamente à cinética da secagem e à própria secagem. Foi também estudado o transporte pneumático das sementes. Deste modo, determinaram-se as velocidades necessárias ao transporte pneumático e respectivas quedas de pressão. Por fim, foi realizada uma análise custos para que se soubesse o custo deste sistema de secagem. O estudo da secagem foi feito para uma temperatura de operação de 50ºC, tendo a ressalva que no limite se poderia trabalhar com 60ºC. A velocidade de operação é de 2,43 m/s, a altura do leito fixo é de 0,4 m, a qual sofre uma expansão durante a fluidização, assumindo o valor de 0,79 m. O valor do TDH obtido foi de 1,97 m, que somado à expansão do leito permite obter uma altura total da coluna de 2,76 m. A altura do leito fixo permite retirar o valor do diâmetro que é de 0,52 m. Verifica-se que a altura do leito expandido é inferior à altura mínima de “slugging” (1,20 m), no entanto, a velocidade de operação é superior à velocidade mínima de “slugging” (1,13 m/s). Como só uma das condições mínimas é cumprida, existe a possibilidade da ocorrência de “slugging”. Finalmente, foi necessário dimensionar o distribuidor, que com o diâmetro de orifício de 3 mm, valor inferior ao da partícula (3,48 mm), permite a distruibuição do fluido de secagem na coluna através dos seus 3061 orifícios. O inicio do estudo da secagem centrou-se na determinação do tempo de secagem. Além das duas temperaturas atrás referidas, foram igualmente consideradas duas humidades iniciais para os cereais (21,33% e 18,91%). Temperaturas superiores traduzem-se em tempos de secagem inferiores, paralelamente, teores de humidade inicial inferiores indicam tempos menores. Para a temperatura de 50ºC, os tempos de secagem assumiram os valores de 2,8 horas para a 21,33% de humidade e 2,7 horas para 18,91% de humidade. Foram também tidas em conta três alturas do ano para a captação do ar de secagem, Verão e Inverno representando os extremos, e a Meia- Estação. Para estes três casos, foi possível verificar que a humidade específica do ar não apresenta alterações significativas entre a entrada no secador e a corrente de saída do mesmo equipamento, do mesmo modo que a temperatura de saída pouco difere da de entrada. Este desvio de cerca de 1% para as humidades e para as temperaturas é explicado pela ausência de humidade externa nas sementes e na pouca quantidade de humidade interna. Desta forma, estes desvios de 1% permitem a utilização de uma razão de reciclagem na ordem dos 100% sem que o comportamento da secagem se altere significativamente. O uso de 100% de reciclagem permite uma poupança energética de cerca de 98% no Inverno e na Meia-Estação e de cerca de 93% no Verão. Caso não fosse realizada reciclagem, seria necessário fornecer à corrente de ar cerca de 18,81 kW para elevar a sua temperatura de 20ºC para 50ºC (Meia-Estação), cerca de 24,67 kW para elevar a sua temperatura de 10ºC para 50ºC (Inverno) e na ordem dos 8,90 kW para elevar a sua temperatura dos 35ºC para 50ºC (Verão). No caso do transporte pneumático, existem duas linhas, uma horizontal e uma vertical, logo foi necessário estimar o valor da velocidade das partículas para estes dois casos. Na linha vertical, a velocidade da partícula é cerca de 25,03 m/s e cerca de 35,95 m/s na linha horizontal. O menor valor para a linha vertical prende-se com o facto de nesta zona ter que se vencer a força gravítica. Em ambos os circuitos a velocidade do fluido é cerca de 47,17 m/s. No interior da coluna, a velocidade do fluido tem o valor de 10,90 m/s e a velocidade das partículas é de 1,04 m/s. A queda de pressão total no sistema é cerca de 2408 Pa. A análise de custos ao sistema de secagem indicou que este sistema irá acarretar um custo total (fabrico mais transporte) de cerca de 153035€. Este sistema necessita de electricidade para funcionar, e esta irá acarretar um custo anual de cerca de 7951,4€. Embora este sistema de secagem apresente a possibilidade de se realizar uma razão de reciclagem na ordem dos 100% e também seja possível adaptar o mesmo para diferentes tipos de cereais, e até outros tipos de materiais, desde que possam ser fluidizados, o seu custo impede que a realização deste investimento não seja atractiva, especialmente tendo em consideração que se trata de uma instalação à escala piloto com uma capacidade de 45 kgs.

Aproveitamento e valorização de resíduos provenientes da produção de Biodiesel

Com o desenvolvimento económico das últimas décadas, a gestão de recursos energéticos é um desafio que a sociedade moderna enfrenta. Assim, actualmente há a necessidade da procura de novas fontes de energia, fontes de energia renováveis. Sendo o biodiesel uma fonte de energia renovável, a sua crescente produção irá trazer um aumento da produção de resíduos, como o glicerol e ácidos gordos. É pois importante reduzir/valorizar estes resíduos de forma a impedir a sua acumulação ao longo do tempo. A valorização destes resíduos é o objectivo principal deste trabalho. A primeira parte consistiu na esterificação de ácidos gordos livres com glicerol, na presença de um catalisador ácido, para a produção de monoglicerídeos. Foram utilizados diferentes tipos de matérias-primas: glicerol (76,3%) e resíduo de ácidos gordos (20,8%), fornecidos pela empresa SOCIPOLE SA, glicerol puro (92,2%) e ácido oleico puro (93,1%). Os catalisadores usados foram o cloreto de zinco comercial e o ácido p-tolueonossulfónico comercial. Não foram efectuadas análises específicas aos monoglicerídeos, o produto foi caracterizado pelo índice de acidez. Aparentemente, a maior conversão de ácidos gordos foi obtida no ensaio de esterificação de ácidos gordos com glicerol, ambos da SOCIPOLE SA. No entanto, este não serviu como termo de comparação com os outros devido à formação de uma fase sólida (polímero). Relativamente aos outros ensaios, com razão molar glicerol/ácidos gordos de 1:3, o melhor resultado foi obtido na reacção de glicerol da SOCIPOLE SA com ácido oleico puro, na presença do catalisador ácido p-toluenossulfónico, à temperatura de 106,3ºC e tempo de reacção de 4h30min, sendo a conversão final de ácido oleico 80,7%. Na segunda parte foi feito o estudo da esterificação de ácidos gordos livres com metanol, na presença de ácido sulfúrico, para a produção de biodiesel utilizando ácidos gordos fornecidos pela empresa SOCIPOLE SA, ácidos gordos derivados dos sabões de um resíduo de glicerol fornecido pelo Laboratório de Tecnologia Química, Professora Doutora Lídia Vasconcelos do ISEP e ácidos gordos derivados dos sabões do glicerol bruto, fornecido pela empresa SOCIPOLE SA. Os ensaios foram efectuados a 65ºC, com uma agitação de 120rpm e uma razão molar ácidos gordos/metanol de 1:3. Verificou-se que o índice de acidez do produto, depois de lavado e seco, diminuía com o tempo de reacção e na generalidade a percentagem de ésteres aumentava, observando-se que a partir das seis horas, a reacção se tornava muito lenta. O estudo da razão ácidos gordos/metanol, não permitiu tirar conclusões. O melhor resultado obtido correspondeu a um produto com 96,2% de ésteres metílicos e 8,54mgKOH/gamostra de índice de acidez, pelo que não pode ainda ser designado de biodiesel.

Determinação de cobre, cobalto e molibdénio em amostras de alimentos seleccionados.

A realização desta tese tinha como principal objectivo determinar a concentração de cobre, cobalto e molibdénio em alimentos seleccionados. Foram determinadas as concentrações de cobre, cobalto e molibdénio em feijões vermelho, feijões castanho, feijões branco, dois tipos de amêndoas, dois tipos de nozes e amendoins. Todos estes alimentos foram comprados e analisados na República Checa. Para a análise destes alimentos foi usado o método analítico Espectrometria de Massa Acoplada a Plasma Indutivo (ICP-MS). Antes de efectuar a análise foi necessário fazer um tratamento prévio que consistia na digestão do alimento no microondas, utilizando-se uma massa de 1 grama de alimento, 5 ml de HNO3 e 2 ml de H2O2. O alimento que tem maior concentração de cobre é as nozes fornecida pela empresa Fit Line (8,7 ± 0,6 μg/g) e o que tem a menor concentração de cobre são os amendoins (3,2 ± 0,2 μg/g). Em relação ao cobalto o alimento que tem a maior concentração de cobalto é feijão do tipo castanho (0,106 ± 0,005 μg/g) e o que apresenta a menor concentração é as amêndoas do tipo 2 (0,019 ± 0,003 μg/g). Para o molibdénio o alimento que apresenta uma maior concentração é o feijão do tipo branco (5,3 ± 0,6 μg/g) e o que tem a menor concentração é as nozes do tipo 2 (0,10 ± 0,01 μg/g).

Preservation of catechin antioxidant properties loaded in carbohydrate nanoparticles

Epigallocatechin gallate (EGCG), an antioxidant with several pharmacological and biological activities, was encapsulated in carbohydrate particles to preserve its antioxidant properties and improve its bioavailability. Gum arabic–maltodextrin particles loaded with EGCG (EGCG/P) were successfully produced by homogenization and spray-drying, with an EGCG loading efficiency of 96 ± 3%. Spray-dried particles are spherical or corrugated and polydisperse with diameters less than 20 m. The particles in aqueous suspension revealed two main populations, with mean average diameters of 40 nm and 400 nm. Attenuated total reflection-infrared spectroscopy (ATR-IR) confirmed that EGCG was incorporated in the carbohydrate matrix by intermolecular interactions, maintaining its chemical integrity. Atomic force microscopy imaging proved the particle spherical shape and size. The present study demonstrates that the carbohydrate matrix is able to preserve EGCG antioxidant properties, as proof of concept to be used as polymeric drug carrier.

Green production of zero-valent iron nanoparticles using tree leaf extracts

The interest in zero-valent iron nanoparticles has been increasing significantly since the development of a green production method in which extracts from natural products or wastes are used. However, this field of application is yet poorly studied and lacks knowledge that allows the full understanding of the production and application processes. The aim of the present work was to evaluate the viability of the utilization of several tree leaves to produce extracts which are capable of reducing iron(III) in aqueous solution to form nZVIs. The quality of the extracts was evaluated concerning their antioxidant capacity. The results show that: i) dried leaves produce extracts with higher antioxidant capacities than non-dried leaves, ii) the most favorable extraction conditions (temperature, contact time, and volume:mass ratio) were identified for each leaf, iii) with the aim of developing a green, but also low-cost,method waterwas chosen as solvent, iv) the extracts can be classified in three categories according to their antioxidant capacity (expressed as Fe(II) concentration): >40 mmol L−1; 20–40 mmol L−1; and 2–10 mmol L−1; with oak, pomegranate and green tea leaves producing the richest extracts, and v) TEManalysis proves that nZVIs (d=10–20 nm) can be produced using the tree leaf extracts.

Toxicity assessment of crude and partially purified extracts of marine Synechocystis and Synechococcus cyanobacterial strains in marine invertebrates

Among the Cyanoprokaryota, the genera Synechocystis and Synechococcus have rarely been studied with respect to potential toxicity. This is particularly true with marine environments where studies about the toxicity of cyanobacteria are restricted to filamentous forms at the warmer temperate and tropical regions and also to filamentous forms at cold seas such as the Baltic Sea. In this study, we describe the effects of cyanobacterial strains of the Synechocystis and Synechococcus genera isolated from the marine coast of Portugal, on marine invertebrates. Crude and partially purified extracts at a concentration of 100 mg/ml of freeze-dried material of the marine strains were tested for acute toxicity in nauplii of the brine shrimp Artemia salina, in the rotifer Brachionus plicatillis and in embryos of the sea urchin Paracentrotus lividus and the mussel Mytilus galloprovincialis. The cyanobacterial extracts, especially the crude extract, had an impact on A. salina nauplii. No significant toxic effects were registered against the rotifer. A negative impact of all strains was recorded on the embryonic development of the sea urchin, with toxic effects resulting in an inhibition of embryogenesis or development of smaller larvae. To the mussel embryos, the effects of cyanobacterial extracts resulted in a complete inhibition of embryogenesis. The results of all assays indicate that Synechocystis and Synechococcus marine strains contained toxic compounds to marine invertebrates.

Electrospun Polyaniline-Reduced Graphene Oxide Composite Nanofibers Based High Sensitive Ammonia Gas Sensor

Ammonia is an important gas in many power plants and industrial processes so its detection is of extreme importance in environmental monitoring and process control due to its high toxicity. Ammonia’s threshold limit is 25 ppm and the exposure time limit is 8 h, however exposure to 35 ppm is only secure for 10 min. In this work a brief introduction to ammonia aspects are presented, like its physical and chemical properties, the dangers in its manipulation, its ways of production and its sources. The application areas in which ammonia gas detection is important and needed are also referred: environmental gas analysis (e.g. intense farming), automotive-, chemical- and medical industries. In order to monitor ammonia gas in these different areas there are some requirements that must be attended. These requirements determine the choice of sensor and, therefore, several types of sensors with different characteristics were developed, like metal oxides, surface acoustic wave-, catalytic-, and optical sensors, indirect gas analyzers, and conducting polymers. All the sensors types are described, but more attention will be given to polyaniline (PANI), particularly to its characteristics, syntheses, chemical doping processes, deposition methods, transduction modes, and its adhesion to inorganic materials. Besides this, short descriptions of PANI nanostructures, the use of electrospinning in the formation of nanofibers/microfibers, and graphene and its characteristics are included. The created sensor is an instrument that tries to achieve a goal of the medical community in the control of the breath’s ammonia levels being an easy and non-invasive method for diagnostic of kidney malfunction and/or gastric ulcers. For that the device should be capable to detect different levels of ammonia gas concentrations. So, in the present work an ammonia gas sensor was developed using a conductive polymer composite which was immobilized on a carbon transducer surface. The experiments were targeted to ammonia measurements at ppb level. Ammonia gas measurements were carried out in the concentration range from 1 ppb to 500 ppb. A commercial substrate was used; screen-printed carbon electrodes. After adequate surface pre-treatment of the substrate, its electrodes were covered by a nanofibrous polymeric composite. The conducting polyaniline doped with sulfuric acid (H2SO4) was blended with reduced graphene oxide (RGO) obtained by wet chemical synthesis. This composite formed the basis for the formation of nanofibers by electrospinning. Nanofibers will increase the sensitivity of the sensing material. The electrospun PANI-RGO fibers were placed on the substrate and then dried at ambient temperature. Amperometric measurements were performed at different ammonia gas concentrations (1 to 500 ppb). The I-V characteristics were registered and some interfering gases were studied (NO2, ethanol, and acetone). The gas samples were prepared in a custom setup and were diluted with dry nitrogen gas. Electrospun nanofibers of PANI-RGO composite demonstrated an enhancement in NH3 gas detection when comparing with only electrospun PANI nanofibers. Was visible higher range of resistance at concentrations from 1 to 500 ppb. It was also observed that the sensor had stable, reproducible and recoverable properties. Moreover, it had better response and recovery times. The new sensing material of the developed sensor demonstrated to be a good candidate for ammonia gas determination.

Design and Development of a Solar Dryer for Microalgae Retrieval - An EPS@ISEP 2013 Spring Project

Currently excessive fossil fuel consumption has become a serious problem. People are searching for new solutions of energy production and there are several options to obtain alternative sources of energy without further devastating the already destroyed environment. One of these solutions is growing microalgae, from which biodiesel can be obtained. The microalgae production is a growing business because of its many useful compounds. In order to collect these compounds microalgae must first be harvested and then dried. Nowadays the solutions used for drying use too much energy and therefore are too expensive and not sustainable. The goal of this project, one of the possible choices during the EPS@ISEP 2013 Spring, was to develop a solar microalgae dryer. The multinational team involved in its development was composed of five students, from distinct countries and fields of study, and was the responsible for designing a solar microalgae dryer prototype for the microalgae laboratory of the chemical engineering department at ISEP, suitable for future tests and incorporating control process (in order not to destroy the microalgae during the drying process). The solar microalgae dryer was built to work as a distiller that gets rid of the excess water from the microalgae suspension. This paper presents a possible solution for this problem, the steps to create the device to harvest the microalgae by drying them with the use of solar energy (also used as an energy source for the solar dryer control system), the technologies used to build the solar microalgae dryer, and the benefits it presents compared to current solutions. It also presents the device from the ethical and sustainable viewpoint. Such alternative to already existing methods is competitive as far as energy usage is concerned.

Monomeric and oligomeric flavan-3-ols and antioxidant activity of leaves from different Laurus sp.

The phenolic profile and antioxidant activity of three endemic Laurus sp. from Portugal were analysed. Dried leaves of L. nobilis L., L. azorica (Seub.) Franco, and L. novocanariensis Rivas Mart., Lousã, Fern. Prieto, E. Días, J. C. Costa & C. Aguiar, collected in the mainland and in the Azores and Madeira archipelagos, respectively, were used to prepare different extracts (aqueous, ethanolic and hydroalcoholic). They were studied regarding their DPPH˙ scavenging activity, total phenolic and flavonoid contents, and the main phenolic compounds were identified by HPLC-DAD-ESI-MS/MS. Total flavonoid contents were 30.1, 46.3, and 36.7 mg of epicatechin equivalents per g of sample (dry weight) for L. nobilis, L. azorica and L. novocanariensis, respectively. Epicatechin was the major compound, representing ∼12.1% of total flavan-3-ols in L. nobilis, ∼25.6% in L. azorica, and ∼19.9% in L. novocanariensis. Although all samples presented a similar phenolic profile, significant differences were observed in their total contents and antioxidant activity.

Determination of permethrin and its metabolite in brains and urines of rats by GC-ECD and GC-MS

Synthetic pyrethroids are pesticides derived from naturally occurring pyrethrins, taken from pyrethrum of dried Chrysanthemum flowers. Pyrethroid insecticides are one of the most commonly used residential and agricultural insecticides. Many pyrethroids can significantly harm the nervous system. Permethrin could be one of the factors involved in the onset of neurodegenerative diseases. The present study aims to evaluate in brain, the effect that can induce the exposure to permethrin, during early life of female rats (from 6 to 21 days of life). Therefore, have been examined the concentrations of permethrin and its main metabolite (3-PBA) in the brain and urine in female rats sacrificed the day after and 14 days after treating. The different concentrations of permethrin and 3-PBA (after 24h and after 14 days in the end of treatment) were obtained using two different methods. The evaluation of permethrin by liquid-liquid extraction and GC-ECD was performed. The levels of the 3-PBA (in urine and brains) were obtained by SPE procedure and GC-MS using the 2- PBA as internal standard.