Modelagem e validação da hidratação de grãos de soja

Neste trabalho desenvolveu-se um modelo fenomenológico de parâmetros concentrados para a hidratação de grãos de soja, obtido a partir de um balanço de massa em regime transiente nos grãos, levando em consideração a variação do diâmetro destes ao longo do processo. Os resultados das simulações deste modelo foram comparados com as previsões de modelos empíricos encontrados em literatura. Tanto o modelo fenomenológico quanto os modelos empíricos foram validados frente a dados experimentais de hidratação de grãos de soja, obtidos neste trabalho nas temperaturas de 10, 20, 30, 42 e 49°C. Todos os modelos representaram as principais tendências do processo de hidratação, a partir do ajuste dos seus parâmetros para cada temperatura. Entretanto, o modelo fenomenológico foi o que apresentou menores desvios em relação aos dados experimentais. Adicionalmente, foi proposto um modelo fenomenológico generalizado.

Novo modelo de parâmetros concentrados aplicado à hidratação de grãos

Este trabalho apresenta um novo modelo fenomenológico de parâmetros concentrados para a hidratação de grãos de soja, obtido a partir de um balanço de massa em regime transiente nos grãos, admitindo duas hipóteses básicas: 1º) variação do volume do grão diretamente proporcional à variação da sua massa ao longo da hidratação; e 2º) variação exponencial do coeficiente de transferência de massa aparente em função da concentração de água na soja. Este modelo possui apenas dois parâmetros, os quais foram estimados a partir do ajuste deste às medidas da umidade do grão ao longo do tempo, avaliadas em várias temperaturas. Os resultados revelam que o modelo proposto é adequado, enquanto o coeficiente de transferência de massa aparente depende da temperatura e apresenta variações significativas ao longo da hidratação.

Modelagem matemática e análise da hidratação de grãos de ervilha

Desenvolveu-se um modelo matemático para estimar a concentração de água em grãos de ervilha durante sua hidratação, o qual foi obtido a partir de um balanço de massa em regime transiente, considerando-se volume constante e geometria esférica. Este modelo é representado por uma equação diferencial ordinária de primeira ordem e possui dois parâmetros: o coeficiente de transferência de massa (Ks) e a concentração de equilíbrio (ρAeq). Ambos foram ajustados numericamente tomando-se como critério a minimização da soma dos resíduos quadráticos, utilizando-se dados experimentais de hidratação de grãos de ervilha a 20, 30, 40, 50 e 60 ºC. Em todas as temperaturas, o modelo representou as principais tendências do processo de hidratação com desvios inferiores a 5%. Foi observado que Ks apresentou um comportamento segundo a equação de Arrhenius frente à temperatura, Ks = 182,8 exp (-3521/T), enquanto ρAeq permaneceu praticamente constante, obtendo-se um valor médio de 0,53 g.mL-1. Utilizando-se a correlação de Ks e assumindo-se o valor de ρAeq médio, obteve-se um modelo generalizado, o qual apresentou para todos os dados um desvio ligeiramente superior a 7%. Adicionalmente, constatou-se que a densidade dos grãos de ervilha permaneceu praticamente constante ao longo da hidratação independentemente da temperatura.

Análise energética e exergética de um ciclo rankine com aquecimento distrital : estudo de uma planta termelétrica

Este trabalho tem por objetivo simular e analisar uma usina termelétrica a carvão em várias condições de funcionamento. A usina simulada neste trabalho é a AVV 1 localizada em Copenhague, Dinamarca. A AVV 1 é uma usina de geração de potência e aquecimento distrital que pode funcionar em várias condições de carga. A simulação da usina supracitada foi tema de um concurso de simuladores proposto no congresso ECOS 2003 realizado em Copenhague, Dinamarca. Para a realização deste trabalho foi construído um programa na linguagem FORTRAN 90. Cada componente da usina é modelado através de equações de balanço de massa e energia, e o sistema completo tem sua solução obtida pelo método de substituição sucessiva. Para viabilizar essa solução é necessário também implementar uma rotina de cálculo de propriedades do fluido de trabalho. No caso estudado, o fluido de trabalho da usina é a água e a formulação utilizada para o cálculo de suas propriedades nos diversos estados é a IAPWS IF-97. A usina é simulada em dois modos de operação: modo de condensação, onde ocorre apenas geração de eletricidade, e em modo de contrapressão, onde há geração de eletricidade e aquecimento distrital, conforme nomenclatura sugerida pela organização do concurso No modo de condensação, são feitas quatro séries de simulações variando a carga de 100% a 40%. Cada série contém um conjunto de hipóteses quanto à variação das eficiências isoentrópicas e pressões das turbinas em função da vazão mássica. No modo de contrapressão, a usina é simulada funcionando com 100% da carga. O programa desenvolvido calcula as propriedades para qualquer ponto de trabalho ao longo da planta, assim como a eficiência da mesma, a potência gerada, e todas as vazões mássicas pertinentes. Além disso, é feita também uma análise exergética da planta. A simulação demonstrou que a planta possui uma eficiência global de 42,02% com uma geração de 250,2 MW em 100% de carga no modo de condensação. Nessas mesmas condições, do ponto de vista exergético, a eficiência encontrada é de 37,21%. No modo de contrapressão, a usina apresenta uma eficiência exergética de 40,19% com um aproveitamento energético de 90,55%. Por fim, é possível também verificar a comportamento da eficiência da planta e a variação de água de resfriamento do condensador com a carga. Os resultados gerados são próximos àqueles encontrados pelos diversos pesquisadores que abordaram o problema.

Qualidade da água de uma bacia hidrográfica inserida na Reserva da Biosfera da Mata Atlântica, Maquiné, Rio Grande do Sul, Brasil

O presente trabalho visa avaliar a qualidade da água da bacia hidrográfica do rio Maquiné (BHRM), região pertencente à bacia hidrográfica do rio Tramandaí, inserida na Reserva da Biosfera da Mata Atlântica. Com área de 550 km2, a BHRM é considerada uma das regiões em melhor estado de conservação da Mata Atlântica para o Estado do Rio Grande do Sul. Apesar disso, sofre influência antrópica de atividade agrícola, criação de animais e falta de saneamento básico. Para a avaliação da qualidade dos recursos hídricos, foram selecionados 7 pontos georeferenciados, onde foram obtidos dados de vazão, potencial hidrogeniônico (pH), condutividade, Oxigênio Dissolvido, Coliformes Fecais, Demanda Bioquímica de Oxigênio em 5 dias (DBO5), Fosfato total, Nitrato, Turbidez, Sólidos totais, SiO2, Fe, Cd, Hg, Zn e Cu, nos períodos de inverno (14/08/2001), primavera (15/10/2001), verão (06/01/2002) e outono (13/05/2002). Os resultados foram comparados com os limites estabelecidos pela Portaria nº1469/2000 da FUNASA e Resolução CONAMA nº20/1986. Para a avaliação da água para consumo humano, foi utilizado o Índice de Qualidade da Água, proposto pela NSF e adotado pela CETESB. No período amostrado a água encontrava-se com boa e ótima qualidade. Os principais responsáveis pela perda da qualidade da água foram Coliformes Fecais, DBO5, Fosfato total e Sólidos totais. Utilizando-se os dados do clima, obtidos da FEPAGRO/Maquiné, foi calculado o Balanço Hídrico na região, que indicou não haver estresse hídrico. Para conhecimento do aporte de metais no sistema fluvial, o Balanço de Massa foi calculado, indicando haver contribuição antrópica de Cu e Zn. Através da análise estatística ficou evidente a influência da sazonalidade sobre os resultados obtidos. As entrevistas à população demonstraram a falta de saneamento básico, incluindo o tratamento da água para consumo, bem como a contaminação humana por agrotóxicos e a falta de informações sobre os sintomas das doenças relacionadas. Por sua vez, pelos resultados obtidos, os trabalhos de Educação Ambiental desenvolvidos na região demonstram ser positivos, no que diz respeito aos usos da água e à contaminação por agrotóxicos.

Reaproveitamento de águas e efluentes inorgânicos de uma indústria petroquímica

A escassez de água, o alto custo do tratamento de efluentes e a iminente cobrança pelo uso e descarte da água vêm preocupando a sociedade e incentivando pesquisas na área de otimização do uso da água e minimização de efluentes. O setor industrial é um dos setores que mais tem se preocupado e se empenhado em encontrar soluções para este problema, pois vivencia os dois problemas ao mesmo tempo, a alta demanda de água e o tratamento dos efluentes gerados. É neste contexto que este trabalho se insere, através de um estudo de caso na Companhia Petroquímica do Sul (Copesul), mais especificamente no setor de utilidades. Neste estudo, foi feita uma análise dos principais processos envolvidos, desde a captação da água até seus consumidores finais, para a identificação da demanda de água e dos locais com maior potencial de reaproveitamento. Para tanto, foi necessária a realização de um balanço hídrico da unidade de tratamento de água usando combinações de dados de planta, estimativas e medições em campo, que foram ajustados através de reconciliação de dados. Os resultados obtidos para esta primeira etapa foram satisfatórios, obtendo uma redução do consumo de água estimada em 40 m3.h-1 e economia anual com o tratamento da água e efluentes de aproximadamente R$ 80.000,00. Também foram apresentadas duas propostas de configurações na planta para a aplicação destas alternativas de reaproveitamento. Numa segunda etapa, realizou-se um balanço de massa e energia para a torre de resfriamento, objetivando reduzir tanto o consumo de água de reposição como o descarte de efluente. O potencial de redução obtido na taxa volumétrica de purga do sistema, considerando apenas o efeito evaporativo e estado estacionário, foi estimado em 20 %. As iniciativas de reuso das águas de lavagem e enxágüe dos equipamentos, bem como da otimização do sistema de resfriamento, conduzem a uma redução da demanda de água e da geração de efluentes, trazendo benefícios econômicos e ambientais para a indústria.

Simulador em regime transiente de alguns equipamentos de um ciclo de Rankine regenerativo

Este trabalho apresenta um modelamento computacional dos diversos componentes de um ciclo de Rankine regenerativo em operação transiente, utilizando as leis fundamentais de balanço de massa e energia, além de algumas equações constitutivas. O cálculo das propriedades termodinâmicas foi realizado através de rotinas desenvolvidas no Grupo de Estudos Térmicos e Energéticos (GESTE) da UFRGS. Os componentes com comportamento inercial são o condensador e o tanque de água de alimentação. Os demais respondem instantaneamente. O método de solução das equações algébricas é seqüencial e o avanço no tempo é totalmente implícito. Primeiramente o sistema é colocado em regime permanente, a partir do qual é introduzida uma mudança de carga na turbina em um determinado intervalo de tempo. Algumas variáveis prescritas foram obtidas a partir de dados reais de uma usina termelétrica. A partir desse modelamento foi possível investigar o comportamento dinâmico do condensador e do tanque de alimentação e de que maneira estes efeitos eram percebidos pelos demais componentes. Os resultados obtidos demonstram que ambos possuem um comportamento dinâmico, sendo que o condensador apresenta uma constante de tempo menor que o tanque de alimentação. O condensador, por rejeitar o calor necessário, acaba por perceber rapidamente as oscilações introduzidas no ciclo Além disto é apresentado um método para determinação de coeficientes globais de troca térmica em condensadores e regeneradores. Os resultados obtidos neste trabalho foram utilizados na modelagem desses componentes durante a construção de um simulador em regime permanente da UTE Presidente Médici - Fase B. Também foi realizada uma pesquisa sobre os diversos programas simuladores de plantas de potência, assim como uma discussão das vantagens introduzidas por simuladores dinâmicos e em regime permanente nas decisões de engenharia.

Equações fundamentais da termodinâmica

Apresenta as equações fundamentais da termodinâmica, considerando escoamento unidirecional, onde se conhecem as propriedades cinéticas e dinâmicas do fluido. Apresenta a lei da conservação de massa, expressa pela equação da continuidade e a equação de conservação de energia. Demonstra a aplicação das equações de balanço de massa e energia para bocais, processos de estrangulamento, turbinas, compressores e ejetores. Apresenta equações de eficiência para turbinas e compressores.

Pirólise termoquímica de pós da fibra de coco seco em um reator de cilindro rotativo para produção de bio-óleo

This master thesis aims at developing a new methodology for thermochemical degradation of dry coconut fiber (dp = 0.25mm) using laboratory rotating cylinder reactor with the goal of producing bio-oil. The biomass was characterized by infrared spectroscopy with Fourier transform FTIR, thermogravimetric analysis TG, with evaluation of activation energy the in non-isothermal regime with heating rates of 5 and 10 °C/min, differential themogravimetric analysis DTG, sweeping electron microscopy SEM, higher heating value - HHV, immediate analysis such as evaluated all the amounts of its main constituents, i.e., lignin, cellulose and hemicelluloses. In the process, it was evaluated: reaction temperature (450, 500 and 550oC), carrier gas flow rate (50 and 100 cm³/min) and spin speed (20 and 25 Hz) to condensate the bio-oil. The feed rate of biomass (540 g/h), the rotation of the rotating cylinder (33.7 rpm) and reaction time (30 33 min) were constant. The phases obtained from the process of pyrolysis of dry coconut fiber were bio-oil, char and the gas phase non-condensed. A macroscopic mass balance was applied based on the weight of each phase to evaluate their yield. The highest yield of 20% was obtained from the following conditions: temperature of 500oC, inert gas flow of 100 cm³/min and spin speed of 20 Hz. In that condition, the yield in char was 24.3%, non-condensable gas phase was 37.6% and losses of approximately 22.6%. The following physicochemical properties: density, viscosity, pH, higher heating value, char content, FTIR and CHN analysis were evaluated. The sample obtained in the best operational condition was subjected to a qualitative chromatographic analysis aiming to know the constituents of the produced bio-oil, which were: phenol followed by sirigol, acetovanilona and vinyl guaiacol. The solid phase (char) was characterized through an immediate analysis (evaluation of moisture, volatiles, ashes and fixed carbon), higher heating value and FTIR. The non-condensing gas phase presented as main constituents CO2, CO and H2. The results were compared to the ones mentioned by the literature.

Extração e pré-tratamento químico de frutanos de Yacon, Polymnia sonchifolia

O processo de desintegração de tubérculos de yacon promove a incorporação de oxigênio que favorece a oxidação de compostos fenólicos e decorrente contaminação do extrato aquoso com cores e odores objetáveis que prejudicam a sua utilização. Este estudo buscou verificar uma metodologia simplificada de extração dos carboidratos presentes nos tubérculos de yacon e efetuar uma primeira remoção de resíduos e compostos originários das cores e odores indesejáveis, utilizando processos de coagulação e precipitação, aplicando tecnologias de baixo custo. Após a etapa de trituração e remoção dos restos celulares, o extrato teve seu pH aumentado para 9,5 e a temperatura para 90ºC, seguido de sedimentação. A remoção deste precipitado foi realizada por filtração em papel após a coagulação com diferentes concentrações de sulfato de alumínio comercial. Verificou-se que a melhor concentração de coagulante no extrato foi de 100ppm, removendo 90,6% dos compostos coloridos. O balanço de massa mostrou uma recuperação de 47,5% dos sólidos totais sendo que 35,6% estão na forma de carboidratos, verificado através da concentrção de carbono orgânico. O processo de pré-tratamento químico causou hidrólise nos oligofrutanos, detectado por um aumento na concentração de açúcares redutores totais, diretamente proporcional à concentração de sulfato de alumínio utilizado no tratamento de coagulação. Análises cromatográficas indicaram o perfil dos açúcares no hidrolisado e a extensão desta hidrólise que foi considerada pequena. A metodologia aplicada mostrou-se fácil, de baixo custo, eficiente e aplicável em agroindústrias nas zonas produtoras desta espécie de raiz tropical.

Simulação computacional do escoamento em bombas de cavidades progressivas

The use of Progressing Cavity Pumps (PCPs) in artificial lift applications in low deep wells is becoming more common in the oil industry, mainly, due to its ability to pump heavy oils, produce oil with large concentrations of sand, besides present high efficiency when compared to other artificial lift methods. Although this system has been widely used as an oil lift method, few investigations about its hydrodynamic behavior are presented, either experimental or numeric. Therefore, in order to increase the knowledge about the BCP operational behavior, this work presents a novel computational model for the 3-D transient flow in progressing cavity pumps, which includes the relative motion between rotor and stator, using an element based finite volume method. The model developed is able to accurately predict the volumetric efficiency and viscous looses as well as to provide detailed information of pressure and velocity fields inside the pump. In order to predict PCP performance for low viscosity fluids, advanced turbulence models were used to treat, accurately, the turbulent effects on the flow, which allowed for obtaining results consistent with experimental values encountered in literature. In addition to the 3D computational model, a simplified model was developed, based on mass balance within cavities and on simplification on the momentum equations for fully developed flow along the seal region between cavities. This simplified model, based on previous approaches encountered in literature, has the ability to predict flow rate for a given differential pressure, presenting exactness and low CPU requirements, becoming an engineering tool for quick calculations and providing adequate results, almost real-time time. The results presented in this work consider a rigid stator PCP and the models developed were validated against experimental results from open literature. The results for the 3-D model showed to be sensitive to the mesh size, such that a numerical mesh refinement study is also presented. Regarding to the simplified model, some improvements were introduced in the calculation of the friction factor, allowing the application fo the model for low viscosity fluids, which was unsuccessful in models using similar approaches, presented in previous works

Avaliacao de dados de secagem de suspensoes de polpas de frutas em leito de jorro com alimentacao intermitente

The objective of this work was the development and improvement of the mathematical models based on mass and heat balances, representing the drying transient process fruit pulp in spouted bed dryer with intermittent feeding. Mass and energy balance for drying, represented by a system of differential equations, were developed in Fortran language and adapted to the condition of intermittent feeding and mass accumulation. Were used the DASSL routine (Differential Algebraic System Solver) for solving the differential equation system and used a heuristic optimization algorithm in parameter estimation, the Particle Swarm algorithm. From the experimental data food drying, the differential models were used to determine the quantity of water and the drying air temperature at the exit of a spouted bed and accumulated mass of powder in the dryer. The models were validated using the experimental data of drying whose operating conditions, air temperature, flow rate and time intermittency, varied within the limits studied. In reviewing the results predicted, it was found that these models represent the experimental data of the kinetics of production and accumulation of powder and humidity and air temperature at the outlet of the dryer

Conversão catalítica de clorometano em hidrocarbonetos

Amorphous silica-alumina and modified by incipient impregnation of iron, nickel, zinc and chromium were synthetized in oxide and metal state and evaluated as catalysts for the chloromethane conversion reaction. With known techniques their textural properties were determined and dynamics techniques in programmed temperature were used to find the acid properties of the materials. A thermodynamic model was used to determine the adsorption and desorption capacity of chloromethane. Two types of reactions were studied. Firstly the chloromethane was catalytically converted to hydrocarbons (T = 300 450 oC e m = 300 mg) in a fixed bed reactor with controlled pressure and flow. Secondly the deactivation of the unmodified support was studied (at 300 °C and m=250 g) in a micro-adsorver provided of gravimetric monitoring. The metal content (2,5%) and the chloromethane percent of the reagent mixture (10% chloromethane in nitrogen) were fixed for all the tests. From the results the chloromethane conversion and selectivity of the gaseous products (H2, CH4, C3 and C4) were determined as well as the energy of desorption (75,2 KJ/mol for Ni/Al2O3-SiO2 to 684 KJ/mol for the Zn/Al2O3-SiO2 catalyst) considering the desorption rate as a temperature function. The presence of a metal on the support showed to have an important significance in the chloromethane condensation. The oxide class catalyst presented a better performance toward the production of hydrocarbons. Especial mention to the ZnO/Al2O3-SiO2 that, in a gas phase basis, produced C3 83 % max. and C4 63% max., respectively, in the temperature of 450 oC and 20 hours on stream. Hydrogen was produced exclusively in the FeO/Al2O3-SiO2 catalysts (15 % max., T = 550 oC and 5,6 h on stream) and Ni/SiO2-Al2O3 (75 % max., T = 400 oC and 21,6 h on stream). All the catalysts produced methane (10 à 92 %), except for Ni/Al2O3-SiO2 and CrO/Al2O3-SiO2. In the deactivation study two models were proposed: The parallel model, where the product production competes with coke formation; and the sequential model, where the coke formation competes with the product desorption dessorption step. With the mass balance equations and the mechanism proposed six parameters were determined. Two kinetic parameters: the hydrocarbon formation constant, 8,46 10-4 min-1, the coke formation, 1,46 10-1 min-1; three thermodynamic constants (the global, 0,003, the chloromethane adsorption 0,417 bar-1, the hydrocarbon adsorption 2,266 bar-1), and the activity exponent of the coke formation (1,516). The model was reasonable well fitted and presented a satisfactory behavior in relation with the proposed mechanism

A influência da poluição difusa e do regime hidrológico peculiar do semiárido na qualidade da água de um reservatório tropical

In semiarid region of northeast Brazil, the majority of reservoirs used for public supply has suffered degradation of water quality affected by diffuse pollution from agricultural and livestock areas of the watershed and by hydrologic regime peculiar to the region, characterized by a rainy season with higher volumes stored in reservoirs and a dry season with a reduction in water level due to high evaporation and increase of eutrophication. The Dourado reservoir, located in Currais Novos city, semiarid region of Rio Grande do Norte state, is one example of a water supply reservoir that can have degradation of water quality and impracticability of their use, due to the high external input of nutrients from non-point sources of watershed during the rainy season and increasing of eutrophication due to decrease the stored volume during the dry period. This study aimed to investigate and quantify diffuse pollution and the hydrologic regime of semiarid region in order to establish standards regarding the water quality of Dourado reservoir. The study period was between the months of May 2011 to March 2012. The diffuse pollution was quantified in terms of watershed from the mass balance of phosphorus in the reservoir, as in relation to areas under different types of land use within the riparian zone of the reservoir from the assessment of soil chemical properties and losses of phosphorus in each area. The influence of hydrological regime on water quality of the reservoir was evaluated from the monthly monitoring of the morphometric, meteorological and limnological features throughout the study period. The results showed that the reservoir has received a high load of phosphorus coming from the drainage basin and presents itself as a system able to retain some of that load tributary, giving an upward trend of the eutrophication process. Diffuse pollution by nutrients from areas under different types of land use within the riparian zone of the reservoir was higher in areas under the influence of livestock, being this area considered a potential diffuse source of nutrients to the reservoir. Regarding the water regime during the rainy season the reservoir was characterized by high concentrations of nutrients and small algal biomass, while in the dry season the reduction of volume and increase of the water retention time of the reservoir, contributing to the excessive growth algal biomass, favoring an increase in eutrophication and deterioration of water quality. In synthesis the water quality of Dourado reservoir is directed by diffuse pollution coming from the drainage basin and the hydrological regime of the peculiar semiarid region, where the rainy season is characterized by high input of allochthonous compounds from the tributaries and erosion of the soil in the reservoir riparian zone, and the dry season characterized by reducing the storage volume due to high evaporation, high residence time of water and consequent degradation of water quality due to the increase of eutrophication process

PROCESSAMENTO INDUSTRIAL DE FÉCULA DE MANDIOCA E BATATA DOCE - UM ESTUDO DE CASO

A indústria de amido vem crescendo e se aperfeiçoando nos últimos anos, levando à necessidade de produtos com características específicas que atendam as exigências do mercado, o que possibilita o processamento de matérias-primas amiláceas ainda pouco exploradas. O trabalho teve como objetivo analisar o processamento industrial de fécula de mandioca e batata doce. Através da análise da composição da raiz, fécula e bagaço, bem como do balanço de massa dos processos, objetivou-se estabelecer a eficiência de uma planta industrial de processamento de mandioca, para a obtenção de fécula de batata doce. Os resultados demonstraram que a fécula de batata doce obtida está dentro dos limites da legislação brasileira e que parte do amido não foi extraído no processamento, sendo gerado um bagaço com 79,94 % de amido e com composição semelhante ao gerado no processamento de mandioca que contém em média 80 % de amido. A comparação dos balanços de massa demonstrou uma menor eficiência da planta no processamento da batata doce (18,3% de rendimento), quando comparado com o de mandioca (25,5% de rendimento) com umidade de 13,75 % e 12,3 %, respectivamente, na fécula. A retenção de amido no bagaço indicou deficiência no processo industrial de extração independentemente da matéria-prima.