Estudo do óxido de cálcio como catalisador para a transesterificação de óleos alimentares usados

O instável mas tendencialmente crescente preço dos combustíveis associado a preocupações ambientais cada vez mais enraizadas nas sociedades, têm vindo a despoletar uma maior atenção à procura de combustíveis alternativos. Por outro lado, várias projecções indicam um aumento muito acentuado do consumo energético global no curto prazo, fruto do aumento da população e do nível de industrialização das sociedades. Neste contexto, o biodiesel (ésteres de ácidos gordos) obtido através da transesterificação de triglicerídeos de origem vegetal ou animal, surge como a alternativa “verde” mais viável para utilização em equipamentos de combustão. A reacção de transesterificação é catalisada, por norma com recurso a catalisadores homogéneos alcalinos (NaOH ou KOH). Este tipo de processo, o único actualmente com expressão a nível industrial, apresenta algumas desvantagens que, para além de aumentarem o custo do produto final, contribuem para reduzir a benignidade do mesmo: a impossibilidade de reutilização do catalisador, o aumento do número e complexidade das etapas de separação e a produção de efluentes resultantes das referidas etapas. Com o intuito de minimizar ou eliminar estes problemas, vários catalisadores heterogéneos têm vindo a ser estudados para esta reacção. Apesar de muitos apresentarem resultados promissores, a grande maioria não tem viabilidade para aplicação industrial seja devido ao seu próprio custo, seja devido aos pré-tratamentos necessários à sua utilização. Entre estes catalisadores, o óxido de cálcio é talvez o que apresenta resultados mais promissores. O crescente número de estudos envolvendo este catalisador em detrimento de outros, é por si mesmo prova do potencial do CaO. A realização deste trabalho pretendia atingir os seguintes objectivos principais: • Avaliar a elegibilidade do óxido de cálcio enquanto catalisador da reacção de transesterificação de óleos alimentares usados com metanol; • Avaliar qual a sua influência nas características dos produtos finais; • Avaliar as diferenças de performance entre o óxido de cálcio activado em atmosfera inerte (N2) e em ar, enquanto catalisadores da reacção de transesterificação de óleos alimentares usados com metanol; • Optimizar as condições da reacção com recurso às ferramentas matemáticas disponibilizadas pelo planeamento factorial, através da variação de quatro factores chave de influência: temperatura, tempo, relação metanol / óleo e massa de catalisador utilizado. O CaO utlizado foi obtido a partir de carbonato de cálcio calcinado numa mufla a 750 °C durante 3 h. Foi posteriormente activado a 900 °C durante 2h, em atmosferas diferentes: azoto (CaO-N2) e ar (CaO-Ar). Avaliaram-se algumas propriedades dos catalisadores assim preparados, força básica, concentração de centros activos e áreas específicas, tendo-se obtido uma força básica situada entre 12 e 14 para ambos os catalisadores, uma concentração de centros activos de 0,0698 mmol/g e 0,0629 mmol/g e áreas específicas de 10 m2/g e 11 m2/g respectivamente para o CaO-N2 e CaO-Ar. Efectuou-se a transesterificação, com catálise homogénea, da mistura de óleos usados utilizada neste trabalho com o objectivo de determinar os limites para o teor de FAME’s (abreviatura do Inglês de Fatty Acid Methyl Esters’) que se poderiam obter. Foi este o parâmetro avaliado em cada uma das amostras obtidas por catálise heterogénea. Os planos factoriais realizados tiveram como objectivo maximizar a sua quantidade recorrendo à relação ideal entre tempo de reacção, temperatura, massa de catalisador e quantidade de metanol. Verificou-se que o valor máximo de FAME’s obtidos a partir deste óleo estava situado ligeiramente acima dos 95 % (m/m). Realizaram-se três planos factoriais com cada um dos catalisadores de CaO até à obtenção das condições óptimas para a reacção. Não se verificou influência significativa da relação entre a quantidade de metanol e a massa de óleo na gama de valores estudada, pelo que se fixou o valor deste factor em 35 ml de metanol / 85g de óleo (relação molar aproximada de 8:1). Verificou-se a elegibilidade do CaO enquanto catalisador para a reacção estudada, não se tendo observado diferenças significativas entre a performance do CaO-N2 e do CaO-Ar. Identificaram-se as condições óptimas para a reacção como sendo os valores de 59 °C para a temperatura, 3h para o tempo e 1,4 % de massa de catalisador relativamente à massa de óleo. Nas referidas condições, obtiveram-se produtos com um teor de FAME’s de 95,7 % na catálise com CaO-N2 e 95,3 % na catálise com CaO-Ar. Alguns autores de estudos consultados no desenvolvimento do presente trabalho, referiam como principal problema da utilização do CaO, a lixiviação de cálcio para os produtos obtidos. Este facto foi confirmado no presente trabalho e na tentativa de o contornar, tentou-se promover a carbonatação do cálcio com a passagem de ar comprimido através dos produtos e subsequente filtração. Após a realização deste tratamento, não mais se observaram alterações nas suas propriedades (aparecimento de turvação ou precipitados), no entanto, nos produtos obtidos nas condições óptimas, a concentração de cálcio determinada foi de 527 mg/kg no produto da reacção catalisada com CaO-N2 e 475 mg/kg com CaO-A. O óxido de cálcio apresentou-se como um excelente catalisador na transesterificação da mistura de óleos alimentares usados utilizada no presente trabalho, apresentando uma performance ao nível da obtida por catálise homogénea básica. Não se observaram diferenças significativas de performance entre o CaO-N2 e o CaO-Ar, sendo possível obter nas mesmas condições reaccionais produtos com teores de FAME’s superiores a 95 % utilizando qualquer um deles como catalisador. O elevado teor de cálcio lixiviado observado nos produtos, apresenta-se como o principal obstáculo à aplicação a nível industrial do óxido de cálcio como catalisador para a transesterificação de óleos.

[Re]ativar os terrenos abandonados e a vegetação nas margens do rio Tâmega e das Lagoas em Chaves

Dissertação de mestrado integrado em Arquitectura

Intermetallic layer formation and influence in solder joints reliability

Dissertação de mestrado integrado em Materials Engineering

Flexible thin-film lithium battery

Tese de Doutoramento Programa Doutoral em Engenharia Electrónica e Computadores.

Influence of oxygen conditions on bacterial interactions within biofilms related with cystic fibrosis

Dissertação de mestrado em Bioengineering

Influencia de la altura, la distancia de los tubos a la calle, la anchura de la calle, el tráfico y la densidad de vehículos sobre la concentración de NO2

Durante las primeras décadas del s. XX se contempló un importante aumento de las enfermedades coronarias, este hecho estimuló la investigación sobre las causas de dichas enfermedades. En 1978, y para investigar este fenómeno se inició el estudio REGICOR en el Hospital Josep Trueta de Girona. En el s. XX también se contempló un creciente problema de contaminación de las atmósferas urbanas, esto hizo que diferentes científicos estudiaran las relaciones entre las enfermedades coronarias y la contaminación atmosférica en áreas urbanas (Godish, 1997; Krupa & Legge, 2000; Brook et al., 2004 y Krewski et al., 2004). El proyecto realizado está situado en el contexto del primer estudio realizado en España que investiga los efectos sobre la salud de la contaminación atmosférica (REGICOR 2000-AIR). En el proyecto se pretende investigar la influencia de diferentes factores (distancia de los tubos a la calle, altura de los tubos, anchura de la calle, tráfico y densidad de tráfico) sobre la contaminación atmosférica de las ciudades de Girona y Salt, con el fin de poder caracterizar lo mejor posible la exposición a contaminación atmosférica. Para este fin se utilizará el NO2 como marcador de contaminación atmosférica y se seleccionaran varios puntos de muestreo en las dos ciudades dónde se pondrán captadores de NO2 para la medición de dicha contaminación. Después, y mediante un análisis estadístico, se podrá determinar la influencia de los factores en la variación de concentración de NO2 en el área seleccionada.

Emissió ràdio a baixa freqüència en fenòmens eruptius i en fonts esteses de raigs gamma d'alta i molt alta energia

La tasca investigadora presentada en aquesta memòria s'ha centrat en les fonts galàctiques de raigs gamma de molt alta energia LS I +61 303, HESS J1708-410 i HESS J1858+020. La primera és una binària de raigs gamma molt estudiada, formada per una estrella massiva i un objecte compacte. S'ha proposat un escenari on l'objecte compacte seria un púlsar jove, i la interacció del seu vent amb el vent de l'estrella generaria els raigs gamma. De totes formes, no s'ha detectat polsos procedents d'aquest putatiu púlsar. L'investigador va realitzar observacions en fase a 1280 MHz amb el radiotelescopi GMRT, sense trobar-hi polsos, cosa que implica un estricte límit superior de 0,38 mJy a la densitat mitjana de flux polsat en un putatiu púlsar amb un període major que 2 mil•lisegons en el sistema binari LS I +61 303. Per altra banda, HESS J1708-410 i HESS J1858+020 són dues fonts esteses de raigs gamma de molt alta energia de les quals no es coneix cap contrapart a d'altres longituds d'ona. L'investigador les va observar amb el GMRT, quatre vegades HESS J1708-410 (dues a 610 MHz i dues a 1400 MHz) i dues vegades HESS J1858+020 (una a cada freqüència). En les imatges realitzades amb aquestes dades no hi ha emissió estesa coincident amb les regions d'emissió de raigs gamma. HESS J1858+020 se solapa parcialment amb una font estesa que podria ser un SNR. De confirmar-se la falta de contrapartida ràdio de HESS J1708-410, estaríem parlant d'un accelerador hadrònic extraordinàriament eficient, d'una classe desconeguda fins ara.

Runaway Greenhouse Effect in a Semigray Radiative-Convective Model

The effects of the nongray absorption (i.e., atmospheric opacity varying with wavelength) on the possible upper bound of the outgoing longwave radiation (OLR) emitted by a planetary atmosphere have been examined. This analysis is based on the semigray approach, which appears to be a reasonable compromise between the complexity of nongray models and the simplicity of the gray assumption (i.e., atmospheric absorption independent of wavelength). Atmospheric gases in semigray atmospheres make use of constant absorption coefficients in finite-width spectral bands. Here, such a semigray absorption is introduced in a one-dimensional (1D) radiative– convective model with a stratosphere in radiative equilibrium and a troposphere fully saturated with water vapor, which is the semigray gas. A single atmospheric window in the infrared spectrum has been assumed. In contrast to the single absolute limit of OLR found in gray atmospheres, semigray ones may also show a relative limit. This means that both finite and infinite runaway effects may arise in some semigray cases. Of particular importance is the finding of an entirely new branch of stable steady states that does not appear in gray atmospheres. This new multiple equilibrium is a consequence of the nongray absorption only. It is suspected that this new set of stable solutions has not been previously revealed in analyses of radiative–convective models since it does not appear for an atmosphere with nongray parameters similar to those for the earth’s current state

The effect of atmospheric absorption of sunlight on the runaway greenhouse point

The longwave emission of planetary atmospheres that contain a condensable absorbing gas in the infrared (i.e., longwave), which is in equilibrium with its liquid phase at the surface, may exhibit an upper bound. Here we analyze the effect of the atmospheric absorption of sunlight on this radiation limit. We assume that the atmospheric absorption of infrared radiation is independent of wavelength except within the spectral width of the atmospheric window, where it is zero. The temperature profile in radiative equilibrium is obtained analytically as a function of the longwave optical thickness. For illustrative purposes, numerical values for the infrared atmospheric absorption (i.e., greenhouse effect) and the liquid vapor equilibrium curve of the condensable absorbing gas refer to water. Values for the atmospheric absorption of sunlight (i.e., antigreenhouse effect) take a wide range since our aim is to provide a qualitative view of their effects. We find that atmospheres with a transparent region in the infrared spectrum do not present an absolute upper bound on the infrared emission. This result may be also found in atmospheres opaque at all infrared wavelengths if the fraction of absorbed sunlight in the atmosphere increases with the longwave opacity

Controlled dynamic generation of standard 1,6-hexamethylene diisocyanate aerosols

A procedure for the dynamic generation of 1,6-hexamethylene diisocyanate (HDI) aerosol atmospheres of 70 micrograms m-3 (0.01 ppm) to 1.75 mg m-3 (0.25 ppm), based on the precise control of the evaporation of pure liquid HDI and subsequent dilution with air, was developed. The apparatus consisted of a home-made glass nebulizer coupled with a separation stage to exclude non-respirable droplets (greater than 10 microns). The aerosol concentrations were achieved by passing air through the nebulizer at 1.5-4.5 l. min-1 to generate dynamically 0.01-0.25 ppm of diisocyanate in an experimental chamber of 8.55 m3. The distribution of the liquid aerosol was established with an optical counter and the diisocyanate concentration was determined from samples collected in impingers by a high-pressure liquid chromatographic method. The atmospheres generated were suitable for the evaluation both of sampling procedures full scale, and of analytical methods: at 140 micrograms m-3 (0.02 ppm) they remained stable for 15-min provocation tests in clinical asthma, as verified by breath-zone sampling of exposed patients.

The second law of thermodynamics and the global climate system : A review of the maximum entropy production principle

The long-term mean properties of the global climate system and those of turbulent fluid systems are reviewed from a thermodynamic viewpoint. Two general expressions are derived for a rate of entropy production due to thermal and viscous dissipation (turbulent dissipation) in a fluid system. It is shown with these expressions that maximum entropy production in the Earth s climate system suggested by Paltridge, as well as maximum transport properties of heat or momentum in a turbulent system suggested by Malkus and Busse, correspond to a state in which the rate of entropy production due to the turbulent dissipation is at a maximum. Entropy production due to absorption of solar radiation in the climate system is found to be irrelevant to the maximized properties associated with turbulence. The hypothesis of maximum entropy production also seems to be applicable to the planetary atmospheres of Mars and Titan and perhaps to mantle convection. Lorenz s conjecture on maximum generation of available potential energy is shown to be akin to this hypothesis with a few minor approximations. A possible mechanism by which turbulent fluid systems adjust themselves to the states of maximum entropy production is presented as a selffeedback mechanism for the generation of available potential energy. These results tend to support the hypothesis of maximum entropy production that underlies a wide variety of nonlinear fluid systems, including our planet as well as other planets and stars

Effects of convection on the removal of the multiplicity of stable states in one-dimensional vertical models

Here I develop a model of a radiative-convective atmosphere with both radiative and convective schemes highly simplified. The atmospheric absorption of radiation at selective wavelengths makes use of constant mass absorption coefficients in finite width spectral bands. The convective regime is introduced by using a prescribed lapse rate in the troposphere. The main novelty of the radiative-convective model developed here is that it is solved without using any angular approximation for the radiation field. The solution obtained in the purely radiation mode (i. e. with convection ignored) leads to multiple equilibria of stable states, being very similar to some results recently found in simple models of planetary atmospheres. However, the introduction of convective processes removes the multiple equilibria of stable states. This shows the importance of taking convective processes into account even for qualitative analyses of planetary atmosphere

States of maximum entropy production in a onedimensional vertical model with convective adjustment

We investigate the hypothesis that the atmosphere is constrained to maximize its entropy production by using a one-dimensional (1-D) vertical model. We prescribe the lapse rate in the convective layer as that of the standard troposphere. The assumption that convection sustains a critical lapse rate was absent in previous studies, which focused on the vertical distribution of climatic variables, since such a convective adjustment reduces the degrees of freedom of the system and may prevent the application of the maximum entropy production (MEP) principle. This is not the case in the radiative–convective model (RCM) developed here, since we accept a discontinuity of temperatures at the surface similar to that adopted in many RCMs. For current conditions, the MEP state gives a difference between the ground temperature and the air temperature at the surface ≈10 K. In comparison, conventional RCMs obtain a discontinuity ≈2 K only. However, the surface boundary layer velocity in the MEP state appears reasonable (≈3 m s-¹). Moreover, although the convective flux at the surface in MEP states is almost uniform in optically thick atmospheres, it reaches a maximum value for an optical thickness similar to current conditions. This additional result may support the maximum convection hypothesis suggested by Paltridge (1978)

A new maximum likelihood method for luminosity calibrations

A new statistical parallax method using the Maximum Likelihood principle is presented, allowing the simultaneous determination of a luminosity calibration, kinematic characteristics and spatial distribution of a given sample. This method has been developed for the exploitation of the Hipparcos data and presents several improvements with respect to the previous ones: the effects of the selection of the sample, the observational errors, the galactic rotation and the interstellar absorption are taken into account as an intrinsic part of the formulation (as opposed to external corrections). Furthermore, the method is able to identify and characterize physically distinct groups in inhomogeneous samples, thus avoiding biases due to unidentified components. Moreover, the implementation used by the authors is based on the extensive use of numerical methods, so avoiding the need for simplification of the equations and thus the bias they could introduce. Several examples of application using simulated samples are presented, to be followed by applications to real samples in forthcoming articles.