Trabalhos de Conclusão de Curso

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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.
Caroço de açaí:
(2023-12-07) Silva, Letícia França Lopes da; Rufino, Larissa Riveira Gasquez; Malhas, Mariana Ramalho; Falciano, Maria Julia Santos; Freitas, Rodrigo Gomes de
Atualmente, as baterias de íon-lítio (Li-íon) se tornaram as mais amplamente utilizadas em todo o mundo, conforme afirma a Agência Internacional de Energia (AIE). Elas são altamente valorizadas por sua alta densidade de energia, longa vida útil, baixa taxa de autodescarga e capacidade de recarga rápida. O objetivo deste estudo é avaliar a viabilidade da utilização da biomassa proveniente do fruto açaí (caroço e fibras) como uma alternativa sustentável para substituição do Carbon Black (negro de fumo), que é usualmente utilizado como aditivo condutor nas baterias Ion Lítio, na montagem do ânodo. Ademais, compara-se a eficiência de utilizar apenas o caroço e o caroço com fibras. Através da reação de pré-tratamento químico da biomassa, seguida da sua pirólise e, posteriormente, a grafitização, obtém-se o produto de estudo, no qual realiza-se os testes de BET, DRX, MEV, com o intuito de caracterizar as amostras e, por fim, a voltametria cíclica, o que permitiu verificar sua viabilidade e eficiência. A amostra de referência utilizada foi o Vulcan XC-72, um tipo de carbon black utilizado na produção de baterias. Com base nas análises efetuadas, constatou-se que nenhuma das amostras apresentou uma proximidade significativa em relação aos valores de área superficial, volume e tamanho dos poros do material Vulcan. Entretanto, é viável inferir que o processo de grafitização resultou em um aumento na área superficial, bem como na formação de poros com maior volume. Por meio do teste de difração de raio X, as amostras exibem características de picos 2θ semelhantes aos observados no Vulcan, no entanto, é evidente que esses picos não apresentam uma definição clara, resultando em uma banda difusa. Através da análise por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), constatou-se que o material lignocelulósico apresentou um grau de incompletude. Essa característica pode ter sido influenciada não apenas pelas condições durante os processos de pirólise e grafitização, mas, principalmente, pelas condições de pré-tratamento. Já com o teste de voltametria cíclica, as curvas se aproximaram mais de um voltamograma de um pseudocapasitador, o que não invalida o resultado do estudo uma vez que podem ser utilizados em baterias de íon-lítio.
Dimensionamento e gerenciamento de baterias elétricas com painel solar para robô Husky A200
(2023-12-07) Pereira, Alex Alves Nunes; Amparo, Gabriel Da Silva; Souza, Hugo Koiti Ianae de
Este projeto consiste no desenvolvimento de um dispositivo eletrônico, responsável pela alimentação de um robô autônomo de monitoramento, modelo Husky A200 UGV. Tendo em vista problemas com sobrepeso de baterias, carregamento e autonomia, características inerentes de veículos elétricos, este projeto teve por base o desenvolvimento de um sistema capaz de gerenciar dois packs de baterias de íons de lítio, que estarão conectados a um painel solar monocristalino. A partir das características construtivas do robô e requisitos de projeto para a finalidade proposta, como por exemplo, tensão e corrente de operação e autonomia para cada pack de baterias, o dispositivo foi dimensionado, instalado e testado no robô Husky. Para que o dispositivo gerencie e alterne os packs de baterias, juntamente com o painel solar, foi utilizado uma placa de prototipagem eletrônica, modelo Arduino UNO. A partir dos testes iniciais, definiu-se a autonomia para cada pack de baterias e, posteriormente foram realizadas, modificações no hardware e programação para que o dispositivo operasse de forma correta e eficiente. Após avaliar o funcionamento do dispositivo, os resultados obtidos possibilitam inferir que o conjunto de packs de baterias de 24v e 20A é suficiente para atender aos parâmetros de projeto e que o painel solar monocristalino é uma alternativa promissora para reduzir a descarga energética dos packs.
Propriedades de combustíveis obtidos por fracionamento do bio-óleo de pirólise
(2023-12-07) Martinez, Felipe Campagnolo; Silva, Jessika Oliveira; Lourenço, Laura Cristina Barreto; Raimundo, Pedro Henrique Maciel
Diante da necessidade socioambiental por novas fontes de energia, e da carência industrial por novas oportunidades de uso de seu material residual, o uso da biomassa como matéria prima para a produção de combustíveis surge de maneira relevante para entregar eficiência energética e oportunidades de amenizar graves problemas ambientais em relação a poluição do ar e do solo, e esgotamento de recursos naturais fósseis. O processo de pirólise é uma promissora rota para obtenção de combustíveis a partir da degradação termoquímica da biomassa, qual resulta em um bio-óleo com propriedades combustíveis. Dentre os produtos obtidos no processo de degradação da biomassa, um que tem ganhado espaço de mercado é o produto líquido conhecido como bio-óleo, promissor concorrente de combustíveis convencionais, se sintetizado com o sequenciamento adequado das operações unitárias que englobam o procedimento deste tipo de projeto. Este trabalho apresenta um estudo do processo de fracionamento do bio-óleo de pirólise através de operações extrativas líquido-vapor (flash) e líquido-líquido (extração com solvente) para obtenção de frações com propriedades melhoradas. Essas propriedades foram analisadas experimentalmente em diferentes frentes (densidade, viscosidade, pressão de saturação e propriedades combustíveis) para tornar mais robusto o parecer sobre a viabilidade de uso dessa matéria prima em detrimento das fontes fósseis. Outra ferramenta de análise importante para fortalecer o estudo, foi o software computacional Aspen Plus, utilizado como plataforma para simulação de processos. Com ele, pudemos esquematizar as etapas realizadas experiementalmente e, através da simulação, otimizou-se parâmetros usados/obtidos (temperatura, pressão, volume, etc) e detalhou-se as informações sobre as correntes envolvidas no processo, obtendo uma melhora contínua nos rendimentos e na produtividade do sistema. Em síntese, o presente estudo visa a identificação e extração de produtos do bio-óleo da pirólise de biomassa, de modo a obter produtos de alto valor agregado e com propriedades combustíveis, em alternativa aos chamados “combustíveis pesados”, sendo estes consumidos em abrangência ainda nos dias atuais em alinhamento com as pautas de sustentabilidade e meio ambiente.
Obtenção de etanol a partir do abacaxi pérola natural e contaminado
(2023-12-07) Spiesz, Felipe Vitorassi; Oquini, Isabella Vespa; Divino, João Eduardo Felix; Lima, Maria Carolina Lopes Machado de
O abacaxi (Ananas comosus L.) é um fruto muito cultivado no Brasil e no mundo devido às suas características organolépticas como sabor, odor e textura. Dada a sua produção em larga escala, é evidente que há um grande desperdício em todas as etapas, desde o cultivo até o consumidor final. 30% desta perda está relacionada com a contaminação do fruto por fungos (Fusarium guttiforme) causando a doença fusariose, gerando o risco de contaminar outros frutos, animais e humanos, desta forma, deve ser validado o estudo da obtenção de etanol a partir dos produtos de descarte de abacaxi pérola. Através de algumas operações unitárias físicas, como corte, trituração, peneiramento e filtração à vácuo, foram preparadas as alíquotas a serem submetidas à fermentação anaeróbica. Para isso, se fez necessária a hidrólise enzimática dos resíduos celulósicos do abacaxi, como casca e coroa. As enzimas celulases foram utilizadas para converter a celulose e a hemicelulose em açúcares redutores, tais como glicose e xilose. Para avaliar a eficiência do processo, foi analisada a concentração de açúcares redutores nas etapas de hidrólise e fermentação, além do produto final (etanol) das amostras de fermentação. No decorrer do processo de transformação dos açúcares, presente nos resíduos do abacaxi, a refratometria e a cromatografia auxiliaram na identificação de todos os sólidos solúveis (açúcares redutores e não-redutores) presentes nas alíquotas de suco da polpa, e os açúcares fermentescíveis precedente e posteriormente à hidrólise, evidenciando que a reação de hidrólise enzimática foi de grande sucesso, apesar de que no hidrolisado, o teor de açúcares foi menor (9,8 °Brix), quando comparado ao suco in natura composto principalmente por frutose (11,8 °Brix). Por fim, de modo a determinar o teor total de etanol alcançado nos ensaios de fermentação do mosto, as amostras foram submetidas a uma análise através do uso de HPLC. Com isso, foi observado que as amostras hidrolisadas, devido ao fato de apresentar menos açúcares em sua composição do que o suco in natura, tem menor conversão na fermentação, gerando menor teor alcoólico. Apesar disso, devido à influência da fermentação natural do fruto decorrente da contaminação, as amostras fermentadas advindas do fruto e hidrolisado contaminados, apresentaram maior teor alcoólico, de 3,88%, quando comparado com a primeira etapa, utilizando abacaxis saudáveis, que tiveram teor alcoólico de 3,35%.
Processo de produção de um bioplástico a partir da quitosana obtida através de resíduos do exoesqueleto de crustáceo
(2023-12-07) Fernandes, Giovanna Lippert; Silva, Lara Helena Llanas; Correia, Raffaella Grotteria
O crescimento populacional vem impulsionando um aumento expressivo na geração de resíduos sólidos. À medida que a população mundial aumenta, a quantidade de resíduos gerados por dia também aumenta e, o aumento da geração de resíduos, é capaz de trazer sérias consequências tanto para o meio ambiente quanto para a saúde humana se não for gerenciado adequadamente. Os resíduos sólidos quando não gerenciados corretamente podem contaminar o ar, a água e o solo e, dessa forma, pode afetar a qualidade de vida das pessoas e a biodiversidade do meio ambiente. O descarte inadequado de embalagens plásticas pode trazer danos significativos, uma vez que são materiais altamente resistentes e levam centenas de anos para se decompor no meio ambiente. Levando-se em consideração os pontos destacados, o objetivo deste trabalho foi desenvolver um bioplástico a partir da quitina extraída de um crustáceo, e o escolhido foi a lagosta, uma vez que não foram feitos muitos estudos utilizando este tipo de crustáceo, o que representa um âmbito inovativo no presente trabalho. Essa quitina foi obtida através dos processos de desmineralização e desproteinização, e convertida por meio da desacetilação em quitosana, que é um polímero biodegradável e não tóxico e, através dela, obteve-se um material com propriedades semelhantes aos plásticos convencionais, como resistência e flexibilidade, contudo mais sustentável e ecológico. Para isso, foi avaliada a utilização do glicerol como plastificante, assim como foram feitas caracterizações FTIR, DRX e análise mecânica, e finalmente a comparação com o biofilme produzido a partir da quitosana artificial. Esse bioplástico além de ser benéfico ao meio ambiente, quando comparado com o plástico tradicional, ajudará a reduzir as quantidades de resíduos gerados uma vez que se degrada rapidamente na natureza e não traz danos ao meio ambiente. Através deste estudo, foi possível obter resultados satisfatórios ao produzir o bioplástico a partir da quitosana extraída da casca de lagosta, e do produzido a partir da quitosana artificial. A viabilidade da produção do bioplástico foi analisada, demonstrando-se positiva.
Alternativas para segurança - implosão de tanques
(2023-12-07) Rocha, Felipe Ferreira Portela; Dias, Guilherme Bucci; Cimidamore, Guilherme Taques; Medeiros, Gustavo Rocha de; Babuska, Juliano Arrais; Kemita, Leriane Reis
Na indústria de alimentos e bebidas, a limpeza adequada de tanques de armazenamento é fundamental para garantir a qualidade dos produtos e segurança de processo. No entanto, condições inadequadas para a limpeza podem ocasionar a implosão de tanques de armazenamentos, acarretando consequências graves, tanto em termos de segurança dos trabalhadores, perda de produto como em danos materiais significativos para a empresa. Diante disso, este estudo teve como objetivo analisar a implosão de um tanque de armazenamento de suco durante uma limpeza de rotina, com foco em identificar as causas do acidente e propor medidas preventivas para incidentes de mesma natureza. Para aprofundamento no caso, utilizaram-se pesquisas amplas sobre tanques de armazenamento, condições ideais de estocagem e causas de implosão, bem como procedimentos de segurança adotados em limpezas de tanques. Para o desenvolvimento do projeto, optou-se por utilizar dados fornecidos pela empresa que sofreu o acidente, no qual, foi desenvolvido o modelo matemático e confrontado com os valores no Aspen Plus, que simulou as condições de pressão e temperatura dentro do tanque, a fim de identificar pontos críticos, limites de operação e integridade com o incidente real. A partir dessas análises, foram averiguadas possíveis causas da implosão e sugeridas medidas preventivas para evitá-las, como o uso de um dispositivo de segurança que introduz nitrogênio inerte em condições de pressões inseguras. Além disso, o dispositivo é acionado com o controle elaborado pelo grupo, pós modelagem do incidente. Logo, espera-se contribuir para a segurança e eficiência das operações de armazenamento e limpeza de tanques na indústria de alimentos e ocorrências da mesma natureza com a integridade da análise da implosão e a proposta desenvolvida no trabalho.
Análise da viabilidade técnico-econômica da produção de bio-óleo a partir da pirólise rápida do caroço de açaí (euterpe oleracea)
(2021-06-17) Kanbara, Alice Albanes; Uemoto, Lívia Tiemi Parada; Antunes, Luiz Fernando Antunes; Sanchez, Mateus Brunelli; Choque, Miguel Angel Tito
O estudo visa o desenvolvimento e a avaliação técnico-econômica do processo de produção do bio-óleo a partir da pirólise rápida do caroço de açaí, um material biológico responsável por representar a grande biodiversidade das regiões nortistas do Brasil. Este processo de conversão termoquímica possibilita transformar resíduos agroindustriais em produtos renováveis e com maior valor agregado. O bio-óleo produzido é uma mistura líquida de compostos orgânicos que possui um grande potencial para substituir os produtos derivados de petróleo, como o diesel, além da possibilidade de ser fonte de químicos, dependendo da sua qualidade. Neste trabalho tem-se apresentadas as adoções e metodologias empregadas para analisar tecnicamente a produção do biocombustível, onde foram realizados os cálculos dos balanços de massa e energia do processo e o dimensionamento dos equipamentos, avaliando o layout e a eficiência da planta industrial. Ainda, uma análise econômica foi realizada para estudar o potencial dos custos de conversão de biomassa em bio-óleo, onde foi considerado os custos dos insumos, matérias primas e serviços elétricos, dos equipamentos e da mão de obra necessária, além da viabilidade de comercialização dos produtos da pirólise. A partir dos resultados obtidos, verificou-se que a planta possui uma viabilidade econômica positiva e que depende da sua capacidade de alimentação e processamento do pirolisador. A TIR apresenta características de uma unidade industrial de baixo risco, sendo esta maior que a TMA adotada, o que mostra a boa aplicabilidade do processo. Assim, pode-se afirmar que a planta tem potencial para gerar retorno econômico, se mostrando sustentável ao utilizar resíduos agroindustriais, que em sua maior parte são descartados inadequadamente em lixões ou aterros abertos, e socialmente justa, ao contribuir com uma atividade extrativista de grande relevância para os pequenos e grandes produtores rurais nortistas.
Estudo termodinâmico e otimização energética das reformas a vapor e autotérmica de etanol
(2021-06-17) Reis, Aline Rocha dos; Santos, Juliana Brunelli Stoco; Pinheiro, Juliana Frias; Dias, Tayrini Fernanda
Em 2018, aproximadamente 81% do consumo energético no mundo foi suprido por processos que utilizam combustíveis fósseis (IEA, 2020). Diante da constante preocupação em relação aos impactos ambientais gerados por tais combustíveis, principalmente pelas emissões de gases que causam o efeito estufa, fontes renováveis de energia vêm sendo estudadas e desenvolvidas. Para países com grande produção de álcool etílico, como o Brasil, o maior produtor mundial a partir da cana-de-açúcar, a produção de hidrogênio a partir da reforma de etanol é uma possibilidade técnica e economicamente viável de combustível alternativo, em razão de seu alto poder de combustão e menor impacto ambiental. A proposta deste trabalho foi realizar um estudo termodinâmico e otimização energética das reformas a vapor e autotérmica de etanol, com possibilidade de aplicação em motores de combustão interna (Ciclo Otto). Dessa forma, uma fração do etanol proveniente do tanque de combustível poderia ser direcionada ao reformador para produzir hidrogênio, o qual seria misturado ao etanol, possibilitando um aumento do poder calorífico da mistura combustível e redução na emissão de poluentes. No presente estudo foram simuladas diferentes condições em um reator de Gibbs utilizando o simulador comercial Aspen Plus. Uma estratégia de adição de oxigênio na reação da combustão do etanol foi proposta com o objetivo de diminuir a formação de coque, para evitar contaminação no catalisador. Foi realizada a análise na faixa de temperatura de 400 K a 1200 K, com pressão de 1 a 7 bar, razão de alimentação de vapor de água/etanol (R) entre 0 e 9 e de oxigênio/etanol (Ro) entre 0 e 1,5, em condições ideais. Os resultados mostraram que a produção de hidrogênio na reforma a vapor é favorecida a pressão atmosférica, ao elevar a temperatura e a razão de alimentação de vapor de água/etanol, enquanto a formação de subprodutos é reduzida, exceto o monóxido de carbono. Já na reforma autotérmica, o aumento da razão de alimentação de oxigênio/etanol, desfavorece a formação de hidrogênio em temperaturas acima de 850 K. Entretanto, o coque também tem sua produção reduzida. Com a otimização energética foi possível indicar a região ótima de operação, definida por valores de Ro entre 0 e 0,25 e R a partir de 3 e 2, respectivamente sem formação de coque, utilizando uma temperatura de 900 K no reformador. Foi obtida, na região ótima, uma média de energia específica de mistura combustível etanol-produto de reforma de 30,85 MJ/kg de etanol no sistema, um aumento de 14,68% em relação ao poder calorífico do etanol.
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.
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.
Extração e purificação da bromelina a partir do abacaxi para a hidrólise do glúten
(2023-06-15) Andrade, Ana Carolina; Vendramini, Beatriz; Neves, Julia Toledo; Martinelli, Sabrina
A Bromelina é uma enzima proteolítica de origem vegetal obtida em diversas espécies da família Bromeliaceae, sendo principalmente encontrada no abacaxi. Ela é utilizada em diversos setores, dentre eles se destacam o tratamento de edemas, na digestão de proteínas e no amaciamento de carnes. Neste trabalho, foi realizado um estudo visando a purificação da bromelina do fruto do abacaxi. A purificação da bromelina foi realizada por sistema de extração líquido-líquido em duas fases aquosas 20 % (m/m) de PEG e 15 % (m/m) de fosfato. Diferentes massas molares de PEG (400, 600, 1500 e 4000) e valores de pH (6,0 / 7,0 / 8,0) foram testados. Os resultados obtidos mostraram que as extrações com PEG 400, 600 e 1500 não levaram a uma efetiva separação e purificação das proteínas, resultando em um aumento de pureza próximo de 1,0; exceção para PEG 1500 pH 8 que mostrou aumento de pureza e recuperação da bromelina na fase inferior de 100%. Em todos estes estudos a bromelina migrou preferencialmente para a fase inferior (fosfato). No entanto, a extração com PEG 4000 mostrou-se mais eficiente, com uma eficaz separação das fases nos três valores de pH e uma recuperação de atividade enzimática praticamente total na fase inferior. Os valores de aumento de pureza evidenciaram a eficácia da purificação nos valores de pH 6,0 e 8,0, com um aumento de pureza de cerca de duas vezes. Além disso, estudou-se a etapa de precipitação com sulfato de amônio a 60 e 80% de saturação para clarificação do extrato de abacaxi. Os estudos mostraram que o precipitado obtido a 80% de saturação e solubilizado apresentou uma recuperação de atividade próximo de 77%, confirmando a viabilidade dessa etapa para aumentar a concentração e promover a clarificação do extrato, pois não houve aumento de pureza. Efetuando-se um processo conjugado com duas etapas em série de precipitação do extrato com 80% de saturação de sulfato de amônio, seguida de extração líquido-líquido em sistema de duas fases aquosas utilizando PEG 4000 e fosfato em pH 6,0 obteve-se um aumento de pureza na amostra em cerca de 4 vezes e uma recuperação da atividade enzimática em 100% na fase inferior. Os dados obtidos neste estudo fornecem informações relevantes para o desenvolvimento de processos de purificação da bromelina a partir do abacaxi, contribuindo para possibilitar sua utilização em aplicações terapêuticas e industriais.
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.
Aproveitamento da casca de coco na produção de carvão ativado para aplicação em efluentes sintéticos contendo paracetamol
(2023-06-15) Cerqueira, Stefanny Leobina dos Santos; Bezerra, Breno Villa Rubio; Pereira, Gustavo Nogueira Nunes; Mota, Haimêe Milena Prata
Em grandes centros urbanos, é comum a contaminação de efluentes por fármacos provenientes tanto do descarte indevido quanto naturalmente, isto é, quando não ocorre absorção completa em um organismo vivo. O acúmulo destes resíduos é muito prejudicial ao meio ambiente e à saúde humana. Assim, durante o desenvolvimento do presente trabalho, inicialmente foi realizada a produção de carvão ativado a partir de casca de coco verde e, posteriormente, o mesmo foi utilizado no tratamento de efluentes sintéticos contendo paracetamol. Dessa forma, durante a produção do carvão ativado, foi realizado o processo de ativação com ácido fosfórico seguida da etapa de carbonização. O material obtido foi submetido a caracterizações via FTIR bem como DRX e determinação de tamanho de partícula sendo que a análise dos dados confirma a formação do mesmo. Com relação ao tamanho de partícula, verifica-se que o mesmo foi de 616,4 μm, significativamente maior do que a do carvão comercial (79,49 μm). Após essa etapa, foram realizados os experimentos de adsorção e determinada a dosagem ideal de adsorvente como 4,0 g/L que levou a uma redução da concentração de paracetamol de 78,18 ± 0,56 (q = 72,75 ± 0,52). Também foram determinados a temperatura e o tempo ideais de trabalho (40ºC e 20 min). Para isso, durante o estudo cinético, foram utilizados os modelos pseudo primeira ordem, pseudo segunda ordem, Weber e Morris e, Elovich sendo verificado que o modelo que mais se ajustou foi o de pseudo segunda ordem (qmax = 78,74 mg/g). Já, durante a avaliação das isotermas de adsorção, foram avaliadas as isotermas de Langmuir, Freundlich e Temkin. Através da análise dos dados, verifica-se que, com o aumento da temperatura, aumenta a porcentagem de remoção de paracetamol, porém, acima de 40 ºC, começa a ocorrer uma redução no percentual de remoção. Também foi possível verificar que o modelo que melhor se ajustou aos dados foi o da isoterma de Temkin.
Obtenção de etanol e derivados a partir do milho
(2023-06-15) Romagnolo, Isabella Bonasorte ; Alves, Isabella Pereira; Leite, Luana Elias
Os biocombustíveis são a principal alternativa ao uso dos combustíveis fósseis, como o petróleo, o carvão e o gás natural. Estes biocombustíveis são produzidos utilizando como matéria-prima, óleos vegetais, gorduras animais, cana-de-açúcar, milho, celulose, entre outros. Essa mudança na fonte de energia utilizada é necessária, devido aos impactos ambientais gerados pelos combustíveis fósseis, como alta taxa de emissão dos gases do efeito estufa, poluição do ar e escassez de recursos, problemas esses que são mitigados com a utilização dos biocombustíveis que emitem menos gases e substâncias tóxicas, além de serem provenientes de fontes renováveis, podendo ser utilizados até mesmo, os resíduos agrícolas ou orgânicos. Dessa forma, levando-se em consideração os fatores apresentados, durante o desenvolvimento do presente trabalho, inicialmente foram realizados testes de extração sólido-líquido com os grãos de milho, utilizando o etanol e o hexano como solvente, dos quais a parte líquida foi destilada para a obtenção do óleo de milho, e o resíduo sólido foi levado para etapas de purificação para separação do amido de milho e das proteínas. Posteriormente, o amido de milho foi submetido a testes de hidrólise ácida, utilizando HCl, e enzimática, utilizando as enzimas β-glicosidase e amilase, para obtenção dos açúcares fermentescíveis que serão destinados ao processo de fermentação para produção do bioetanol de 1ª geração. Já a palha e o sabugo, foram submetidos a uma caracterização para determinação da composição química do material, seguindo para o pré-tratamento ácido, a fim de realizar a deslignificação do resíduo lignocelulósico, e posterior hidrólise enzimática, utilizando a enzima CellicCTec2®, etapa responsável pela conversão dos açúcares fermentescíveis para produção de bioetanol de 2ª geração.
Estudo de diferentes configurações de hidrólise e fermentação no processo de produção de bioetanol a partir de fibra de sisal de agave sisalana
(2023-06-15) Santos, Matheus da Fonseca dos; Santos, Thaís de Moura; Silva, Hercules Viana Soares da
Com o crescimento rápido da demanda de combustíveis em diversos setores da sociedade, e as expectativas negativas acerca aos impactos ambientais e as dificuldades de extração de combustíveis fósseis, como o petróleo, impulsionam cada vez mais a produção nacional de combustíveis renováveis, em especial o etanol. Nesse contexto, este trabalho sugere o estudo de resíduo lignocelulósico de fibra de sisal (Agave Sisalana) para a produção de etanol, já que se trata de uma biomassa lignocelulósica promitente em relação à disponibilidade em território brasileiro, devido às grandes plantações por hectares presentes na região nordeste, sendo viável economicamente e com baixo impacto ambiental. Ademais, o cultivo da Agave ocorre de maneira pouco exigente, uma vez que os seus cuidados se resumem a capina e erradicação dos brotos, logo, possuem capacidade de serem relativamente produtivas em solos pobres em nutrientes em regiões áridas e semiáridas. Entretanto, o processo de produção do bioetanol através dessa planta, apresenta como principal dificuldade a baixa taxa de conversão da biomassa lignocelulósica em açúcares fermentescíveis. Dessa maneira, este trabalho estuda as diferentes configurações de hidrólise enzimática e fermentação da fibra de sisal de Agave Sisalana para produção de etanol 2G visando identificar qual é mais eficiente. A fibra de sisal foi submetida inicialmente a duas formas de pré-tratamento, o alcalino e o ácido, determinando o melhor tipo para diminuição do grau de polimerização da celulose. Em seguida, foi realizado um plano preliminar em relação à composição da Agave e extração da lignina, componente responsável pela inibição da conversão dos polissacarídeos da biomassa em açúcares que sofreram a fermentação alcoólica. Posteriormente, a biomassa pré-tratada foi submetida ao processo PSSF avaliando tempo de pré-sacarificação, carga de biomassa e dosagem enzimática sobre a eficiência global do processo e título em etanol. Conforme os resultados obtidos, foi evidenciado melhor desempenho para a estratégia com sacarificação e fermentação separados (SHF), com a amostra pré-tratada com NaOH 4% (m/v). O pré-tratamento alcalino mostrou-se mais eficiente, já que apresentou maiores teores de celulose e hemicelulose, sendo 74,3% de celulose e 2,8% de hemicelulose para o alcalino, enquanto para o ácido, 73,3% de celulose e 0,42% de hemicelulose. Em relação às configurações de hidrólise e fermentação, destaca-se o SHF com maior eficiência, sendo igual a 65%, contra 37% para o SSF, 39% para o PSSF avaliado em 6 horas de pré-hidrólise e 40% para o PSSF avaliado em 12 horas.
Melhoria do processo de produção de resina fenólica
(2023-06-15) Muniz, Camila Santos ; Costa, Kauê Manoel da ; Silva, Mateus Rocha da
A resina fenólica é um material polimérico sintético com considerável relevância para o cenário econômico mundial por conta de suas características particulares. Com a crescente procura do mercado, é imprescindível a realização de estudos que possibilitem a melhoria dos processos de produção desse produto. Esse material que é formado pela copolimerização de fenóis com aldeídos, que através da catálise em meio básico se origina a resina do tipo resol e catálise em meio ácido gera a resina do tipo novolaca. No presente estudo, é proposta a melhoria no processo de produção da resina fenólica do tipo resol com base nas etapas do processo real de uma indústria localizada no Brasil, onde o processo é operado em semi-batelada durante a primeira hora devido a adição de formaldeído que ocorre lentamente para evitar a excessiva liberação de calor provocado pela reação, e após a adição completa, o processo prossegue em modo batelada. Para isso, a cinética da reação foi tomada diretamente da literatura e foram descritos os balanços molares e de energia para ambas as fases de operação. O modelo cinético foi adaptado da literatura, ajustando-se as constantes cinéticas com dados de conversão obtidos na planta. Esse ajuste foi realizado programando o Excel para minimizar a somatória entre os dados de fração mássica retirados da literatura e os previstos pelo modelo. Após isso, utilizou-se o software MatLab® para simular os modelos fenomenológicos correspondentes ao processo de formação dos precursores da resina fenólica. Assim, foi possível adequar os valores das constantes cinéticas da reação de adição ao processo produtivo. O estudo do balanço de energia foi norteado pelo ajuste do coeficiente global de troca térmica com a utilização da função Fminsearch do MatLab® para minimizar a somatória do erro quadrático entre os dados de temperatura da indústria e os obtidos pelo modelo matemático. Dessa forma, obtém-se o perfil de temperatura que mais se adequa ao processo produtivo em estudo. Dessa maneira, foi possível analisar as condições operacionais e realizar a melhoria do processo avaliando a influência da razão molar (formaldeído / fenol) e do tempo de adição do formaldeído no perfil de temperatura e na conversão do fenol. Com os resultados obtidos foi possível a melhoria do processo mantendo o tempo de adição de formaldeído em 1:00 hora e aumentando a razão molar da resina de 2,19 para 3,0. Assim, o trabalho contribuiu para a geração de resultados positivos ao processo, permitindo ganhos de produtividade com maior conversão de fenol e controle de temperatura.
Estudo de melhoria da eficiência energética de uma planta de resinas
(2022-12-07) Barbeta, Ana Carolina Silva ; Perossi, Beatriz de Oliveira; Sorbile, Gabriela Reche ; Stelmasuk, Guilherme Fernandez
Na indústria química, o consumo energético se traduz, em grande parte, na forma de energia térmica, especialmente no aquecimento e resfriamento de equipamentos e produtos. Por conta disso, este trabalho visa reduzir o gasto de energia em uma fábrica de resinas através da otimização e reaproveitamento das fontes de calor existentes. Por ser uma fábrica antiga, a planta estudada possui muito espaço para melhorias que gerem aumento da eficiência do processo. O ponto focal escolhido para o presente estudo foi um reator de mistura multipropósito e seu trocador de calor do tipo casco e tubos, onde foram estudadas três propostas de reaproveitamento do calor dissipado pelo óleo. A primeira delas consiste em alternar a corrente de água de resfriamento do trocador já existente com água de diluição do processo que deve ser aquecida, conforme necessidade; já a segunda ideia considera um desvio na corrente de óleo com a inclusão de um novo trocador de calor, em prol de aquecer exclusivamente a água de diluição e garantir sua pureza; por fim, a terceira proposta leva em conta a substituição do vapor utilizado no sistema de aquecimento do armazenamento da resina fabricada pelo próprio óleo recirculado no sistema do reator. Optou-se por seguir com as duas últimas alternativas após a realização da análise de viabilidade técnica do processo, para a qual foi preciso estimar algumas variáveis e propriedades, como a vazão de escoamento de óleo no sistema, avaliada entre 45 e 78 m³/h. A partir dos dados encontrados, foi feita uma estimativa de custo de aquisição e instalação do novo trocador de calor, que possibilitou estipular um tempo de retorno médio de 20 meses para este investimento, comprovando sua viabilidade econômica. Para o trocador proposto, obteve-se um intervalo de custos para diferentes condições de operação do processo, as quais deverão ser apresentadas à empresa em estudo como um conjunto de soluções para futura discussão e decisão. Por fim, a partir do estudo dos pontos de economia no processo, foi estimada uma redução anual de R$ 1,5 M na geração de vapor na caldeira, considerando o gás natural, a água desmineralizada e a implementação das duas propostas viáveis, representando 27,3% de redução nos gastos gás natural para a empresa.
Obtenção de mistura combustível através do fracionamento do bio-óleo da pirólise de biomassa
(2022-12-07) Aprile, Lucas Archivaldo ; Nava, Gustavo de Moraes ; Kuhn, Werner Heinrich Gai ; Tozi, Luiz Henrique Malucho ; Gonçalves, Daniel Rodrigues ; Francisco, Kelvin
A obtenção de fontes de energia mais limpas e renováveis é imprescindível para uma sociedade como a nossa, que atualmente tem um alto consumo energético e problemas ambientais agravantes. Nesse contexto, a biomassa é uma importante matéria-prima, e sua conversão pelo processo de pirólise gera um bioproduto chamado bio-óleo, um líquido escuro e viscoso que contém vários compostos químicos como: álcoois, aldeídos, fenóis e lignocelulósicos. A vasta gama de compostos presentes no bio-óleo despertou o interesse para o seu fracionamento. Visto isso, este trabalho procura contribuir e aprofundar-se na otimização e obtenção de um processo de produção de misturas combustíveis de origem verde através do fracionamento do bio-óleo proveniente da pirólise de biomassa.
Avaliação do efeito do banho de ultrassom na recuperação do ácido tereftálico a partir da despolimerização do poli(tereftalato de etileno)
(2023-02-15) Manfredi, Giovani Lucas Menegatti; Martins, Leonardo Toledo; Portela, Patricia Gomes; Braga, Renan Alves; Bezerra, William Pereira
Pelo fato do poli(tereftalato de etileno) (PET) ser um poliéster quimicamente estável e possuir um elevado número de aplicações, a sua produção e consumo vêm crescendo consideravelmente nos últimos tempos. O elevado consumo de materiais plásticos junto ao descarte inadequado, dão origem a alguns impactos ambientais que são alarmantes. Para minimizar os impactos ambientais gerados pelo descarte indevido do PET, são propostas técnicas de reciclagem. A reciclagem química tem instigado estudos por parte da comunidade científica, visto que podem ser obtidos produtos de alto valor agregado e que podem ser utilizados em novos processos industriais ou até mesmo para a sintetização de novas resinas PET. Neste trabalho foi tratado uma das etapas do processo de reciclagem química das resinas de poli(tereftalato de etileno) pós consumo, através da hidrólise em meio ácido com o auxílio do banho de ultrassom, com a finalidade de analisar quais são as melhores condições de reação para se obter o ácido tereftálico (PTA) com um grau de pureza adequado para ser reutilizado no processo de fabricação de resinas PET. Foram realizados experimentos utilizando soluções de ácido sulfúrico, nítrico e ácido fluorântimonico hexahidratado, sob aquecimento ou em banho de ultrassom. Como resultados, recuperou-se: 97,4 % do PTA através da solução de ácido sulfúrico 14 M sob aquecimento; 33,9 % do PTA através da solução de ácido nítrico 8 M sob aquecimento. Outros experimentos foram realizados utilizando as soluções ácidas sob aquecimento com a adição de um catalisador de transferência de fase (iodeto de tetrabutilamônio), apresentando resultados de recuperação de PTA satisfatórios, sendo que as massas obtidas de PTA mais que dobraram em relação aos experimentos em que não foram utilizados o catalisador de transferência de fase. Os experimentos utilizando soluções de ácido fluorântimonico hexahidratado 0,15 e 0,3 M sob aquecimento, não apresentaram resultados satisfatórios, não havendo nenhuma recuperação do ácido tereftálico. As mesmas soluções de ácido sulfúrico, nítrico e ácido fluorântimonico hexahidratado que foram submetidas ao aquecimento também foram colocadas em banho de ultrassom sem aquecimento, e os resultados dos experimentos obtidos utilizando o meio ácido em banho de ultrassom não foram satisfatórios, apresentando baixa recuperação do PTA quando utilizada as soluções de ácido sulfúrico 12 e 14 M, e as demais soluções ácidas utilizadas em banho de ultrassom não apresentaram nenhuma recuperação do PTA.

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