Modelización de la gasificación de lodos de depuradoras urbanas

La gasificación de lodos de depuración consiste en la conversión termoquímica del lodo por oxidación parcial a alta temperatura mediante un agente gasificante, que generalmente es aire, oxígeno o vapor de agua. Se trata de una tecnología de gran interés, ya que consigue reducir la masa de estos residuos y permite el aprovechamiento de los gases formados, tanto en la generación de energía térmica y/o eléctrica como en la síntesis de productos químicos orgánicos y combustibles líquidos. Debido a la complejidad de este proceso, es útil el uso de modelos que faciliten su estudio de forma fiable y a bajo coste. El presente Proyecto Fin de Carrera se centra en el diseño de un modelo adimensional de equilibrio en estado estacionario basado en la minimización de la energía libre de Gibbs. Para ello, se ha empleado el software de simulación de procesos Aspen Plus, que posee una amplia base de datos de propiedades físicas y permite gran flexibilidad en el manejo de sólidos. Para la elaboración del modelo se han asumido las hipótesis de mezcla perfecta dentro del reactor y operación isoterma. El gasificador se ha considerado de lecho fluidizado burbujeante, al permitir un buen control de la temperatura y una alta transferencia de materia y energía entre el sólido y el agente gasificante. El modelo desarrollado consta de cuatro etapas. La primera reproduce el proceso de pirólisis o descomposición térmica de los componentes del lodo en ausencia de agente gasificante. En la segunda etapa se simula que todo el nitrógeno y el azufre contenidos en el lodo se transforman en amoniaco y ácido sulfhídrico, respectivamente. En la tercera etapa se produce la gasificación en dos reactores. El primer gasificador alcanza el equilibrio químico mediante la minimización de la energía libre de Gibbs del sistema. En el segundo reactor se establece un equilibrio restringido por medio de la especificación de una aproximación de temperatura para cada reacción. Este método permite validar los resultados del modelo con datos reales. En la última etapa se separa el residuo carbonoso o char (compuesto por carbono y cenizas) del gas de salida, formado por N2, H2, CO, CO2, CH4 (supuesto como único hidrocarburo presente), NH3, H2S y H2O. Este gas debe ser depurado mediante equipos de limpieza aguas abajo. Los resultados de la simulación del modelo han sido validados frente a los valores obtenidos en ensayos previos llevados a cabo en la planta de gasificación a escala de laboratorio ubicada en el Departamento de Ingeniería Química Industrial y del Medio Ambiente de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de la Universidad Politécnica de Madrid. Estos resultados han mostrado muy buena concordancia con los obtenidos experimentalmente, con un error inferior al 7% en todos los parámetros analizados en el caso de gasificación con aire y menor al 13% cuando se utiliza una mezcla aire/vapor de agua como agente gasificante. Se ha realizado un análisis de sensibilidad con el fin de estudiar la influencia de las condiciones de operación (temperatura, ratio equivalente y ratio vapor/biomasa) sobre los resultados del proceso modelado (composición, producción y poder calorífico inferior de los gases, conversión de carbono y eficiencia de la gasificación). Para ello, se han llevado a cabo diferentes simulaciones modificando la temperatura de gasificación entre 750ºC y 850ºC, el ratio equivalente (ER) entre 0,2 y 0,4 y el ratio vapor/biomasa (S/B) entre 0 y 1. Como ya ocurriera con la validación del modelo, los resultados de las simulaciones bajo las distintas condiciones de gasificación se ajustan de forma satisfactoria a los valores experimentales. Se ha encontrado que un aumento en la temperatura mejora la cantidad y la calidad del gas producido y, por tanto, la eficiencia del proceso. Un incremento del ratio equivalente reduce la concentración de CO y H2 en el gas y, en consecuencia, también su poder calorífico. Sin embargo, valores bajos del ratio equivalente disminuyen la producción de gases y la conversión de carbono. La alimentación de vapor de agua en el sistema mejora todos los parámetros analizados. Por tanto, dentro del rango estudiado, las condiciones de operación que optimizan el proceso de gasificación de lodos consisten en el empleo de mezclas aire/vapor de agua como agente gasificante, una temperatura de 850ºC y un ER de 0,3.

Mecanismos e a influência de ferro lábil em processos nitrosativos intracelulares utilizando o indicador fluorescente 4,5 diamino fluoresceína

Neste trabalho foram investigados os mecanismos e o perfil cinético de processos nitrosativos do ponto de vista da nitrosação do indicador 4,5-diamino fluoresceina (DAF2) em células do tipo RAW 264.7. Também foi investigado o papel que ferro lábil (LIP) exerce em tais processos. O estudo cinético mostrou que a nitrosação do DAF2 é dependente de superóxido intracelular e se processa por dois mecanismos distintos denominados nitrosilação oxidativa e nitrosação. Observou-se que o perfil cinético da nitrosaçao do DAF2 sofre uma transição passando de dependente para independente com relação à concentração de NO, quando a concentração de NO se aproxima de 100-110nM. Este perfil está relacionado com a dinâmica de recombinação entre NO e O2¯ que dispara todo o processo de nitrosação do DAF2. No trabalho fica claro que processos nitrosativos que ocorrem pelos mesmos mecanismos podem apresentar perfis cinéticos completamente diferentes dependendo da localização onde ocorre a recombinação entre NO e O2¯. O ponto mais interessante foi a constatação de que quelantes permeáveis à membranas biológicas estimulam a nitrosação do DAF2 intracelular. Este efeito é decorrente da remoção de LIP intracelular que, surpreendementemente, apresenta papel antinitrosativo nas condições experimentais estudadas. O papel incomum antinitrosativo apresentado por LIP é analizado do ponto de vista da reação entre LIP e ONOO¯ que tem como produto nitrito, uma espécie não nitrosante. Estes resultados podem alterar a forma como LIP é visto em processos oxidativos e nitrosativos.

Perfil lipídico de hambúrgueres produzidos a partir de carne de bovinos alimentados com fontes de óleo na dieta

Objetivou-se nesse trabalho avaliar os efeitos de fontes de óleo vegetal na dieta de bovinos Nelore em fase de terminação sobre a aceitação sensorial, teores de colesterol e óxidos de colesterol, composição de ácidos graxos e estabilidade oxidativa de hambúrgueres bovinos, avaliados após serem congelados e acondicionados a -18°C por 90 dias, então avaliados crus e grelhados. Foram confinados 96 bovinos, machos, castrados, Nelore, com aproximadamente 380 kg de peso inicial e idade média de 24 meses, alimentados com óleos de soja, girassol, linhaça e tratamento controle sem adição de óleo por 82 dias. A partir do músculo Longissimus e da gordura subcutânea dos animais foram produzidos hambúrgueres Os hambúrgueres produzidos com carne de bovinos que receberam óleo de soja tiveram maior estabilidade lipídica, tanto para zero quanto para 90 dias de armazenamento quando comparado às outras dietas. O método cru de preparo também resultou em menores valores tanto para o tempo zero quanto para o tempo 90 dias de armazenamento, em relação ao método grelhado. Os hambúrgueres dos animais alimentados com o óleo linhaça resultaram em menores valores para o atributo sabor. O tempo zero dias de armazenamento dos hambúrgueres resultou em maiores notas dos consumidores para a textura e aceitabilidade global, em relação às amostras armazenadas por 90 dias. A porcentagem de ácidos graxos polinsaturados foi reduzida, independente dos tratamentos, após 90 dias de armazenamento. O CLA c9 t11 foi encontrado em maiores quantidades nas amostras dos animais alimentados com os óleos de linhaça e soja, para zero e 90 dias de armazenamento. O teor de colesterol aumentou após as amostras de hambúrgueres serem grelhadas, enquanto que não foi observado efeito para as fontes de óleos e os tempos de armazenamento. Foi observada a presença de óxidos de colesterol após as amostras serem armazenadas por 90 dias, independente das fontes de óleos utilizadas. O fornecimento de óleos insaturados para bovinos confinados aumenta a porcentagem de ácidos graxos polinsaturados em hambúrgueres produzidos com carne e gordura desses. A inclusão de óleos vegetais para bovinos aumenta a oxidação lipídica de hambúrgueres produzidos a partir de carne e gordura provenientes desses animais quando comparados a um tratamento sem inclusão de óleos vegetais. Hambúrgueres produzidos com carne e gordura de animais alimentados com óleos vegetais na dieta possuem maior oxidação lipídica após 90 dias de armazenamento quando comparados com os hambúrgueres do tempo zero e dos hambúrgueres do tratamento controle enquanto que o processamento térmico não foi responsável pela maior oxidação lipídica.

Efeito de fontes de óleos vegetais sobre o desempenho, características de carcaça e qualidade da carne de bovinos Nelore

A inclusão de óleos vegetais na dieta de bovinos tem sido utilizada para aumentar a densidade energética da dieta, melhorar a eficiência alimentar, além de produzir carnes com a composição de ácidos graxos mais favorável à saúde humana. Objetivou-se estudar os efeitos da inclusão de óleos de soja, girassol e linhaça na dieta de bovinos, sobre o desempenho, características quantitativas de carcaça e qualitativas da carne, perfil de ácidos graxos, oxidação lipídica e formação de compostos oxidados do colesterol. Foram confinados 96 bovinos Nelore, castrados, com aproximadamente 380 kg ± 34 kg de peso inicial e idade média de 20 meses. As dietas foram compostas de 79% de concentrado e 21% de volumoso (silagem de milho) e incluídos os óleos de soja, girassol e linhaça. Os animais foram pesados e avaliadas as características de carcaça por ultrassonografia nos dias 0, 28, 56 e 81 de confinamento. Nos dias zero e 81 dias de confinamento foi coletado sangue dos bovinos para avaliação do LDL-colesterol, HDL-colesterol, VLDL-colesterol e triacilgliceróis. Ao final de 81 dias de confinamento, os animais foram abatidos e foi avaliado o pH (uma e 48 horas após o abate) e foram retiradas amostras do músculo longissimus. Foi avaliado a cor, força de cisalhamento (FC) e perdas por cocção (PPC) em carnes não maturadas e maturadas por 14 dias. Duas amostras do longissimus foram expostas por um e três dias em condições semelhantes ao varejo. Nas carnes expostas por um dia foi avaliado a cor e o pH. Nas amostras expostas por três dias foi avaliado além da cor e pH, o perfil de ácidos graxos, TBARS, colesterol e a presença do 7-cetocolesterol. Foi realizada ainda a análise sensorial e determinado a quantidade de lipídios totais das carnes. A estabilidade oxidativa dos óleos utilizados na dieta também foi avaliada. O experimento foi conduzido em delineamento de blocos casualizados, sendo o peso inicial o bloco. O desempenho e as características de carcaça avaliadas por ultrassonografia não foram influenciadas pelas fontes de óleo. Os tratamentos não influenciaram o peso de abate, o peso de carcaça quente, o pH da carcaça uma hora e 48 horas após o abate, o rendimento de carcaça, a cor, as PPC e a FC. O pH foi maior nas carnes maturadas por 14 dias (P=0,01), em relação àquelas sem maturação. As PPC e a FC foram menores (P=0,01) nas carnes maturadas por 14 dias. O óleo de linhaça apresentou menor estabilidade oxidativa seguidos do óleo de girassol e soja. As fontes de óleo não afetaram a concentração dos lipídios do plasma sanguíneo, no entanto, os níveis de VLDL, LDL, HDL, colesterol e triacilgliceróis foram maiores (P<0,01) no final do experimento em relação ao início. Não houve interação entre a espessura de gordura subcutânea (EGS) avaliada no abate e as dietas e efeito das fontes de óleo sobre os valores de TBARS, lipídios e colesterol. Não foi encontrado o 7-cetocolesterol nas carnes. O pH das carnes expostas por um e três dias sob condições de varejo, não foram influenciadas pela dieta nem pela interação da dieta e dos dias de exposição. No entanto, foi observado o efeito de tempo (P<0,01), as carnes expostas por três dias tiveram valores de pH maiores que as carnes expostas por um dia. A cor L*, a* e b* das carnes expostas em gôndola, sob condições de varejo não foi influenciado pela dieta, pelos dias de exposição e nem pela interação dos dias de exposição e dietas. Os ácidos graxos C18:1 n-9, C20:3 n-6 e C20:5 n-3 apresentaram interação entre a EGS e a dieta (P<0,05). O C18:1 cis 6 apresentou maiores concentrações (P<0,05) nas carnes provenientes dos animais alimentados com óleo de linhaça e soja, em comparação com as carnes provenientes da dieta controle. O C18:3 n-3 apresentou maiores concentrações nas carnes de animais alimentados com linhaça (P<0,05), em comparação com os demais tratamentos. O aroma e a textura da carne avaliados em análise sensorial realizada com consumidores não foram alterados pelos tratamentos. A carne dos animais alimentados com óleo de girassol resultou em maiores notas para o sabor (P<0,01), em relação à carne proveniente de animais alimentados com óleo de soja. As dietas controle e girassol resultaram em carnes mais suculentas e com maior aceitabilidade global (P<0,01), em relação ao tratamento soja. Independentemente do tipo de óleo utilizado na dieta dos animais, não houve influência no desempenho e nas características da carcaça. O óleo de linhaça proporcionou carnes com perfil de ácidos graxos mais favorável para a saúde humana, pois apresentou maiores proporções do ácido linolênico e relações ideais de n6:n3 (4,15). O uso de óleos vegetais na dieta, não prejudicou a aparência das carnes e não proporcionaram oxidação lipídica com a formação de compostos de colesterol oxidados nas carnes expostas sob condições de varejo.

Avaliação físico-química de óleos da amêndoa de pequi (Caryocar brasiliense Camb.) obtidos artesanalmente e por prensagem a frio e sua influência sobre marcadores bioquímicos, oxidativos e inflamatórios de ratos submetidos à toxicidade aguda por tetracloreto de carbono

O óleo da amêndoa de pequi (Caryocar brasiliense Camb.) é considerado um coproduto do fruto, consumido na região do Cerrado, bioma brasileiro. Ele é fundamental para agregar valor e ampliar a utilização deste fruto regional a outros setores produtivos comerciais. Relatos na literatura apontam que o óleo possui capacidade antioxidante e efeitos benéficos sobre doenças inflamatórias, que estão associados à presença de ácidos graxos insaturados e fitoquímicos em sua composição química. Por outro lado, o tetracloreto de carbono (CCl4) é uma potente hepatotoxina, capaz de gerar radicais livres que levam ao estresse oxidativo e à inflamação. Nesse contexto, o objetivo do presente estudo foi caracterizar os óleos da amêndoa de pequi obtidos artesanalmente e por prensagem a frio e verificar o efeito de seus constituintes graxos e bioativos sobre parâmetros oxidativos e inflamatórios de ratos submetidos à toxicidade aguda induzida por tetracloreto de carbono. Inicialmente, foram investigados os parâmetros de qualidade dos óleos, bem como o perfil de ácidos graxos, teores de compostos bioativos, capacidade antioxidante e estabilidade termo-oxidativa. Os óleos da amêndoa de pequi apresentaram boa qualidade e resistência termo-oxidativa e mostraram-se ricos em ácido graxo oleico, além de possuírem compostos com propriedades antioxidantes, como fenólicos, carotenoides, tocoferóis e fitosteróis. Posteriormente, o efeito do tratamento por 22 dias com óleos da amêndoa de pequi artesanal ou prensado a frio (3 mL/kg) sobre a toxicidade aguda induzida pelo CCl4 em ratos \"Wistar\" machos foi avaliado. Para tal, foram determinados marcadores bioquímicos séricos, perfil lipídico, peroxidação lipídica, marcadores do sistema de defesa antioxidante e detoxificante, além de parâmetros inflamatórios do tecido hepático. De maneira geral, verificou-se que os óleos da amêndoa de pequi não minimizaram as alterações hepáticas induzidas pelo CCl4, evidenciadas pelas enzimas marcadoras do dano hepático e por parâmetros inflamatórios, no entanto os animais tratados com o óleo prensado a frio aumentaram sua capacidade antioxidante.

Análise de metabólitos e proteínas totais em folhas de Eucalyptus grandis durante a infecção por Puccinia psidii

Os mecanismos moleculares envolvidos na resistência de plantas contra patógenos são um tema bastante discutido no meio acadêmico, sendo o objetivo maior dos estudos a diminuição das perdas de produtividade provocadas por doenças em plantações do mundo todo. Muitos modelos de interação patógeno-hospedeiro foram propostos e desenvolvidos priorizando plantas e culturas de rápido desenvolvimento com ciclo de vida curto. Espécies de ciclo longo, porém, devem lidar durante anos - ao menos até a idade reprodutiva - contra o ataque de bactérias, fungos e vírus, sem contar, nesse meio tempo, com recombinações genéticas e mutações que tornariam possível o escape contra as moléstias causadas por microrganismos. Assim, como alternativa aos modelos usuais, o presente trabalho estudou um diferente par de antagonistas: Eucalyptus grandis e Puccinia psidii. Apesar da contribuição de programas de melhoramento genético, o patossistema E. grandis X P. psidii ainda é pouco descrito no nível molecular, havendo poucos estudos sobre os processos e as moléculas que agem de forma a conferir resistência às plantas. Assim, buscando o melhor entendimento da relação entre E. grandis X P. psidii, o presente trabalho estudou a mudança dos perfis de proteínas e metabólitos secundários ocorrida nos tecidos foliares de plantas resistentes e susceptíveis durante a infecção pelo patógeno, com o auxílio da técnica de cromatografia líquida acoplada à espectrometria de massas. Os resultados obtidos indicam que as plantas resistentes percebem a presença do patógeno logo nas primeiras horas pós-infecção, produzindo proteínas ligadas à imunidade (HSP90, ILITYHIA, LRR Kinase, NB-ARC disease resistance protein). Essa percepção desencadeia a produção de proteínas de parede celular e de resposta oxidativa, além de modificar o metabolismo primário e secundário. As plantas susceptíveis, por outro lado, têm o metabolismo subvertido, produzindo proteínas responsáveis pelo afrouxamento da parede celular, beneficiando a absorção de nutrientes, crescimento e propagação de P. psidii. No trabalho também são propostos metabólitos biomarcadores de resistência, moléculas biomarcadoras de resposta imune e sinais da infecção por patógeno em E. grandis.

Detección y análisis de contaminantes en diversos ambientes

Presentación realizada para Química Fusión, Valencia, 29 septiembre-1 octubre 2011.

Analysis of the zone connecting consecutive sectors in distillation columns by the Ponchon-Savarit method

McCabe-Thiele and Ponchon-Savarit methods are two classical graphical methods for the design of binary distillation columns very useful for didactical purposes and for preliminary calculations. Nevertheless, their description in the literature is not complete and not all the cases are analysed. To complete the academic literature dealing with this subject we have generalized equations for the operating lines or DP that define the change between two consecutive sectors ΔkC for any feed condition, together with the different possibilities to extract products or to add or remove heat. A consistent analysis of what may happen when changing between sectors in the column is presented.

GE models and algorithms for condensed phase equilibrium data regression in ternary systems: limitations and proposals

Phase equilibrium data regression is an unavoidable task necessary to obtain the appropriate values for any model to be used in separation equipment design for chemical process simulation and optimization. The accuracy of this process depends on different factors such as the experimental data quality, the selected model and the calculation algorithm. The present paper summarizes the results and conclusions achieved in our research on the capabilities and limitations of the existing GE models and about strategies that can be included in the correlation algorithms to improve the convergence and avoid inconsistencies. The NRTL model has been selected as a representative local composition model. New capabilities of this model, but also several relevant limitations, have been identified and some examples of the application of a modified NRTL equation have been discussed. Furthermore, a regression algorithm has been developed that allows for the advisable simultaneous regression of all the condensed phase equilibrium regions that are present in ternary systems at constant T and P. It includes specific strategies designed to avoid some of the pitfalls frequently found in commercial regression tools for phase equilibrium calculations. Most of the proposed strategies are based on the geometrical interpretation of the lowest common tangent plane equilibrium criterion, which allows an unambiguous comprehension of the behavior of the mixtures. The paper aims to show all the work as a whole in order to reveal the necessary efforts that must be devoted to overcome the difficulties that still exist in the phase equilibrium data regression problem.

Thermogravimetric analysis of the pyrolysis of several materials used in the preparation of commercial cigarettes

Comunicación presentada en forma de póster en el "12th Mediterranean Congress of Chemical Engineering", Barcelona (Spain), November 15-18, 2011

Catalytic effect of MCM-41 in the pyrolysis of tobacco and several substances used as additives in the preparation of commercial cigarettes

Comunicación presentada en forma de póster en el "12th Mediterranean Congress of Chemical Engineering", Barcelona (Spain), November 15-18, 2011.

Review and extension of the McCabe-Thiele method covering multiple feeds, products and heat transfer stages

The McCabe-Thiele method is a classical approximate graphical method for the conceptual design of binary distillation columns which is still widely used, mainly for didactical purposes, though it is also valuable for quick preliminary calculations. Nevertheless, no complete description of the method has been found and situations such as different thermal feed conditions, multiple feeds, possibilities to extract by-products or to add or remove heat, are not always considered. In the present work we provide a systematic analysis of such situations by developing the generalized equations for: a) the operating lines (OL) of each sector, and b) the changeover line that provides the connection between two consecutive trays of the corresponding sectors separated by a lateral stream of feed, product, or a heat removal or addition.

A novel hybrid simulation-optimization approach for the optimal design of multicomponent distillation columns

Póster presentado en Escape 22, European Symposium on Computer Aided Process Engineering, University College London, UK, 17-20 June 2012.

Mechanical, thermal and colorimetric properties of LLDPE coloured with a blue nanopigment and conventional blue pigments

Purpose – This research deals with a new kind of nanopigment, obtained from the combination of organic dyes and layered nanoclays, that the authors call nanoclay-colorant pigment (NCP). Whilst they have already been employed in inks and coatings, to date these nanopigments have not been used as pigments for polymers. The existing lack of knowledge surrounding them must be redressed in order to bridge the gap between current academic studies and commercial exploitation. Therefore, the main purpose of this paper is to examine the hitherto unknown aspects of the NCP, which relate specifically to their applicability as a new type of colorant for polymers. Design/methodology/approach – A blue NCP has been prepared at the laboratory according to the patented method of synthesis (patent WO0104216), using methylene blue and montmorillonite nanoclay. It has then been applied to a thermoplastic polymer (linear low-density polyethylene – LLDPE) to obtain a coloured sample. Furthermore, samples with the same polymer but using conventional blue colorants have been prepared under the same processing conditions. The mechanical, thermal and colorimetric properties of these materials have been compared. Findings – The thermal stability of the sample coloured with NCP is reduced to some extent, while the mechanical strength is slightly increased. Moreover, this sample has better colour performance than the conventionally pigmented samples. Originality/value – In this paper, a blue NCP has been synthesised and successfully employed with polyethylene and the obtained sample shows better colour performance than polyethylene with conventional pigments.

Combined simulation-optimization methodology for the design of environmental conscious absorption systems

This work addresses the optimization of ammonia–water absorption cycles for cooling and refrigeration applications with economic and environmental concerns. Our approach combines the capabilities of process simulation, multi-objective optimization (MOO), cost analysis and life cycle assessment (LCA). The optimization task is posed in mathematical terms as a multi-objective mixed-integer nonlinear program (moMINLP) that seeks to minimize the total annualized cost and environmental impact of the cycle. This moMINLP is solved by an outer-approximation strategy that iterates between primal nonlinear programming (NLP) subproblems with fixed binaries and a tailored mixed-integer linear programming (MILP) model. The capabilities of our approach are illustrated through its application to an ammonia–water absorption cycle used in cooling and refrigeration applications.