Meios granulares e experimentos simples para a sala de aula

Nos últimos anos houve um grande aumento da atividade experimental e teórica no estudo das propriedades dos materiais granulares. Este artigo apresenta uma breve revisão da literatura sobre este tema e sugere experimentos simples que o professor de física pode fazer ou sugerir aos seus estudantes.

Resíduos e subprodutos agroindustriais e grãos como substratos para produção do fungo entomapatogênico Lecanicillium lecanii

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Simulação de colunas de destilação de elevada eficiência energética

A destilação é o principal processo de separação usado nas indústrias químicas para separação de misturas líquidas, e apesar de ser um processo muito intensivo energeticamente continua hoje em dia a ser o processo de separação preferencial. O largo impacto dos processos de destilação nos custos de investimento e operação tem impulsionado o desenvolvimento de sistemas complexos de destilação, cuja principal finalidade consiste na otimização energética do processo de separação. No âmbito do estudo da utilização de colunas de elevada eficiência energética para separações multicomponente através da simulação de processos, o presente trabalho foca-se na compreensão, análise e avaliação da Coluna de Petlyuk, sistema de colunas com acoplamento térmico integral (FTCDC), inicialmente introduzida na década de 1940, com um reportado potencial para poupanças energéticas até cerca de 30% relativamente ao sistema tradicional. Para a simulação dos sistemas em estudo foi usado o software de simulação de processos HYSYS, cuja aplicação é desenvolvida e analisada no decurso deste trabalho, o qual é dividido em três partes principais: implementação dos processos em HYSYS para simulação rigorosa em modo de estado estacionário, otimização e simulação dinâmica e controlo. A primeira parte diz respeito ao design dos sistemas e âmbito de aplicação do HYSYS nesta etapa. Através do estudo da separação de mistura ternária equimolar de isómeros de butanol, é apresentado um procedimento de implementação do sistema FTCDC e avaliados os resultados de simulação rigorosa fazendo a sua comparação com os resultados obtidos para o sistema tradicional. A segunda parte é dedicada à otimização de ambos os sistemas, FTCDC e tradicional, cujos estudos se baseiam na simulação em estado estacionário. O elevado número de variáveis de design do sistema FTCDC pode conduzir a tedioso e moroso trabalho de simulação. Neste trabalho são aplicadas metodologias de desenho de experiências na otimização do sistema FTCDC, as quais permitiram uma significativa redução o número de simulações a executar, sendo o procedimento de otimização, baseado no procedimento de desenhos de experiências, desenvolvido ao longo desta parte. Os resultados de otimização de ambos os sistemas são avaliados e comparados. A última parte deste trabalho debruça-se sobre o tema da operabilidade dos sistemas, avaliada através da simulação dinâmica dos mesmos e avaliação da estrutura de controlo implementada. A simulação dinâmica de processos, baseada em modelos dinâmicos, permite melhorar o seu design, otimização e operação, cujos resultados traduzirão de uma forma mais realística o desempenho do processo desenhado, uma vez que estes nunca se encontram num verdadeiro estado estacionário. Nesta parte é apresentado o procedimento de implementação da simulação dinâmica de ambos os sistemas, no qual se inclui a definição da configuração de controlo para cada um destes. Através dos resultados de simulação dinâmica de ambos os sistemas é avaliado o seu design e respetiva estrutura de controlo.

Simulação de processos de adsorção recorrendo ao Aspen Chromatography

As operações de separação por adsorção têm vindo a ganhar importância nos últimos anos, especialmente com o desenvolvimento de técnicas de simulação de leitos móveis em colunas, tal como a cromatografia de Leito Móvel Simulado (Simulated Moving Bed, SMB). Esta tecnologia foi desenvolvida no início dos anos 60 como método alternativo ao processo de Leito Móvel Verdadeiro (True Moving Bed, TMB), de modo a resolver vários dos problemas associados ao movimento da fase sólida, usuais nestes métodos de separação cromatográficos de contracorrente. A tecnologia de SMB tem sido amplamente utilizada em escala industrial principalmente nas indústrias petroquímica e de transformação de açúcares e, mais recentemente, na indústria farmacêutica e de química fina. Nas últimas décadas, o crescente interesse na tecnologia de SMB, fruto do alto rendimento e eficiente consumo de solvente, levou à formulação de diferentes modos de operação, ditos não convencionais, que conseguem unidades mais flexíveis, capazes de aumentar o desempenho de separação e alargar ainda mais a gama de aplicação da tecnologia. Um dos exemplos mais estudados e implementados é o caso do processo Varicol, no qual se procede a um movimento assíncrono de portas. Neste âmbito, o presente trabalho foca-se na simulação, análise e avaliação da tecnologia de SMB para dois casos de separação distintos: a separação de uma mistura de frutose-glucose e a separação de uma mistura racémica de pindolol. Para ambos os casos foram considerados e comparados dois modos de operação da unidade de SMB: o modo convencional e o modo Varicol. Desta forma, foi realizada a implementação e simulação de ambos os casos de separação no simulador de processos Aspen Chromatography, mediante a utilização de duas unidades de SMB distintas (SMB convencional e SMB Varicol). Para a separação da mistura frutose-glucose, no quediz respeito à modelização da unidade de SMB convencional, foram utilizadas duas abordagens: a de um leito móvel verdadeiro (modelo TMB) e a de um leito móvel simulado real (modelo SMB). Para a separação da mistura racémica de pindolol foi considerada apenas a modelização pelo modelo SMB. No caso da separação da mistura frutose-glucose, procedeu-se ainda à otimização de ambas as unidades de SMB convencional e Varicol, com o intuito do aumento das suas produtividades. A otimização foi realizada mediante a aplicação de um procedimento de planeamento experimental, onde as experiências foram planeadas, conduzidas e posteriormente analisadas através da análise de variância (ANOVA). A análise estatística permitiu selecionar os níveis dos fatores de controlo de modo a obter melhores resultados para ambas as unidades de SMB.

Desenvolvimento de membranas catalíticas poliméricas para a metanólise de ácidos gordos

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica

Simulação da secção de recuperação de solvente do processo de produção do PEAD

A presente dissertação foi realizada no âmbito de um estágio curricular no complexo petroquímico da Repsol Polímeros em Sines e teve como objectivo implementar uma simulação da secção de recuperação de solvente da unidade de produção de PEAD. A simulação foi realizada através do software Aspen Hysys (v. 7.3) e posteriormente validada, onde se verificou uma boa correspondência entre o comportamento simulado e o do processo industrial. Após validação, com o intuito de analisar a resposta do sistema a alterações processuais, foram elaborados dois casos de estudo: Alteração do comonómero para 1-hexeno e substituição do n-hexano para n-pentano como solvente. No primeiro caso de estudo foram encontrados problemas na purificação do solvente. A separação da mistura n-hexano/1-hexeno foi estudada por destilação convencional e extractiva (com adição de n-metil-2-pirrolidona). Por destilação convencional não foi possível separar completamente os dois compostos, mas foi conseguida a condição mínima requerida pelas limitações do processo, de um caudal de 10 ton/h de hexano na corrente de topo, juntamente com os 700 kg/h de comonómero, com uma coluna a operar a 110 kPa, com 130 pratos e cuja alimentação entrava no 5º andar. A destilação extractiva revelou-se o método mais eficaz, conseguindo-se separar completamente as duas espécies através de uma coluna de destilação com 10 pratos a 110 kPa com a alimentação e solvente a entrar respectivamente no 4º e 5º andar. Para remoção do agente extractivo, cada uma das correntes sofre outra destilação. No segundo caso de estudo verificou-se que a secção simulada com pentano apresenta temperaturas de operação inferiores, o que por um lado vai diminuir o consumo de vapor de média e de alta pressão, mas por outro aumenta a 47992% a utilização de brine. Desta forma, atendendo ao custo elevado desta utilidade, a substituição não apresenta clara vantagem energética ao processo.

Possibilidade de transmissão de Fusarium solani f.sp. glycines, agente causal da podridão vermelha da raiz da soja, através da semente

Um isolado de Fusarium solani f.sp. glycines, coletado em plantas de soja (Glycine max) na região de Cruz Alta - RS, foi utilizado em experimentos conduzidos com o objetivo de avaliar a possibilidade de a semente ser um veículo eficiente de disseminação da podridão vermelha da raiz na cultura da soja. A transferência de propágulos do patógeno para sementes de soja, armazenada durante um, seis e 12 meses, foi realizada através da mistura de grãos de sorgo (Sorghum bicolor), solo e resíduos de colheita, previamente esterilizados e posteriormente infetados, em condições de laboratório, com F. solani f.sp. glycines. As evidências de que sementes de soja podem ser uma das fontes de inóculo primário de Podridão Vermelha da Raiz relacionaram-se à presença de clamidósporos aderidos externamente às sementes, após seis meses de armazenamento. As sementes apresentando crescimento do fungo após 12 meses de armazenamento, um mínimo de 75 unidades formadoras de colônias/ml removidas do tegumento das sementes de soja e plântulas formadas a partir das sementes infetadas após 12 meses de armazenamento mostrando sintomas da doença.

Compostos voláteis de três cultivares de manga (Mangifera indica L.)

Os compostos voláteis de três cultivares de manga (Haden, Tommy-Atkins e Keitt) procedentes do Estado de São Paulo, foram isolados por uma técnica de headspace dinâmico, envolvendo sucção em polímero poroso. A separação da mistura complexa de voláteis foi efetuada por cromatografia gasosa de alta resolução. Alguns compostos voláteis foram identificados por cromatografia gasosa-espectrometria de massas e índices de Kovats. Os hidrocarbonetos monoterpênicos foram os compostos mais abundantes no headspace das amostras. Car-3-eno foi o componente majoritário dos cultivares Haden e Keitt, enquanto a Tommy-Atkins mostrou predominância de car-3-eno e alfa-pineno. Outros compostos identificados foram alfa-fencheno, alfa-canfeno, p-cimeno, beta-mirceno, beta-felandreno, limoneno, alfa-terpinoleno, beta-cariofileno e alfa-humuleno. Os três lotes analisados para cada cultivar mostraram grande homogeneidade, não havendo diferença significativa ao nível de 5%.

Caracterização da matéria-prima cerâmica da Mina Tabajara (Limeira, SP)

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Comparação entre planejamento estatístico experimental e análise dimensional em operações de mistura e separação para sistema óleo-água

This work aims to determine a better methodology to help predicting some operational parameters to a new design of mixer-settler on treating wastewater produced by petroleum industry, called MDIF (Misturador-Decantador à Inversão de Fases/ Mixer-Settler based on Phase Inversion MSPI). The data from this research were obtained from the wastewater treatment unit, called MSPI-TU, installed on a wastewater treatment plant (WTP) of PETROBRAS/UO-RNCE. The importance in determining the better methodology to predict the results of separation and extraction efficiency of the equipment, contributes significantly to determine the optimum operating variables for the control of the unit. The study was based on a comparison among the experimental efficiency (E) obtained by operating MSPI-TU, the efficiency obtained by experimental design equation (Eplan) from the software Statistica Experimental Design® (version 7.0), and the other obtained from a modeling equation based on a dimensional analysis (Ecalc). The results shows that the experimental design equation gives a good prediction of the unit efficiencies with better data reliability, regarding to the condition before a run operation. The average deviation between the proposed by statistic planning model equation and experimental data was 0.13%. On the other hand, the efficiency calculated by the equation which represents the dimensional analysis, may result on important relative deviations (up 70%). Thus, the experimental design is confirmed as a reliable tool, with regard the experimental data processing of the MSPI-TU

Simulação tridimensional adaptativa da separação das fases de uma mistura bifásica usando a equação de Cahn-Hilliard

Simulamos a separação dos componentes de uma mistura bifásica com a equação de Cahn-Hilliard. Esta equação contém intrincados termos não lineares e derivadas de alta ordem. Além disso, a delgada região de transição entre os componentes da mistura requer muita resolução. Assim, determinar a solução numérica da equação de Cahn-Hilliard não é uma tarefa fácil, principalmente em três dimensões. Conseguimos a resolução exigida no tempo usando uma discretização semi-implícita de segunda ordem. No espaço, obtemos a precisão requerida utilizando malhas refinadas localmente com a estratégia AMR. Essas malhas se adaptam dinamicamente para recobrir a região de transição. O sistema linear proveniente da discretização é solucionado por intermédio de técnicas multinível-multigrid.

Reconfiguração das colunas de separação de xilenos

Mestrado em Engenharia Química. Ramo optimização energética na indústria química

Valorização de pilhas domésticas esgotadas: separação e recuperação de metais, por extracção com solventes

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Sanitária

Separação de dados hiperespectrais por análise de componentes dependentes

A separação de dados hiperespectrais pretende determinar quais as substâncias presentes numa imagem e quais as suas concentrações em cada pixel. Esta comunicação apresenta um método não-supervisionado, denominado de Análise de Componentes Dependentes (DECA), que efectua a separação destes dados automaticamente. Este método assume que cada pixel é uma mistura linear das assinaturas (reflectâncias ou radiâncias) das substâncias presentes pesadas pelas respectivas concentrações (abundâncias). Estas abundâncias são modeladas por misturas de distribuições de Dirichlet, que por si garantem as restrições de não-negatividade e soma unitária impostas pelo processo de aquisição. A matriz de assinaturas é estimada por um algoritmo Esperança-Maximização generalizado (GEM). O método DECA tem um desempenho melhor que os métodos baseados em análise de componentes independentes e que os métodos baseados na geometria dos dados. Nesta comunicação apresentam-se resultados desta metodologia, com dados simulados (baseados em reflectâncias espectrais da base de dados do laboratório USGS) e com dados hiperespectrais reais adquiridos pelo sensor AVIRIS, ilustrando a potencialidade da técnica.

Mingau de arroz e soja pronto para consumo

Com o objetivo de estudar um mingau pronto para consumo com boas características sensoriais e estabilidade coloidal aparente, foi preparada uma mistura de arroz e soja em diferentes proporções, considerando as seguintes etapas de processamento: decorticagem dos grãos de soja, branqueamento, desintegração e homogeneização do arroz e soja. Os mingaus formulados foram avaliados sensorialmente e analisados quanto à composição centesimal, mineral e índice de separação. Os mingaus formulados com 80:20, 70:30 e 60:40% de arroz:soja foram os de melhor aparência, sabor e textura. Entretanto, quando os mesmos foram aromatizados com baunilha, os mingaus com 30 e 40% de soja foram os preferidos, e quando com coco, apenas o mingau com 40% de soja foi o preferido pela equipe massal de provadores. Esses mingaus formulados apresentam excelente estabilidade coloidal aparente e boa composição em minerais.