TCC - Engenharia Química

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ILATIT - Centro de Tecnologia e Infraestrutura - Bacharelado em Engenharia Química

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Desenvolvimento de Materiais Nanoestruturados para Aplicação em Conversores de Energia e Produção de Hidrogênio
(2019) Bernardi, Jacqueline Hahn; Góes, Márcio de Sousa
A busca por fontes alternativas de energia, principalmente matrizes renováveis, vem cres- cendo junto com a evolução industrial. Nesse contexto, o desenvolvimento de novos mate- riais para a produção de energia e combustível é fundamental para proporcionar o desenvol- vimento de novos dispositivos, mais eficientes, econômicos e ecológicos. As células solares sensibilizadas por corante são uma alternativa às células solares tradicionais, feitas de silício cristalino de elevada pureza, o principal atrativo desta tecnologia é o uso de matérias alter- nativos, em especial óxidos semicondutores, que têm menor custo de produção. Dentro des- tes semicondutores, o óxido de zinco (ZnO) chama a atenção devido as suas propriedades, em especial a mobilidade eletrônica, entretanto ainda apresenta diversas limitações quanto à estabilidade ao ser aplicado nos dispositivos solares sensibilizados por corante. Uma alter- nativa para otimizar os dispositivos solares é a otimização morfológica e estrutural do ZnO, que pode ser feita a partir da incorporação de líquido iônico (LI) durante a síntese do mate- rial. Neste trabalho foram sintetizadas amostras de ZnO com diferentes concentrações do LI TEA-PS.BF 4 (sigla do inglês 3-triethylammonium-propanesulfonic acid tetrafluoroborate) incorporado. A via de síntese escolhida foi a hidrotermal, por suas condições favoráveis de aplicação em larga escala. Os líquidos iônicos foram utilizados na síntese do ZnO em con- centrações de 5 e 15% (m/m), a 180 oC por 55 horas. Todas as amostras apresentaram uma única fase, confirmada pela análise de difração de raios X. Realizou-se o refinamento da estrutura cristalina pelo método de Rietveld e foi observado que o LI influência no tamanho do cristalito, na microdeformação e nos parâmetros da cela unitária. A partir dos pós sinteti- zados preparou-se uma pasta de cada uma das amostras e essas foram aplicadas, por deposi- ção mecânica, em um substrato de óxido condutor transparente. Ao caracterizar os filmes observou-se um aumento da porosidade para a amostra com 5% de líquido iônico e analo- gamente um aumento do tamanho médio dos poros. A espectroscopia Raman dos filmes mostrou um aumento do tamanho do cristalito com o aumento da concentração do líquido iônico, reafirmando os resultados observados no refinamento da estrutura cristalina. A ca- racterização eletroquímica das células evidenciou a melhoria do fotoânodo com 5% de LI, que apresentou uma eficiência de 2,23% e densidade de corrente de ~7 mA.cm - 2. Em com- paração, o fotoanodo sem LI apresentou uma eficiência de 1,93% e densidade de corrente de ~4 mA.cm - 2. Observou-se, por meio da espectroscopia de impedância eletroquímica, que o líquido iônico contribuiu para a redução da resistência interna de transferência de carga do dispositivo
Funcionalização de Nanocelulose Bacteriana (NCB) com Cinza Leve de Carvão Mineral (CL)
(2019-07-12) Kramer, Loise Rissini; Góes, Márcio de Sousa; Souza, Samara Silva de
A nanocelulose produzida a partir de bactérias, conhecida como nanocelulose bacteriana (NCB), ganhou um papel promissor como fonte alternativa em comparação às demais classes de celulose. Devido as propriedades excelentes como alta capacidade de retenção de água, alto grau de polimerização, nanoestrutura única, alta cristalinidade e alta resistência mecânica, esse material vem sendo amplamente estudado. As descobertas mostram que a NCB e seus derivados surgiram como um biomaterial avançado e proporcionam um futuro promissor em vários campos, como biomédico e farmacêutico, cosméticos, alimentos, têxteis e eletrônico. Em outra linha, a cinza leve de carvão mineral (CL), resíduo produzido em grandes volumes por termelétricas, é fonte de óxidos de silício e alumínio, aplicada por exemplo na construção civil e na síntese de zeólitas. Dessa forma, o objetivo deste trabalho foi funcionalizar a NCB com CL (NCB-CL), mais especificamente, avaliar as técnicas de funcionalização in situ e ex situ, e caracterizar os materiais, a fim de investigar as possíveis aplicações do compósito. A NCB foi produzida em cultura estática pela bactéria Komagataeibacter xylinus a 30 °C, em meio Hestrin & Schramm (HS). A metodologia avaliou a incorporação através de duas abordagens, in situ e ex situ, e os seguintes parâmetros: meios de incorporação (água, acetato de polivinila, ácidos nítrico e sulfúrico); temperatura; tempo de processo e concentração de CL. Foram caracterizados por difração de raio X e microscopia eletrônica de varredura a NCB, a CL e a NCB-CL produzida na melhor condição (ex situ, imersa em solução de 500 g CL/L, sob agitação em ultrassom à 60 °C, durante 1 hora). Além disso, a composição e a granulometria da CL foi avaliada por espectroscopia por dispersão de energia de raio X e granulometria a laser, respectivamente. Os resultados mostraram que através da funcionalização in situ houve uma limitação para o desenvolvimento do compósito. Por outro lado, a abordagem ex situ permitiu a incorporação da CL em biofilmes de NCB e foi mais efetiva em temperaturas mais elevadas, com alta concentração de CL. A CL possui majoritariamente mulita e quartzo, sendo as partículas em sua maioria esféricas e 90% com diâmetros menores que 120,059 ± 3,166 µm. A NCB foi produzida com alta pureza e o método ex situ resultou na incorporação de 6,0 g CL/g NCBseca no caso dos biofilmes de 24 poços e 6,9 g CL/g NCBseca para os de 96 poços, estando a CL incorporada entre as nanofibras de NCB. O comportamento observado por meio dos parâmetros avaliados na produção de NCB-CL são o primeiro passo para o estudo desse compósito.
Síntese de novos eletrodos de níquel-ferro para baterias de sódio-cloreto metálico
(2019-08-29) Silva, Caroline Machado da; Salgado, José Ricardo Cezar; Cantane, Daniel Augusto
Neste trabalho foi desenvolvido um método para sintetizar materiais metálicos com diferentes composições químicas. O método utilizou a rota de síntese por combustão, seguido da redução térmica em diferentes temperaturas, objetivando obter materiais com morfologia porosa. Os materiais sintetizados foram caracterizados por meio de difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura e voltametria cíclica. Os resultados mostraram que o método de síntese é eficaz na formação de ligas com morfologia porosa, principalmente para os materiais com maior quantidade de níquel. As voltametrias cíclicas sugeriram que esse tipo de morfologia produz materiais com maiores áreas superficiais eletroquimicamente ativas, que pode proporcionar o aumento da capacidade nominal das baterias de sódio-cloreto metálico por grama de material ativo, diminuindo seu custo.
Fabricação e caracterização de sensores eletroquímicos de baixo custo
(2019-12-07) Novais, Vinícius Campos de; Góes, Márcio Sousa; Setti, Grazielle de Oliveira
Sensores eletroquímicos tem se destacado recentemente para análises ambientais por apresentar características como baixo custo e facilidade de operação. Tendo isso em vista, o presente trabalho objetivou o desenvolvimento de um sensor eletroquímico à base de papel, de baixo custo e confecção simples. Inicialmente foi desenvolvida uma pasta condutora à base de carbono e óleo mineral para construção dos eletrodos, utilizando a proporção 60:40 m/m. Então os eletrodos foram preparados pela técnica de serigrafia, utilizando papel cartão como substrato. Uma impressora de corte foi utilizada para fabricar as máscaras com os desenhos dos eletrodos. Para melhor controle da área do eletrodo de trabalho e impedir aspersão da solução por capilaridade, foi adicionado uma barreira hidrofóbica de parafina líquida no verso do dispositivo, que penetrou as fibras do papel. Então, o sensor foi caracterizado por voltametria cíclica, utilizando íons Fe(CN)6 3-/Fe(CN)6 4- como analito. Foi determinada a janela de potencial útil do eletrodo, sendo de aproximadamente 1,1 V, em um intervalo de -0,5 a 0,6 V. A repetibilidade dos sensores foi avaliada pela comparação de 6 dispositivos diferentes, apresentando um desvio padrão relativo no máximo de 6%, sendo semelhante a valores encontrados na literatura. A reversibilidade de processos redox nos eletrodos foi avaliada. Por meio da equação de Randles-Sevcik verificou-se que há uma relação linear entre a corrente de pico e a raiz quadrada da velocidade de varredura, indicando que o sistema é reversível. Então, a área eletroativa do eletrodo foi obtida aplicando a mesma equação, sendo de 1,483 cm², o que corresponde a 2,7 vezes a área geométrica do eletrodo. Ao final, a resposta dos dispositivos foi avaliada para os íons Cu2+ e Hg2+. Ambos os metais foram detectados pelo sensor. O íon Cu2+ apresentou resposta na faixa de 0,5 a 5,0 mmol L-1 e o íon Hg2+ na faixa de 0,25 a 1,0 mmol L-1.
Avaliação da Qualidade dos Ácidos Graxos dos Azeites Extravirgem Comercializados na Tríplice Fronteira
(2020) Santos, Leticia Maria Simião
Sabe-se que a fraude alimentar é uma das principais ameaças à saúde pública, podendo assumir proporções consideráveis na economia, sociedade, política e na saúde dos consumidores. Diante desse contexto, a credibilidade na identidade dos produtos alimentícios é de extrema importância, desde a matéria-prima até a sua comercialização.. Este trabalho teve como objetivo estabelecer metodologias analíticas para a identificação da presença de adulteração em azeites de oliva extravirgem e aplicá-las na avaliação da qualidade de azeites de oliva extravirgem comercializados na região da tríplice fronteira. Foram realizadas análises de determinação da composição e qualidade dos azeites de oliva extravirgem, sendo elas o índice de acidez e determinação do coeficiente de extinção específica por absorção na região do ultravioleta.Os perfis de ácidos graxos foram determinados por cromatografia em fase gasosa com detector de ionização de chama (CG-DIC) e os compostos orgânicos voláteis extraídos por microextração em fase sólida (MEFS) seguido de análise por cromatografia em fase gasosa acoplada a espectrometria de massas (CG-EM). Foram avaliadas 22 amostras de azeite extravirgem de oliva e 14 amostras de óleos de origem animal e vegetal, para avaliação de possíveis fontes de adulteração. Para as marcas de azeites de oliva extravirgem avaliadas, o índice de acidez encontra-se fora do padrão estabelecido pela legislação para 13,6% das amostras. Para os valores de extinção específica das amostras, foi constatado que somente 36% das amostras apresentaram resultados em concordância com o preconizado pela legislação brasileira. A análise de perfis de ácidos graxos indicou que o ácido oléico (C18:1n-9c) é o ácido graxo presente em maior concentração nas amostras de azeite de oliva extravirgem não adulteradas, mostrando um comportamento inverso com relação aos ácidos linolênico (C18:2n-6c) e linoleico (C18:3n-3). A análise de ácidos graxos fornece a informação mais confiável com relação a presença de adulteração, e considerando os resultados obtidos, 31,8% das amostras avaliadas encontram-se adulteradas, possivelmente com a adição de óleo de soja. Esta hipótese foi levantada em razão dos valores elevados do ácido linolênico (C18:2n-6c), encontrado em todas as amostras adulteradas. A análise dos componentes principais dos dados de compostos orgânicos voláteis indicou um agrupamento das amostras adulteradas e não adulteradas, de acordo com o seu país de origem, confirmando um padrão existente nas amostras.
Obtenção de Mosto de Cevada: Extração em Leito Fixo e Diagramas de Equilíbrio
(2020-09-19) Hasper, Gustavo Alejandro Duarte
A produção artesanal de cerveja tem ampla afinidade com as atribuições do engenheiro químico, sendo apto a desenvolver e otimizar rotas químicas para a obtenção dos vários tipos da bebida, além de dimensionar os diversos processos unitários presentes na produção de cerveja. Nesse sentido, este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de um modelo matemático e a análise experimental do processo de extração contínua, em leito fixo, de sólidos solúveis do malte de cevada. Além disso, foi realizado o estudo do equilíbrio sólido-líquido e a construção de diagramas de equilíbrio. Para a primeira etapa, isto é, o estudo do equilíbrio sólido-líquido, foram obtidos dados experimentais do sistema água + sólidos solúveis + sólidos insolúveis de malte de cevada, empregando três níveis de temperatura (60 ºC, 65 ºC e 70 ºC) e três níveis de razão sólido/solvente (0,15; 0,20 e 0,25). O procedimento de extração foi conduzido por um tempo de 5400 s (tempo médio de mosturação), utilizando uma fina camada de malte. A fração mássica de soluto no equilíbrio na fase líquida foi determinada ajustando-se os parâmetros de um modelo cinético empírico de primeira ordem aos dados experimentais. A fração mássica de soluto no equilíbrio na fase sólida foi calculada a partir de um balanço de massa para os sólidos solúveis do malte, se baseando na quantidade de soluto e de inerte inicialmente presentes no sólido. A massa de solvente retida no sólido por massa de inerte foi determinada experimentalmente por filtração seguida de secagem em estufa a 105 ºC por 24 h, resultando em um valor constante aproximadamente de 1,39. Os diagramas construídos a partir dos dados obtidos demonstram a influência da temperatura e da razão sólido/solvente nas frações mássicas de equilíbrio e, além disso, revelam a diferença da distribuição de sólidos solúveis entre as fases sólida e líquida. Para a segunda etapa, o procedimento de extração em leito fixo foi conduzido com equipamento em escala experimental, empregando dois níveis de temperatura (60 ºC e 70 ºC) e dois níveis de razão sólido/solvente (0,15 e 0,25), por um tempo de 5400 s. O modelo matemático foi desenvolvido baseado na hipótese de que as paredes celulares da matriz vegetal estão totalmente quebradas e, portanto, toda a fração solúvel do malte está complementa livre. O conjunto de equações diferenciais parciais obtido foi transformado em um conjunto de equações diferenciais ordinárias, aplicando o método de discretização por diferenças finitas na dimensão axial do leito, e resolvido numericamente por meio do software Scilab®. O modelo desenvolvido apresentou bom ajuste aos dados experimentais, principalmente para aqueles obtidos com razão sólido/solvente igual a 0,15. Além disso, foi possível observar o perfil de fração mássica de soluto na fase líquida em função da altura do leito, parametrizado no tempo, e o perfil de fração mássica de soluto na fase líquida em função do tempo, parametrizado na posição. Apesar das curvas de extração simuladas pelo modelo matemático se ajustarem aos dados obtidos experimentalmente, sugere-se o estudo de outras variáveis na influência do processo, como pH e granulometria, a fim de se obter resultados mais gerais e que levam em consideração variáveis importantes do processo.
Estudo do Potencial de Biomassas Residuais para Produção de HMF
(Cristian Acker Godoy, 2020-12-23) Godoy, Cristian Acker
A crescente demanda pelo uso de combustíveis e a diminuição de reservas energéticas não renováveis, têm impulsionado pesquisas na área de energias renováveis, destacando-se o uso de biomassas de baixo custo para a geração de biocombustíveis e de outros produtos químicos. Diversas biomassas residuais possuem destinação com baixo valor agregado. O 5-hidroximetilfurfural (HMF), por ser um produto que advém da desidratação de sacarídeos, pode ser obtido a partir de diversas biomassas, permitindo a valorização da matéria-prima empregada. Este composto pode apresentar grande valor industrial, por ser um elemento precursor a outras substâncias, pois com a rota sintética correta, pode ser convertido em muitos outros compostos de interesse industrial. Para ter eficiência na produção de HMF, uma biomassa precisa apresentar algumas características em sua composição, como apresentar alto teor de monossacarídeos, ausência de inibidores da reação de síntese de HMF, e facilidade de acesso a sacarídeos em suas estruturas celulares. Deste modo, este trabalho teve como objetivo relacionar parâmetros de caracterização da biomassa, como o teor de açúcares redutores, sólidos solúveis totais, e os espectros obtidos pelas técnicas espectroscópicas em espectrômetro de infravermelho com transformada de fourier e sensor de reflectância total atenuada (FTIR-ATR) e de reflectância na região do infravermelho próximo (FT-NIR), com a formação de HMF, após a catálise ácida. Foram avaliadas as biomassas agrícolas residuais de bagaço de cana-de-açúcar, restolho de milho, rama de mandioca, pseudocaule de bananeira e a biomassa de frutos de manga. Este último é um resíduo urbano, amplamente utilizado para sombreamento nas cidades da região oeste do Paraná. Para o preparo da biomassa, procedeu-se um método de secagem de maneira natural, seguido de secagem em estufa a 45ºC e moagem em moinho de bolas. No âmbito da síntese de HMF, empregou-se uma catálise ácida homogênea, empregando HCl a 0,50 mol L-1 e n-butanol como solvente extrator. As quantificações de HMF e furfural (coproduto da síntese) foram avaliadas em um equipamento de Cromatografia Líquida de Alta Eficiência acoplado a um detector de diodos (HPLC-DAD). O método foi desenvolvido, empregando o ácido 2,5-furanodicarboxílico (FDCA) como padrão interno e uma fase móvel ácida com tampão de citrato para a melhor separação dos picos dos analitos. O método atendeu as normativas vigentes quanto a linearidade, repetibilidade e recuperação. Com relação às biomassas estudadas, a maior eficiência de síntese de HMF foi observada para as biomassas de frutos de manga e bagaço de cana-de-açúcar, as quais apresentaram uma produção superior a 40 kg de HMF por tonelada de biomassa. As demais biomassas apresentaram uma aplicabilidade na síntese, com produção de HMF superior a 5 kg por tonelada de matéria-prima. O tratamento quimiométrico dos espectros obtidos pelas técnicas espectroscópicas de FTIR-ATR e FT-NIR permitiu a distinção entre as diferentes fontes de biomassa. O Scores PC1 vs PC4 apresentou bom resultado de caracterização de biomassas, sendo os espectros de infravermelho próximo nas amostras de biomassa, de fase orgânica de síntese, e os valores de açúcares redutores, as variáveis que mais influenciaram na separação das características de cada biomassa.
Controle de Qualidade em E-liquid Utilizados para Cigarros Eletrônicos
(2021) Ramirez Cabrera, Martha Belén; Orientação
Os líquidos de “vape” (e-liquids) são as essências utilizadas nos cigarros eletrônicos, podendo ser juice e/ou Nicsalt; sendo juice aquele que possui nicotina na sua base livre, e Nicsalt o produto da reação entre a nicotina e um ácido, neste caso o ácido lático. Os e-liquids utilizados por jovens e adultos com fins recreativos; alívio do estresse; e como mecanismo de abandono do vício do cigarro convencional. Para que os consumidores tenham acesso a um produto de qualidade é necessário a realização do controle físico-químico de qualidade desses produtos, principalmente a análise do teor de nicotina o qual, segundo estabelecido por normativas mundiais, não deve exceder o valor de 20 mg/mL. Nesse sentido, este trabalho teve por objetivo analisar amostras de e-liquids do tipo juice e Nicsalt para verificar a sua qualidade. Para isso, as amostras foram analisadas quanto aos parâmetros físico-químicos: pH, densidade, viscosidade, além disso foram avaliadas algumas propriedades organolépticas (visual, gustativa, tátil e olfativa) e análise do teor de nicotina. Foram avaliados 3 tipos de juice (3 mg/mL) e 3 Nicsalt (50 e 35 mg/mL) em 3 lotes diferentes de cada tipo de e-liquid. Os sabores de juice analisados foram manga (M), morango (SB) e mirtilo (BB) enquanto as de Nicsalt foram mentol (CM), brullé (CB) e Cmentol (CO). O teor de nicotina foi determinado pelo método de titulação potenciométrico por reação de neutralização com ácido clorídrico 0,1M. Dentre as amostras analisadas de juice, considerando os valores teóricos do produto o resultado obtido foi: apenas as amostras M2, M1 e SB1 atingiram os valores mais próximos sendo respectivamente 2,920, 2,831 e 2,798 mg/mL; as amostras BB3, SB2 e SB3 obtiveram valores menores que as primeiras de 2,433 até 2,677 mg/mL; e as restantes das amostras BB1, M3 e BB2 com valores menores a 2,351 mg/mL inclusive considerando uma tolerância de 5%. As amostras de Nicsalt apresentaram diferenças em relação ao valor teórico do produto, em que os valores mais próximos foram de 47,86 mg/mL a 32,05 mg/mL nas amostras CM1 (50 mg/mL) e CO3 (35 mg/mL) respectivamente; de 40,32, 42,31 e 43,23 mg/mL nas CM3, CB2 e CB1 de valor teórico de 50 mg/mL; as amostras CO1 e CO2 correspondentes a 35mg/mL teóricos, com 29,14 e 31,04 mg/mL; finalmente a que apresentou a maior diferença, a CM2 com 34,92 mg/mL para a apresentação de 50 mg/mL, das quais nenhuma conseguiu atingir a aprovação inclusive com a tolerância de 5%. As amostras de juice apresentadas estão dentro dos parâmetros estabelecidos pela regulamentação da união europeia em relação a concentração de nicotina sendo de 20 mg/mL, em contrapartida as amostras de Nicsalt não se encontram aprovadas, considerando a utilização de dita regulamentação. Nas propriedades organolépticas avaliadas a maioria das amostras, tanto juice quanto Nicsalt não mantém um padrão de produção, haja vista a mudança de coloração entre os lotes dos mesmos sabores. Os parâmetros analisados ressaltaram a necessidade da padronização do processo industrial, a fim de garantir a homogeneidade nos produtos com lotes diferenciados.
Análise da viabilidade da produção de etanol a partir dos resíduos orgânicos alimentícios da cidade de Foz do Iguaçu/PR para aplicação como combustível automotivo
(2021) Lins, Gabriela Kaenna Zeni Navarro; Furtado, Andréia Cristina
O etanol é um biocombustível que possui uma crescente participação na matriz energética brasileira, que tem como matéria-prima tradicional a cana-de-açúcar. Contudo novas alternativas estão ganhando espaço no mercado, introduzindo o conceito do etanol de segunda geração. Assim, qualquer matéria-prima que possua algum tipo de sacarídeo pode ser transformada em álcool, como os resíduos orgânicos, por exemplo. A cidade de Foz do Iguaçu dispõe de uma grande taxa de geração desses resíduos por habitante, assim possui um grande potencial de instalação de uma planta de produção de etanol. Assim esse trabalho objetivou a aplicação desse processo no município, tendo inicialmente a realização de uma revisão bibliográfica das rotas de produção de etanol tradicional e a de segunda geração, especificando o processo para cada tipo de biomassa. Além de uma pesquisa sobre o cenário do mercado do combustível, o trabalho reuniu os principais estudos encontrados nas plataformas digitais sobre essa temática e por fim, propôs uma metodologia com os principais resultados encontrados. Nos cinco estudos analisados, as operações de trituração e secagem da biomassa mostraram-se essenciais para o processo, dado que diminuem o tempo necessário para a sacarificação da matéria-prima. Além disso, a hidrólise ácida seguida pela detoxicação do meio foi a metodologia que apresentou melhores resultados, visto que a última é importante pois o produto final não apresentou os inibidores fermentativos HMF e furfural. Os dados sobre a geração de resíduos orgânicos na cidade mostraram que mensalmente, cerca de 9000 toneladas são destinadas ao aterro sanitário, assim o trabalho considerou um terço desse montante para a aplicação. Na simulação do processo, o custo com equipamentos foi de R$ 431.060,00. e considerando uma taxa de geração de 67 litros de etanol por tonelada de resíduo, a receita gerada foi de R$ 643.200,00 mensais. A análise econômica do projeto seguiu a metodologia Venture Profit que considera o lucro relativo estimado que engloba fatores como custo de matéria-prima, custos de utilidades e deduções de imposto de renda, dentre outros. O lucro do empreendimento encontrado foi positivo, o que demonstra que esse projeto se trata de um investimento vantajoso, que assume e garante um bom retorno apesar dos riscos.
Produção de carvão ativado a partir de resíduos de erva-mate para tratamento de água
(2021) Orientação
A erva-mate é uma planta muito utilizada no sul do Brasil, consumida, principalmente, sob a forma de chimarrão e tererê. Durante o processamento da erva-mate na indústria, muitos resíduos são gerados, estima-se que cheguem a cinco toneladas por hectare plantado. Desta forma, este trabalho teve por objetivo utilizar deste resíduo para tratar contaminantes em água. Preparou-se seis amostras entre resíduos do talo e da folha, sendo duas in natura e quatro de carvão ativado por meio de tratamento térmico e químico. O tratamento térmico foi feito em mufla a 500 ºC, por uma hora e meia. O tratamento químico foi feito por impregnação de ácido fosfórico P.A., por 30 minutos, a 80 ºC, sob agitação. Realizou-se os estudos cinéticos a partir das amostras em contato com uma solução de 100 mg/L de azul de metileno, sendo analisados durante 24 horas em tempos pré-determinados. Os resultados foram analisados a partir de pseudo-primeira ordem, pseudo-segunda ordem e Elovich. Também foi feita análise de equilíbrio de adsorção, com concentrações variando de 5 a 1000 mg/L. Analisou-se os resultados a partir das isotermas de Freundlich, Langmuir e Sips. Os dados mostraram que a amostra de carvão feita a partir do talo e com impregnação antecipada do ácido apresentou maior capacidade de adsorção de 449,05 mg/g com eficiência de remoção variando de 70 a 95% do corante azul de metileno. No teste cinético o equilíbrio foi atingido em 24 horas. Através dos resultados obtidos pode-se concluir que o carvão ativado feito a partir do resíduo da erva-mate tem potencial para ser utilizado no tratamento de contaminantes de água.
Projeto e Construção de um Reator Químico Batelada para Utilização como Ferramenta Didática
(2021) Dutra, Renato; De Melo, Julio Cesar; Orientação
A utilização de ferramentas didáticas possui um papel fundamental para o desenvolvimento das capacidades de ensino e aprendizagem. Porém, nos laboratórios de engenharia das universidades, nem sempre estas ferramentas estão disponíveis devido ao alto custo de equipamentos, tais como, bancadas didáticas de reatores, colunas de destilação, e demais equipamentos. Deste modo, neste trabalho foi projetada e construída uma bancada didática automatizada e de baixo custo para a produção de biodiesel por transesterificação como ferramenta para uso em disciplinas como engenharia das reações químicas, operações unitárias e controle de processos químicos, trazendo e explorando as possibilidades da cultura maker para o ensino de engenharia química.
Estudo da potabilidade da água e a importância de seu controle de qualidade no fluxo de produção das indústrias farmacêuticas
(2021-06-11) Molluce, Donald; Furtado, Andréia Cristina
A indústria farmacêutica faz parte das indústrias que mais consome água dentro dos seus processos de produção e como fonte de utilidade. Todos os tipos de água empregada para este setor tais como: água potável, água reagente, água pura, água ultrapura e água para injetáveis devem estar em adequação com as normas de potabilidade e de purezas vigentes. Devido ao fato que a água é incorporada diretamente ao produto, é de extrema importância garantir a qualidade da água de processo na produção das formas farmacêuticas. Neste sentido, o objetivo deste trabalho foi realizar uma revisão bibliográfica para avaliar a potabilidade da água e a importância do seu controle de qualidade no fluxo de produção das indústrias farmacêuticas. De acordo com os dados obtidos, verificou-se que os tipos de água de processo nas indústrias farmacêuticas devem estar em conformidade com os parâmetros preestabelecidos nas farmacopeias e nas portarias da Agência Nacional de Vigilância Sanitária. O controle da qualidade da água do processo é garantido por um conjunto de processos de monitoramento contínuo do sistema de produção de água, que visa identificar qualquer desvio dos parâmetros físico-químicos e microbiológicos que não estejam em conformidade com os limites estabelecidos para tais parâmetros, a fim de corrigi-lo. Sendo a água considerada uma fonte de contaminação, caso não seja realizado um controle rigoroso, os produtos farmacêuticos podem sofrer atenuação de suas eficácias e até podem ser tóxicos aos seres humanos e aos animais domésticos.
Estudo da Utilização da Vinhaça Biodigerida e não Biodigerida dentro de uma Indústria Sucroalcooleira
(2022) Angarita, Kenny Yusimy Garcia; Caputo, Miguel; Orientação
A vinhaça é gerada pela produção de etanol na etapa de destilação do álcool. Esse subproduto é composto por vários elementos importantes para o desenvolvimento vegetal, podendo ser utilizado no processo de fertirrigação e para a produção de biocombustíveis. A digestão anaeróbica (DA) de efluentes (vinhaça) nas biorrefinarias de cana-de-açúcar pode melhorar o balanço energético no processo de produção de bioetanol e a harmonização ambiental do descarte de resíduos. Este estudo visa simular e analisar a viabilidade econômica e ambiental da inclusão do processo de DA da vinhaça em uma biorefinaria de produção de etanol 1G com co-geração para produção de biogás, CBIOS e geração de energia, onde a unidade simulada tem uma capacidade de moagem anual de 4,0 milhões de toneladas (833 toneladas/h), com o auxílio da ferramenta RenovaCalc utilizada pela RenovaBio e do software EMSO. De acordo com o cenário estudado, observou-se um aumento de 4,71% na geração de energia em relação à simulação sem DA. Através da RenovaCalc obteve-se a nota de eficiência energética e quantidade de CBIOS gerada, dessa maneira, verificou-se que para o caso com a DA da vinhaça ocorreu um aumento na produção de CBIOS, de aproximadamente 0,55 ton/h. Em relação a viabilidade econômica, os casos abordados (com e sem DA) apresentam VPL > 0, o que significa que ambos os casos de estudo representam um investimento favorável. O processo com DA obteve um VPL de US$ 190.878 milhões e, sem DA possui um VPL igual a US$ 207.651 milhões. Em relação à análise de sensibilidade aplicada, constatou se uma diminuição na VPL para cada vez que o preço de venda do CBIOS e da eletricidade foram aumentados para o caso sem DA. No caso da unidade com DA, foi observado que quando o preço do CBIOS excede 958,64 UDS/ton, há um VPL maior em comparação com a unidade sem DA. O mesmo fato ocorre quando o preço de venda de eletricidade está acima de 117,94 USD/MWh. Portanto, a análise sem DA resulta em um investimento com maior vantagem econômica em relação ao processo com DA, pois para o segundo, é necessário que o CBIOS ou a eletricidade excedam os valores de venda encontrados
Síntese e Análise do Processo de Produção de Briquetes Constituídos com Resíduos Lignocelulósicos e Matéria Graxa
(2022) Borne, Kelly; Orientação
A fabricação de briquetes é ainda pouco difundida no Brasil apesar de seu grande potencial no país, surgindo como uma alternativa sustentável para o aproveitamento energético de resíduos sem muito valor agregado e em sua grande parte oriundos de outros processos produtivos. O presente estudo tem como principal objetivo realizar a síntese, dimensionamento, análise e a avaliação econômica do processamento de resíduos lignocelulósicos e matéria graxa para a produção de briquetes. Foi utilizado o método Generalized Reduced Gradient para encontrar a composição do briquete para as matérias-primas escolhidas. A árvore de estados foi elaborada com inúmeras rotas tecnológicas e ao aplicar as regras heurísticas foi obtido o fluxograma próximo ao ótimo. O dimensionamento foi realizado considerando os equipamentos que foram utilizados para a fabricação do briquete conforme suas dimensões características e a análise econômica preliminar foi realizada utilizando o critério Venture Profit. Foram definidos como matérias-primas os resíduos de casca de arroz, poda de árvore, bagaço de cana-de-açúcar e óleo lubrificante residual sendo este último oriundo de empreendimentos como postos de gasolina, oficinas mecânicas, transportadoras e instalações industriais. A composição ideal encontrada foi de 75,23%, 4,16%, 14,57% e 6,04% respectivamente. A partir do fluxograma ótimo obtido com a árvore de estado e o dimensionamento dos equipamentos foi atingido um lucro do empreendimento de US$ 206.341,23 para uma vida útil de 10 anos, mostrando desta maneira que o processo é viável ambientalmente e economicamente.
Produção de Bioiogurte utilizando o Extrato da Casca da Romã como Antioxidante Natural
(2022) Centurión Barrios, Sara Belén; Orientação
A legislação brasileira define o iogurte como um produto onde as bactérias Streptococcus salivarius subsp. thermophilus e Lactobacillus delbrueckii subsp. Bulgaricus são cultivadas de forma protosimbiótica com objetivo de realizar uma fermentação. O iogurte é considerado um dos alimentos mais completos, no entanto, como fonte de compostos fenólicos é considerada deficiente devido a escassa concentração presente no mesmo. Razão pela qual se realizam diversos estudos em torno da sua suplementação. Uma das formas mais estudadas é por meio da utilização de extratos de resíduos agroindustriais que a maioria das vezes tem uma composição bioativa similar ou superior ao produto do qual são retirados, isto considerando a alta demanda por parte dos consumidores por alimentos de origem natural e isentos no maior possível de aditivos sintéticos ou conservantes. A romã (Punica granatum L.) desperta o interesse da população, produtores e pesquisadores por conter compostos fenólicos que atuam como antioxidantes. Muitos estudos demonstraram que as maiores quantidades destes compostos se encontram na casca, que ainda é tratada como resíduos. Por tudo isso, este trabalho tem como objetivo avaliar a presença dos compostos fenólicos presentes na casca de romã e estudar o seu uso como potencial aditivo natural para o enriquecimento de iogurtes. Para isso se analisou a composição bioativa da casca da romã por meio da cromatografia de camada delgada e da espectrometria de ultravioleta visível. Além disso, se avaliou a melhor condição de extração dos compostos fenólicos, como também se determinou o teor de umidade e a partir dos mesmos se elaborou um extrato adicionado aos iogurtes preparados a partir de leite ultrapasteurizado e iogurte natural. Também, se realizou a determinação da composição fenólica bem como do pH tanto do iogurte com extrato quando sem extrato. Por meio da cromatografia de camada delgada se comprovou a presença de um subgrupo dos compostos fenólicos, os taninos hidrolisáveis, a espectrometria de ultravioleta visível aliado aos dados da literatura deu indícios da presença da punicalagina na casca da romã, o teor de umidade da mesma encontrado foi bastante elevado equivalente a 75,17% bu. A melhor condição de extração dos compostos fenólicos resultou a partir de utilização da casca de romã úmida (195461,50 μg EAG/g amostra) já que a secagem desencadeou uma diminuição da concentração de compostos fenólicos (15324,82 μg EAG/g amostra). Enquanto aos iogurtes, se observou um aumento importante dos fenólicos quando adicionado o extrato da casca da romã, o teor de compostos fenólicos do iogurte sem extrato foi de 207,095 μg EAG/g amostra, enquanto, para o iogurte com extrato foi de 2534,060 μg EAG/g amostra. Quanto a análise de pH, observou-se que a incorporação do extrato não ocasionou uma alteração significativa. O estudo realizado mostrou que a casca da Punica granatum L. apresenta compostos bioativos que podem ser utilizados como aditivo natural no iogurte, sem alterar de maneira significativa o seu pH.
Tecnologias para Reaproveitamento de Produtos Apreendidos pela Receita Federal
(2022) Arias, Adrian Ernesto More; Oliveira, Hugo Andrade G. de
No Brasil, especialmente na cidade fronteiriça com Paraguai e Argentina, Foz do Iguaçu, o cigarro e bebidas alcoólicas são apreendidos pela Receita Federal de forma constante, devido ao mercado contrabandista. O descarte dos produtos contrabandeados geralmente é realizado de forma inadequada, então foram avaliadas tecnologias para o aproveitamento de bebidas e cigarros contrabandeados apreendido pela Receita Federal, aplicando na produção de álcool 70% e na síntese de carvão ativado, respectivamente. A partir da destilação das bebidas alcoólicas resultaram em 3 lotes de álcool 70º INPM, no qual foram aplicadas análises químicas e físicas que ao serem comparadas com o álcool comercial tiveram valores semelhantes, com exceção de uma amostra. Além disso, foram analisados 4 adsorventes sintetizados a partir do tabaco dos cigarros, além do tabaco in natura. Os carvões foram sintetizados a partir de ativação química (H3PO4 ou NaOH) e ativação física (1 hora em mufla a 750°C). O carvão ativado T2 (ativação química com ácido seguido de ativação térmica), obteve melhores resultados a partir das análises químicas e físicas, sendo a isoterma de Sips foi a mais adequada enquanto na cinética de adsorção de pseudo-segunda-ordem. Além disso, o carvão ativado se mostrou eficiente para a remoção da cor do efluente da destilação da bebida alcoólica contrabandeada.
Avaliação da Incorporação de Dolomitas Saturadas com Solução Sintética de Fosfato em Hidrogéis para possível Aplicação como Condicionante de Solo
(2022) Bonfim, Ghessyca Aparecida do; Orientação
A maior parcela do uso de água potável do planeta é direciona para agricultura e pecuária, resultado do desenvolvimento populacional e econômico. Alternativas que visam contribuir para a redução do consumo e para o tratamento de água são importantes fontes de pesquisa. A dolomita é uma rocha sedimentar com grandes concentrações de carbonato de cálcio e magnésio (CaCO3/MgCO3), abundante na natureza no formato de rochas dolomíticas, possui baixo custo e pode atuar adsorvente, sendo alternativa no tratamento de águas residuárias. Entretanto, uma vez saturada, é imprescindível que esta seja descartada corretamente, evitando assim danos ao meio ambiente. Frente a isso, uma opção é reutilizar a dolomita saturada como fonte de nutrientes para solos e plantações. O objetivo dessa pesquisa foi caracterizar dois tipos de dolomita, in natura e purificada, e saturar com solução aquosa concentrada de fosfato de potássio e assim analisar a capacidade de adsorção da dolomita. Em seguida empregar essa dolomita saturada em polímeros absorventes. Os resultados apontaram que a porcentagem de adsorção da dolomita in natura, considerando soluções com concentrações de fosfato de 20, 30 e 40ppm foi de 35%, 25% e 24%, respectivamente, enquanto para a dolomita purificada, a capacidade de adsorção foi de 89,4%, 93,5% e 95,6% respectivamente. As análises no FTIR foram realizadas na faixa média de 4000 a 400cm-1, e as principais bandas atribuídas foram ao carbonato e magnésio. No MEV-EDS os resultados demonstraram a presença de oxigênio (O); cálcio (Ca); carbono (C); magnésio (Mg) e silício (Si). Após a saturação, as dolomitas foram incorporadas ao poliacrilato de sódio, onde foi verificado que a dolomita in natura apresenta grau acentuado de resíduos na amostra, já para a dolomita purificada todas as amostras em poliacrilato foram dissolvidas.
Impacto do Óleo Residual de Fritura e a sua Valorização para a Indústria
(2022) Ducles, Obed; Orientação
A demanda de alimentos fritos ou pré-fritos, vêm aumentando bastante nessa última década, uma vez que estes são vistos como uma das maneiras mais rápidas de preparo de certos alimentos. Então, com essa mudança de hábitos alimentares, vem crescendo significativamente o volume de óleo residual vindo do processo de frituras. E esses resíduos, quando são descartados inadequadamente, representam grandes riscos de contaminação para a água e o solo. Devido aos danos que o óleo residual pode causar no meio ambiente, têm sido desenvolvidas pesquisas por mecanismos ou processos que diminuam e evitem poluição e contaminação dos recursos naturais. Assim, este presente trabalho tem como objetivo avaliar o impacto do óleo residual de fritura sobre o meio ambiente e, em contrapartida, a sua valorização por meio do seu reaproveitamento ou sua reciclagem. A metodologia foi baseada em um levantamento bibliográfico em que foram selecionados trabalhos que abordaram os impactos ambientais do óleo residual e aqueles que utilizam biodiesel como modo de reaproveitamento, empregando o processo de transesterificação metílica em meio básico. Considerou-se uma mini-usina de biodiesel com capacidade de produção de 20000L/mês. A partir dos resultados obtidos verificou-se que o investimento necessário para montar uma mini-usina com capacidade de 240000L/mês é em torno $94500. Este valor de investimento apresenta-se como uma proposta economicamente viável com um tempo de retorno (Payback) aproximadamente a 3,4 anos. Além de economicamente viável, a mini-usina é considerada como um ganho ambiental também, pois trata-se de um processo sustentável onde será retirado de circulação um resíduo altamente poluente.
Produção de uma Pastilha Porosa a partir de Resíduos de Polipropileno e seu Potencial Preliminar de Adsorção de Óleo Diesel
(2022) Jesus, Luis Guilherme Soatos de; Orientação
Dado o potencial poluidor de óleos e gorduras e suas consequências a curto e longo prazo é necessário pensar em alternativas para minimizar e reduzir o descarte incorreto e também, remediar os danos causados. Dentre as medidas de contenção e remediação em situação de derramamento de óleos está a utilização de sorventes. O Polipropileno, é um polímero de origem sintética derivado do petróleo, utilizado nos mais diversos fins industriais, como os copos descartáveis e, também, é utilizado como matéria-prima dos sorventes, já que possui uma estrutura molecular predominantemente apolar, propícia para a adsorção de óleos e gorduras devido a afinidade molecular. Visando atenuar os impactos de outra problemática ambiental, o acúmulo dos plásticos na natureza devido ao consumo desenfreado e a descartabilidade destes materiais, foi então escolhido reciclar polipropileno descartado para síntese de uma pastilha macroporosa para investigação do seu potencial de adsorção de óleo diesel. A pastilha foi sintetizada utilizando-se da metodologia Thermally-Induced Phase Separation (TIPS). A pastilha apresentou um potencial de adsorção satisfatório, já que para o óleo diesel, foi capaz de adsorver pouco mais de 3 vezes o seu próprio peso, apresentando uma ótima linearidade entre os pontos, comum R 2 de 0,9976 para a adsorção primária. Foirealizada a centrifugação das pastilhas a uma velocidade média de 4000 rpm para remoção do óleo residual sendo capaz de dessorver 82,69% do óleo diesel adsorvido. Não realizando a etapa de centrifugação após a exposição ao óleo e, ao invés disso, deixando-a em repouso por 24 h em papel absorvente para saída natural do óleo, obteve uma dessorção de apenas 38,44% e, com isso, uma adsorção secundária de cerca de 1,5 vezes a sua própria massa.
Avaliação do Potencial Energético do Biogás oriundo de Resíduos Orgânicos Alimentares gerados na Região da Vila C em Foz do Iguaçu/PR
(2022) Silva, Igor Nogueira da; Orientação
O biogás é produzido por fontes antropogênica e natural, cuja composição provém do metano, gás carbônico e outros gases em menores porcentagens. É o principal produto da digestão anaeróbia de resíduos orgânicos, dentre os quais destacam-se os alimentares, cuja geração global anual é de aproximadamente 1,6 bilhão de toneladas. O biogás também é fonte energética, cujas aplicações são para conversão em energia térmica, elétrica e como combustível. O produto secundário da digestão anaeróbia é o digestato, que possui alto teor de nutrientes e pode ser aproveitado como biofertilizante. Neste contexto, a Região da Vila C em Foz do Iguaçu/PR contém uma produção anual de 3.899 ton/ano de resíduos orgânicos alimentares, que foram o substrato escolhido na modelagem de um sistema de digestão anaeróbia, para avaliação do potencial energético do biogás produzido sob dois cenários: O Cenário 1, que continha a utilização de 100% do biogás para conversão em energia térmica, com foco na substituição do gás GLP de botijões; e o Cenário 2, pela utilização de 100% do biogás para conversão em energia elétrica, com o envio de parte da energia para manutenção da planta de digestão anaeróbia e pela comercialização do excedente. Os dois cenários foram modelados no software RETScreen Expert com o biogás na forma de biometano e analisados como projetos de 20 anos com o auxílio de 4 parâmetros econômicos: VPL (Valor PresenteLíquido), TIR (Taxa Interna de Retorno), Payback e fluxos de caixa acumulados. Também verificou-se a sensibilidade dos cenários e avaliados seus limites para viabilidade econômica. Além disso, calculou-se a capacidade de produção de biofertilizantes sólidos e líquidos a partir do digestato. Para o Cenário 1, obteve-se um biogás com potencial energético de 1.142.881,95 Mcal/ano, energia térmica equivalente a 70.137 kg de gás GLP ou 5.395,15 botijões. Para o Cenário 2, a capacidade de conversão em energia elétrica foi de 480.470 kWh/ano, com 89.686,2 kWh direcionados à manutenção da planta e 390.783,8 kWh para comercialização. Na análise dos cenários, o Cenário 1 sobressaiu em relação ao Cenário 2 pelo VPL, TIR e Payback, além de um fluxo de caixa acumulado cerca de 8 vezes maior, demonstrando maior lucratividade. Quanto à sensibilidade, o Cenário 1 apresentou um limite máximo do preço do combustível em R$ 1,36/m3 e o valor mínimo médio do preço do botijão de gás GLP de R$ 45,05. Para o Cenário 2, o limite máximo médio para a taxa de inflação foi 7,07% e o limite mínimo do preço da eletricidade exportada foi R$ 523,50/MWh. Em relação a produção de biofertilizantes, verificou-se que 526.419 kg de biofertilizantes sólidos com 30% de umidade ou 3.372.981 L de biofertilizantes líquidos podem ser obtidos anualmente. A utilização do biogás proveniente de resíduos alimentares para posterior recuperação energética apresenta grande potencial de crescimento no Brasil, podendo começar em pequenas regiões e contribui também para a redução do efeito estufa.

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