Navegando por Orientador "Poço, João Guilherme Rocha"

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Avaliação de um sistema para controle de temperatura em um reator de polimerização de resinas acrílicas
(2023-06-15) Batista, Denise Faria Devides; Soares, Emilly Santos ; Lima, Gabriela Pereira ; Reis, Natalia Martins dos
O mercado de tintas e vernizes atualmente está em expansão e vem utilizando tecnologias de ponta em seus processos industriais, a fim de atender as exigências do fornecimento de produtos com melhor qualidade. Uma das matérias-primas deste mercado é o polimetacrilato de metila (PMMA), que vem sendo utilizado devido suas propriedades químicas e mecânicas. O processo de polimerização do PMMA da planta industrial deste estudo é realizado em um reator semi-batelada, cuja reação acontece de maneira exotérmica e é conduzida em solução aplicando o xilol como solvente e o peróxido de benzoíla como iniciador da polimerização. Logo, é importante que essas indústrias implementem um sistema de controle de temperatura para manter as condições de processos, visando assegurar as propriedades do polímero. No entanto, o controle existente possui a possibilidade de ser aprimorado e à vista disso, com os dados reais de uma planta que produz o PMMA, este trabalho propõe avaliar e aperfeiçoar o controle das condições de operação, melhorando a velocidade e a eficiência de resposta do controlador. Para isto, elaborou-se o modelo matemático dinâmico que contempla a cinética, os balanços de massa e de energia desse sistema, onde a simulação foi realizada com o auxílio do software Matlab. Por intermédio dos resultados obtidos do modelo matemático, considerando o processo isotérmico, destacou-se a influência da temperatura do meio reacional e as vantagens de se operar próximo de 116 °C, como por exemplo, o grau de conversão esperado e a velocidade de adição próxima à velocidade de consumo. No balanço de energia foi determinado os parâmetros do coeficiente de película de transferência de calor interno e externo para estimar o coeficiente global de troca térmica, obtendo-se o valor de aproximadamente 1,2 kW/(m².K). Então, foi possível avaliar a importância do óleo térmico para o processo, visto que ele desempenha um papel fundamental no controle da temperatura. Em condições elevadas de temperatura do óleo térmico, observou-se um maior consumo e uma alta conversão no processo. Ademais, o modelo matemático foi validado com os dados reais da planta, assegurando a avaliação do sistema de controle de temperatura a partir das ações proporcional e integral (PI), e sendo utilizada a sintonia pelo método de síntese direta. O controlador proposto demonstrou uma estabilidade superior ao controle atual da planta, alcançando o setpoint de 116 °C com menor tempo de resposta, sem oscilações e overshoot.
Estudo da extração do óleo de microalgas para aplicação na produção de biodiesel
(2022-06-10) Kramer, Christian Leonard; Santos, David da Silva; Guerrero, Fernanda Marcílio; Varela, Gabriel Andrino de Oliveira
Atualmente, sabe-se que a importância de reduzir as emissões de gases poluentes tem se tornado cada vez mais presente no mundo, e com isso, a redução de resíduos para frear o aumento do efeito estufa tem estimulado pesquisas acerca de fontes renováveis. Além disso, há a necessidade de energias renováveis devido à aproximação da escassez dos combustíveis fósseis. Apesar dos estudos e do tema terem ganhado destaque nos últimos 40 anos, eram focados na produção do biocombustível a partir de matérias-primas de base alimentícia, como cana-de-açúcar, milho e beterraba. Porém, tais matérias-primas competem por espaço com o plantio de alimentos, demandam grandes quantidades de água doce e caracterizam-se por sua baixa obtenção de biocombustível se comparada à produção de combustíveis fósseis. Partindo deste cenário, uma alternativa recente e até então pouco explorada são as microalgas, organismos microscópicos amplamente encontrados em oceanos e água doce. Por não precisarem de terras férteis para crescer, não há necessidade do uso de água limpa, abrindo espaço para a utilização de água de reuso em seu cultivo e, por produzirem mais biocombustível por área em um ano comparada às matérias-primas citadas anteriormente, as microalgas se destacam como uma potencial alternativa para produção de biocombustíveis. Por outro lado, há alguns empecilhos relacionados ao seu processo de síntese, como inviabilidade econômica e baixo índice de extração e conversão. Logo, este trabalho teve como objetivo o estudo da extração do óleo de microalgas para seu aperfeiçoamento e aplicação na produção de biodiesel. Para isso foram testados três métodos diferentes de extração, utilizando como matéria-prima a microalga Nannochloropsis oculata, com o objetivo de definir o melhor método de extração e pré-tratamento com micro-ondas, utilizando planejamento experimental com análise de variância (ANOVA) e coeficiente de determinação (R²), visando encontrar os melhores pontos de operação para a extração. Sendo assim, usando como estudo a Nannochloropsis oculata foi determinado como melhor método de extração o extrator Soxlet utilizando hexano como solvente. Além disso, pelo planejamento experimental Rotative Central Composite Design (RCCD), foram obtidos como pontos ótimos de extração um tempo de extração de 2,83 h e tempo de pré-tratamento de 82,6 s.
Oxidação catalítica de açúcares
(2016) Lima, F. S.
A glicose tem atraído muita atenção como biomassa renovável para a síntese de produtos orgânicos, seja por meio de processos químicos ou biotecnológicos. Dentre os produtos industriais que podem ser obtidos a partir da glicose pode-se citar o ácido glicônico que devido a sua baixa toxicidade é utilizado na fabricação de bebidas e para realçar o sabor em alguns alimentos. O gliconato de sódio, é o principal derivado comercializado, o sal de sódio do ácido glicônico é formado pelo excesso de soda que foi adicionado ao meio reacional, para manter o pH alcalino durante a sua produção, tendo as mesmas aplicações citadas para o ácido glicônico. Neste trabalho, a glicose e a mistura de glicose e frutose foram submetidas à oxidação catalítica com ar utilizando o catalisador Pd-Pt-Bi/C comercial. Foram variados o pH e a temperatura com o intuito de avaliar as melhores condições para a formação do ácido glicônico/gliconato. O consumo de hidróxido de sódio foi monitorado durante os ensaios e a conversão da glicose foi determinada por estequiometria e por espectrofotometria e o conteúdo de ácido glicônico/gliconato foi determinado por cromatografia (HPLC). Observou-se que o pH de reação ótimo se situa em torno de 9,5 e a temperatura ótima por volta de 55 oC, e ainda que a frutose tem efeito benéfico na seletividade da reação.
Produção de 5-hidroximetil-2-furfural a partir de frutose catalisada por compostos de nióbio, de zircônio, e de resinas de troca iônica superacidificadas
(2018) Antonio, I. L.
A produção de novos materiais não provenientes do petróleo acaba sendo muito desafiadora para os cientistas, gerando novas tecnologias que tornam os processos ambientalmente viáveis e sustentáveis. Um dos principais desafios desses processos está relacionado à redução de impactos ambientais, o que implica a necessidade de desenvolver materiais que eliminem a utilização e a produção de substâncias tóxicas. Uma alternativa para responder a essa demanda é investir em novos processos de biorrefinarias para converter a biomassa em biocombustíveis, bioenergia e produtos químicos orgânicos. O 5-hidroximetilfurfural (HMF) é um composto chave para produção de combustíveis e compostos de química fina a partir de fontes renováveis, com grande potencial de substituir derivados do petróleo, matérias plásticas sintéticas, produtos oriundos da química fina e fármacos. É produzido, principalmente, por desidratação da frutose ou da glicose utilizando-se catalisadores ácidos. Neste trabalho, essa reação foi estudada utilizando-se um reator tubular de leito recheado (PBR), empregando-se catalisadores à base de compostos de nióbio e de zircônio, ambos minerais abundantes no Brasil e com potencial aplicação como catalisadores, além de resinas de troca iônica modificadas (resinas CT275 e SGC650H superacidificada) e como solventes o DMSO (dimetilsulfóxido) e soluções constituídas por DMSO e água. Dentre todos catalisadores preparados e avaliados, as resinas de troca iônica superacidificadas geraram os melhores resultados, seguidos dos catalisadores à base de composto de zircônio e daqueles produzidos com compostos de nióbio. A comparação entre os rendimentos máximos obtidos utilizando-se as resinas CT275 e SGC650H e as suas formas superacidificadas mostrou uma diferença significativa entre os resultados obtidos, atingindo 28% e aproximadamente 100%, respectivamente. Nesse estudo, o tempo de reação foi a única variável significativa. Os melhores resultados observados foram para o sistema de alimentação constituído por DMSO e frutose. É importante salientar que nos resultados obtidos com as soluções preparadas de DMSO e água (9:1 molar e 9:1, em massa) praticamente igualaram os resultados obtidos com o solvente DMSO anidro. Para os demais catalisadores utilizados foi observado que nos meios reacionais formados por sistemas mistos constituídos por DMSO e água ocorreu uma diminuição de forma acentuada na conversão de frutose para HMF.
Reação de deslocamento gás-água de alta temperatura utilizando misturas sintéticas de gás
(2022) Meyer, Dênis Corrêa
A busca por fontes renováveis de energia que sejam capazes de substituir os combustíveis fósseis vêm se intensificando com o passar dos anos, fazendo que diversas fontes de energia sejam estudadas e desenvolvidas com o propósito de atender a demanda mundial de energia sem causar impactos ao meio ambiente. Uma das fontes de energia com potencial para substituir os combustíveis de origens fósseis são os combustíveis obtidos a partir do gás de síntese. As rotas termoquímicas são uma das principais vias de produção desse gás, sendo o processo gaseificação de biomassas um dos mais empregados, e, consequentemente, a reação de deslocamento gás-água (water-gas shift), que é responsável pelo ajuste da composição do gás de síntese de forma a atender a demanda dos processos seguintes. Com o propósito de avaliar a conversão de CO e a relação de H2/CO obtida com a reação de water-gas shift, foram realizados ensaios variando diversos parâmetros, como por exemplo: a relação molar entre os reagentes, a velocidade espacial, o tempo de uso do leito de catalisador e o tamanho do catalisador. Os resultados indicaram que o aumento da relação de vapor de água para monóxido de carbono (S/CO) levaram ao aumento da conversão de CO e da relação de H2/CO na saída da reação, atingindo valores de 77,47% e 6,89, respectivamente. O aumento da velocidade espacial de 5.600 para 15.100 h-1 resultou em uma redução do valores de conversão de CO, de 77,47 para 51,96%, e da relação H2/CO de 6,26 para 1,81. Os ensaios realizados utilizando o mesmo leito de catalisador ao longo de quatro dias consecutivos permitiram concluir que houve uma leve redução nos valores de conversão de CO, de 66,14 para 63,90%, e dos valores de H2/CO, de 7,40 para 6,00. Três tamanhos diferentes de catalisador foram utilizados para avaliar o impacto na conversão de CO e da razão de H2/CO. O catalisador com tamanho entre 0,53 e 1,00 mm apresentou os melhores resultados, atingindo 74,02% de conversão de CO e 6,28 da razão de H2/CO após a reação
Seleção de agentes reticulantes para resina acrílica em revestimento externo para embalagens de alumínio no segmento de bebidas
(2018) Santarelli, Michelli
Dentro do conceito de tintas e vernizes, sabe-se que existem inúmeros tipos de aplicações e uso, a formulação de cada tinta e verniz é preparada para atender as exigências de cada mercado, como por exemplo, no mercado de latas para bebidas, que a principal exigência é conservar o alimento, atendendo as normas alimentares da ANVISA e normas de segurança. Sabe-se que as propriedades de cada material estão intimamente ligadas à sua estrutura química, portanto o estudo e desenvolvimento de novos materiais tornam-se uma tarefa complexa e difícil. Essa dissertação tem por objetivo apresentar um estudo sobre verniz externo à base de água para revestir latas de alumínio no segmento de bebidas. Neste mercado de latas de bebidas as exigências com qualidade são muito grandes, no caso do verniz externo, necessita-se de um verniz com boa resistência ao risco. Para melhorar as resistências físicas há necessidade de reagir à resina padrão com um agente de reticulação. Nesta dissertação será apresentada uma comparação das propriedades de um verniz acrílico reticulado com seis tipos de resinas amínicas diferentes, são elas: melamina metilada, melamina butilada, glicoluril, uréia metilada, uréia butilada e a benzoguanamina. Foram formuladas vinte e cinco amostras diferentes, que foram avaliadas em relação às propriedades físicas, como aderência, durabilidade, impacto e flexibilidade e também as propriedades químicas, como resistência a metil etil cetona, a solução de violeta de metila, entre outras. Os corpos de prova foram confeccionados no mesmo material utilizado nos processos fabris. A secagem dos mesmos foi realizada em uma única estufa térmica, assim evitando oscilações entre as amostras. Também foi estudado as reações químicas envolvidas nas formulações através do FTIR e DSC, foram observadas as reações envolvidas para cada agente de reticulação. Os resultados encontrados mostraram que existem diferenças significativas entre os agentes de reticulação, entre os agentes testados, o verniz com melamina metilada obteve o melhor resultado nas análises, sendo eficaz em quase todos os testes realizados. Em segundo lugar, o verniz com benzoguanamina mostrou boa performance. Os outros agentes testados não atingiram resultados satisfatórios perante as metas estipuladas.
Simulação da reforma catalítica do etanol a partir do reaproveitamento do calor proveniente dos fumos de um motor de combustão interna
(2021-06-17) Guain, Aymê Utimati; Assi, Elody Georges; Oliveira, Gabriel Felipe Leme de; Silva, Gusthavo Trevisan
Cada vez mais se aumenta a busca por rotas alternativas para geração de energia. O modo mais comum de gerar potência em meios de transportes populares como carros, ônibus e motos, é o motor à combustão interna. O problema encontra-se na eficiência energética de 20% a 30%, devido ao fato de que grande parte da potência é desperdiçada em forma de calor dissipado. Um meio de aumentar a eficiência de um motor à combustão de etanol é a recuperação da energia térmica dos fumos a partir da reforma do etanol. Tal reação endotérmica ocorre utilizando-se a energia que geralmente é despejada na atmosfera em forma de fumos quentes oriundos da combustão do etanol. Há algumas vantagens do uso do etanol em relação a outros combustíveis como a gasolina e o diesel, por exemplo, ser uma fonte renovável com um ciclo de vida quase perfeito. Desta forma, a proposta é projetar um reator, baseado em balanços de massa e energia, para a reforma de etanol utilizando-se a energia dos gases de escape, visando o aumento de eficiência do ciclo de combustão no motor. Uma breve análise termodinâmica, assim como os cálculos para dimensionamento dos equipamentos do processo de reforma a vapor do etanol foram realizados com o auxílio do software Excel. O software de simulação Ansys foi utilizado para simular a queda de pressão nos fumos. A troca de calor no sistema é baixa, apesar da grande força motriz entre os fumos e fluido de reforma. No modelo ideal a energia em relação ao potencial aumenta, pois mesmo o hidrogênio tendo uma energia de combustão menor que a do etanol, por estar presente em grande quantidade, este aumenta a energia total da mistura. Como resultado, há redução no consumo de combustível, pequena perda de energia no combustível aditivado e queda de pressão desprezível nos fumos. O silenciador pode ser substituído pelo vaporizador.
Síntese e caracterização de MOFs produzidos a partir de ácidos di- e tricarboxílicos
(2023-12-07) Martins, Arthur; Horner, Ingrid; Mira, Leonardo; Meleiro, Matheus; Oscar, Matheus
A expansão contínua e desenfreada da queima de combustíveis fósseis para geração de energia para as mais diversas funções e setores gera um aumento sem precedentes na concentração de gases do efeito estufa (GEE) na atmosfera do planeta, uma alteração que impacta a temperatura do globo e consequentemente em todos os biomas e dinâmicas do planeta, prejudicando diversos setores vitais para a humanidade atual. Para solução de um problema de tamanhas proporções, diversos métodos de captura de carbono atmosférico vêm sendo desenvolvidas, muitas vezes com complexidade e custoS severamente elevadoS. Dessa forma, levando-se em consideração os fatores apresentados, durante o desenvolvimento do referido trabalho, foi abordado inicialmente síntese da MOF-5, utilizando os ácidos dicarboxílico e o tricarboxílico, em testes realizados em temperatura à 105 ºC com diferentes tempos de aquecimento (12-144 horas). Posteriormente todas as amostras foram submetidas a 3 ciclos de lavagens a cada 24 horas, sendo a primeira com dimetilformamida e a segunda e a terceira com clorofórmio. Após o processo de lavagem as amostras foram secas a vácuo 60 ºC. Os cristais obtidos foram analisados no processo de difração de raio X, onde foi possível identificar os picos para caracterização da MOF-5 e análises das amostras que seriam qualificadas para possível estudo na adsorção do carbono.