TCC - Engenharia Química

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

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    Sensor para monitoramento de metais pesados em efluentes industriais
    (2023) Simões, Sara Adrissa Barros; Góes, Márcio de Sousa
    A água é fundamental para o surgimento e a manutenção de todos os seres vivos em nosso planeta, em especial para o ser humano que desenvolve/realiza diversas atividades com o uso da mesma. Em relação ao setor industrial, a água pode ser eliminada na forma de efluente nos processos industriais, podendo, inclusive, estar contaminada com resíduos tóxicos. Entre os contaminantes existem os metais pesados que em altas concentrações, podem ocasionar efeitos adversos para o ecossistema. Uma forma de monitorar essas espécies, seria por meio de sensores eletroquímicos à base de papel, pois são eficientes, de rápida resposta, e principalmente de baixo custo e impacto ambiental. Dessa forma, este trabalho teve por finalidade, preparar sensores à base de papel (ePAD, do inglês electrochemical paper-based devices) e de pasta condutora de grafite para detecção de íons contaminantes em meio aquoso. Foi realizado a caracterização física dos materiais à base de carbono utilizados na pasta condutora, bem como, dos filmes pré e pós-aplicação como sensor, por Difração de Raios X (DRX) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Para a caracterização dos eletrodos de pasta de grafite em pó depositados em papel analisou-se a questão da reversibilidade e a reprodutibilidade do mesmo, analisando-se em diferentes velocidades de varredura (5, 10 e 50) mV/s e três variáveis, sendo estas: quantidade de pasta condutora nos dispositivos, tempo (dias) de medição, análise em baixas concentrações do eletrólito e variação da temperatura no material de carbono utilizados na produção de pastas condutoras. O desempenho eletroquímico do ePAD para a detecção de íons de cobre em meio aquoso foi avaliado por Voltametria de Onda Quadrada (VOQ), utilizando uma solução eletrolítica de CuSO4.5H2O em KCl 0,5 mol·L-1 . O DRX e o MEV mostraram, respectivamente, que os materiais de carbono e os filmes base são de grafite, com fase majoritária, e a morfologia do material em estudo apresentou característica da superfície de uma amostra de grafite, com diferenciação na distribuição das partículas e homogeneidade. Além dessas análises, com a Espectrometria de energia dispersiva de raios X (EDS) que está acoplado ao MEV foi possível identificar os elementos presentes nos materiais, que são predominantemente carbono e oxigênio. Os dados obtidos da resposta eletroquímica evidenciaram que tanto a análise em baixas concentrações do eletrólito como a variação de temperatura não influenciaram diretamente na repetibilidade (obteve-se um desvio padrão relativo da altura de pico em cada concentração, que oscilou em um valor de ~30%), em detrimento da quantidade de pasta condutora nos dispositivos e tempo (dias) de medição que apresentaram um desvio três vezes maior. O ePAD foi aplicado em uma amostra real (sem qualquer acondicionamento na coleta da amostra) de uma indústria de fertilizantes. Nessa etapa do trabalho foi analisado se a quantidade de cobre presente na amostra, corresponde ao valor estimado pela empresa a partir da curva de calibração com uma solução eletrolítica padrão de cobre. Com essa correlação, foi possível verificar que o material possui uma concentração de cobre 80% acima do valor fornecido pela empresa. Esses resultados preliminares mostraram que o sensor funciona e tem potencialidade para análise de amostras em condição real, isto é, sem controle em laboratório.
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    Nível de maturidade da produção acadêmica sobre cinzas de caldeiras: estudo de caso
    (2023) Pereira, Maria Laura de Souza; Zara, Kátya Regina de Freitas
    Em diversos processos industriais, as caldeiras se apresentam como os equipamentos essenciais de fonte de energia para as utilidades, ao atuar na geração de vapor e tratamento de fluidos. Por possuir alta volatilidade em processos de combustão, a biomassa se apresenta como o combustível mais viável para a produção de vapor, visto seu potencial econômico. Com o aumento da utilização da biomassa, cresce também a geração de cinzas, como resíduo, desse processo. Esses resíduos, têm um elevado potencial para aplicação em diversos setores, entretanto as pesquisas precisam ser ampliadas. Diante disso, o presente trabalho tem como objetivo analisar a produção científica sobre o aproveitamento de cinzas, e seu potencial. Ademais, apresentar um estudo de caso, contendo sugestões para aumentar o Nível de Prontidão Tecnológica (TRL – Technology Readiness Level), a fim de torná-lo um potencial produto. Para isso, foi realizado uma revisão sistemática da literatura com metanálise conforme as diretrizes do protocolo PRISMA. Ao aplicar os critérios de elegibilidade propostos, a metanálise retornou oito estudos para revisão. Observou-se que produção científica brasileira está alinhada com as tecnologias nos setores produtivos, visto que 37,5% dos estudos correspondem ao setor de construção e apresentou indícios de maior potencial de desenvolvimento tecnológico. A partir destas informações, realizou-se a avaliação do nível TRL dos estudos selecionados. Os estudos apresentaram um TRL médio de 5,5, valor este que apresenta que a tecnologia está em fase de prototipagem e escalonamento, ainda distante do produto que possa ser, de fato, comercializado. Dentre os estudos, foi selecionado um trabalho para realizar o estudo de caso. A análise e sugestões para aumento do nível TRL foi proposta para um sistema de tratamento de efluentes que visa a adsorção de fármacos em efluentes. Para este estudo de caso, foi apresentada a viabilidade técnica e econômica de implementação, e sugestões para elevar a maturidade para o nível TRL 8, considerando a aplicação em escala comercial.
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    Avaliação da Hidrólise Ácida para Conversão em Glicose de Cigarros apreendidos pela Receita Federal
    (2023) Konopka, Marcos Vinicius; Lopes, Rener Lucas Santos
    Este trabalho teve como principal objetivo explorar uma abordagem inovadora para a produção de etanol de segunda geração (E2G), a partir dos cigarros apreendidos na fronteira de Foz do Iguaçu – PR, Brasil, com o Ciudad del Leste - Paraguai, especificamente do tabaco (celulose) e do filtro (acetato de celulose). Este estudo propõe um processo de conversão da celulose presente no tabaco e no filtro de cigarros em glicose, visando a produção de bioetanol 2G, por meio de hidrólise ácida. Através da caracterização físico-químicas dos materiais, foi possível obter uma compreensão mais aprofundada da estrutura do acetato de celulose e ao analisar os difratogramas de raios X a ausência de cristalinidade, o que é positivo para o processo de hidrólise, pela ausência das ligações de hidrogênio facilitando a quebra da molécula. Pela análise dos espectros FTIR, foi possível a alteração na estrutura do tabaco por meio da polpação alcalina, como um pré-tratamento necessário na produção de E2G. No processo de hidrólise, obteve-se um rendimento máximo de aproximadamente 52% na conversão do acetato de celulose em glicose, além do mais, obteve-se um rendimento próximo de 48% na hidrólise da mistura de tabaco e acetato com 5% v/v de H2SO4, estes foram valores próximos aos encontrados na literatura, realizando a hidrólise ácida com a mistura dos dois materiais.
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    Aplicação de Ferramentas de Qualidade na Elaboração de um Plano de Manutenção Preventiva para uma Microcervejaria no Paraná
    (2023) Santana de Almeida, Brenda
    Este estudo concentra-se na aplicação de ferramentas de qualidade para desenvolver um plano de manutenção preventiva personalizado para uma microcervejaria situada no estado do Paraná. Inicialmente, foi realizado um mapeamento das etapas produtivas da microcervejaria. Para identificar possíveis modos de falha em cada uma dessas etapas, uma análise FMEA foi conduzida. Essa análise foi enriquecida com as avaliações de um cervejeiro que atribuiu notas de gravidade, ocorrência e detecção a cada modo de falha, auxiliando na priorização das áreas críticas para manutenção. A pesquisa foi expandida por meio de um questionário enviado a 66 microcervejarias no Paraná, permitindo a identificação de tendências e necessidades gerais de manutenção no setor cervejeiro da região. Os resultados indicaram que as áreas de mostura, CIP, clarificação, resfriamento e aeração apresentavam maior demanda de manutenção, conforme evidenciado pelo diagrama de Pareto. A seguir, foram selecionados os modos de falha nessas fases do processo e foi realizada uma análise de Ishikawa, utilizando o método dos "5 Porquês", com foco específico no processo da cervejaria visitada. Essa análise revelou pontos críticos de manutenção preventiva, como termostatos, pHmetros, válvulas, trocadores de calor, vedações e bombas centrífugas. Finalmente, um plano de manutenção preventiva foi elaborado, estabelecendo a periodicidade das atividades de manutenção para componentes e equipamentos dentro da microcervejaria. Este estudo demonstra a aplicação eficaz de ferramentas de qualidade na otimização da manutenção preventiva em microcervejarias do Paraná a fim de minimizar tempos de inatividade não planejados e preservar a qualidade do produto final.
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    Influência do Líquido Iônico TEA-PS.BF4 no POLI (Benzimidazol) para Aplicação em Células a Combustível do Tipo PEMFC
    (2022) Aranibar Claros, Sergio Alejandro; Becker, Márcia Regina
    A elevação da temperatura de operação de uma PEMFC favorece a cinética das reações eletroquímicas na célula, inibe o envenenamento com CO, do catalisador e favorece o gerenciamento da água produzida. O poli (benzimidazol) (PBI) fosfonado é um polímero eletrólito considerado promissor no uso de células do tipo PEMFC que operam em temperaturas entre 120 e 200oC, devido a sua elevada resistência mecânica, estabilidade térmica e impermeabilidade aos gases. Líquidos iônicos são sais iônicos formados por cátions orgânicos volumosos e ânions de diferentes tamanhos, são líquidos à temperatura inferiores a 100oC, apresentam pressão de vapor nula e ampla janela eletroquímica, podendo ser utilizados como eletrólito a célula a combustível. No presente trabalho, a membrana comercial de PBI foi modificada com o líquido iônico tetrafluoroborato de ácido 3-trietilamôniopropanossulfônico (TEA-PS.BF4) por imersão em solução aquosa 0,1 M, em diferentes tempos: 2, 15, 30, 45, 60 e 90 min. Foi avaliado o grau de absorção do líquido iônico (LI), a sua capacidade de troca iônica (IEC) e o seu grau de lixiviação. As membranas absorveram de 2,5 a 11,8 % do LI, com o aumento do tempo de imersão. As membranas apresentaram valores de IEC que variaram de 1,1 a 6,7 mEq g-1 e o grau de lixiviação indicou que na PEMFC a membrana pode perder até 100 % do LI, durante sua operação.
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    Análise da Viabilidade Técnica e Economica da Planta Piloto para Produção de Extrato de Tomilho Fitoglicerinado
    (2023) Zago, Gabriel Barboza
    O consumo de produtos mais sustentáveis tem ganhado cada vez mais destaque, principalmente para o setor de Higiene Pessoal, Perfumaria e Cosméticos, com a fabricação de produtos naturais e veganos. Nesse nicho estão presentes os fitocosméticos, que são cosméticos naturais de origem vegetal. Diante disso, o presente trabalho tem como objetivo o processo de elaboração de extrato fitoglicerinado de tomilho, para obtenção de princípios antioxidantes, visando o escalonamento de uma planta piloto, viável técnica e economicamente. Para isso, foi definida uma formulação minimalista e produzida em escala laboratorial. O extrato obtido foi submetido a testes de estabilidade como estresse térmico e na presença de luz, segundo os protocolos da ANVISA. A partir destas informações, realizou-se o escalonamento e desenvolvimento da planta piloto, para verificação de sua viabilidade. O extrato produzido em escala laboratorial demonstrou durante o estudo de estabilidade, uma necessidade de ajuste nas condições de acondicionamento. Entretanto todos os testes finais demonstraram uma estabilidade para as propriedades físico-químicas do extrato. Para o escalonamento, foi utilizado diagrama de blocos, balanço de massa, dimensionamento e projeção de fluxogramas. A viabilidade técnica foi comprovada, em vista dos equipamentos escolhidos serem de pequeno porte e o modo de produção ser realizado a frio. Em relação econômica o lucro do empreendimento foi de 1.064.636,91 US$/ano, sendo positivo para a venda do extrato, de acordo com o valor definido para venda, com base nos dados das pesquisas de mercado.
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    Monitoramento de Rios Urbanos utilizando Ensaios de Baixo Custo
    (2023) Ghellere, Giovanna Juliana
    Uma das formas de mensurar os impactos do desenvolvimento das cidades é o monitoramento da qualidade da água dos rios urbanos. Através dessas análises, é possível identificar as formas e os causadores da poluição dos rios. A qualidade da água de rios urbanos é um fator importante de saúde pública, já que são eles que costumam abastecer as cidades. Este trabalho buscou realizar o monitoramento de nove rios urbanos no município de Foz do Iguaçu/PR, por meio de ensaios de baixo custo desenvolvidos a partir da miniaturização e adaptação de metodologias clássicas e do uso do aplicativo de smartphone AQUA. Este aplicativo utiliza de imagens digitais de analitos de concentrações conhecidas para gerar uma equação da reta, a qual por extrapolação pode-se aplicar a análise de amostras reais. Foram utilizadas metodologias de colorimetria para avaliação da concentração de íons nitrito (NO2 - ), íons amônia (NH4 + ), ferro (Fe+3 ) e íons ortofosfato (PO4 -3 ), utilizando o aplicativo AQUA. As metodologias foram submetidas a validação analítica, estudando-se os parâmetros de limite de detecção, limite de quantificação, repetibilidade e precisão intermediária. Ao avaliar os parâmetros de validação das adaptações, ficou perceptível que no caso do ortofosfato e da amônia, os valores de limite de quantificação ficaram acima do limite estabelecido pela CONAMA n.357 (classe 3), portanto, os íons podem somente ser detectados, e não quantificados. No caso do espectrofotômetro UV-VIS, todas as análises apresentaram baixos limites de quantificação e puderam ser quantificadas abaixo dos limites da legislação. As análises in loco da qualidade dos rios urbanos utilizando o aplicativo AQUA foram comparadas com as metodologias espectrofotométricas clássicas. Adicionalmente realizaram-se análises utilizando sonda multiparamétrica e por cromatografia de íons (HPIC). Comparando os dados obtidos no monitoramento ambiental, foi possível avaliar por meio de uma classificação, quais rios urbanos são os mais poluídos e por quais analitos se deve essa maior concentração. A aplicação dos ensaios de baixo custo e do aplicativo AQUA apresenta como vantagens a possibilidade de realizar um monitoramento trabalhando diretamente no local da coleta das amostras, e ainda, sendo a miniaturização dos ensaios de baixo custo, uma alternativa flexível aos equipamentos convencionais, que podem ser pouco acessíveis em espaços fora dos ambientes de pesquisa nas universidades
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    Extração e Caracterização de Carbonato de Cálcio Obtido a partir do Mexilhão Dourado (Limnoperna Fortunei)
    (2023) Castillo Lugo, Francisco Milciades
    Na região do rio Paraná, um problema comum é a presença de um pequeno mexilhão nativo do sul da China. Essa espécie invasora representa um problema para a fauna e flora aquática local e afeta estruturas flutuantes e barragens requerendo a remoção manual da espécie, gerando um custo econômico e uma grande quantidade de resíduos. Tendo em consideração o mencionado anteriormente e a composição química rica em CaCO3 da espécie invasora, o presente trabalho tem como objetivo propor uma metodologia para o aproveitamento dos resíduos gerados. Foram avaliadas cinco metodologias de extração do CaCO3 da concha do mexilhão dourado: calcinação a 400°C com uma anterior lavagem da matéria prima, duas lavagens da matéria prima e calcinação a 400°C, uma lavagem e calcinação a 500°C e duas lavagens da matéria prima e calcinação a 500°C e a última metodología utilizada foi a realizada com uma calcinação de 500°C e lavagem com hipoclorito de sódio, com a finalidade de determinar a metodologia mais eficiente para a obtenção de um carbonato de cálcio de pureza relativamente elevada. Os resultados obtidos apontam que existe uma possível viabilidade nas metodologias, mais especificamente as que empregam a calcinação a 500°C, obtendo uma conversão da massa de matéria prima para produto final de aproximadamente 70%, com a presença majoritária no produto final de minerais de carbonato de cálcio. Os melhores resultados foram obtidos para a amostra submetida a duas etapas de lavagem e calcinação a 500°C, com uma granulometria média aproximada de 64 μm, e maior presença de carbonato de cálcio puro, com uma concentração de 99,85% de CaCO3 com a possível presença de magnésio.
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    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.
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    Avaliação da Eficiência da Polianilina na Redução de Íons de Prata em Soluções Aquosas
    (2022) Lima, Nicolas Bottega
    É bem estabelecido que os Resíduos de Equipamentos Eletroeletrônicos (REE) são considerados não só materiais tóxicos e perigosos, mas também uma valiosa e promissora fonte secundária de metais raros e preciosos. A prata por exemplo é um metal com alta demanda global e pode ser encontrada em um grande número de REE. Sua recuperação a partir de fontes secundárias e reinserção na cadeia produtiva pode representar um ganho de bilhões de dólares em matéria prima. Portanto, nas últimas décadas pesquisadores investigaram a recuperação de prata de REE. Algumas rotas hidrometalúrgicas possibilitam que quantidades significantes de prata sejam recuperadas, entretanto a maioria destas rotas utilizam reagentes tóxicos e poluentes, apontando para a necessidade do desenvolvimento de metodologias mais sustentáveis. Desta maneira, o presente trabalho avaliou através planejamentos experimentais compostos de ponto central a eficiência da polianilina (sal e base de esmeraldina) na recuperação de prata em soluções aquosas via a redução de íons Ag+ para Ag0 . O sal de esmeraldina (Pani (HNO3)) foi sintetizado pela polimerização oxidativa da anilina em meio ácido e a base de esmeraldina (Pani (NaOH)) foi obtida pela reação da Pani (HNO3) com uma solução de (NaOH) 2 mol L-1 . Soluções de AgNO3 com diferentes concentrações foram utilizadas como modelo para uma solução de lixiviado de REE com HNO3. Os ensaios foram realizados com soluções aquosas de AgNO3, que foram mantidas em contato com diferentes quantidades de Pani (NaOH) e Pani (HNO3) por 24 horas. As amostras foram caracterizadas por Difratometria de raio x (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura integrada a Espectroscopia de energia dispersiva de raios-X (MEV-EDS), Termogravimetria (TGA) e Espectrofotometria Ultravioleta-Visível (UV VIS). A quantidade de prata recuperada foi determinada por Espectrometria de Absorção Atômica por Chama (FAAS). Os resultados demonstraram que a Pani (NaOH) apresenta capacidade superior a Pani (HNO3) na redução íons Ag+ em soluções mais diluídas. Eficiências máximas de 99,9 % e 89% foram obtidas pela Pani (NaOH) e Pani (HNO3), respectivamente. O trabalho também permitiu a otimização do processo pela obtenção de proporções ótimas entre a massa de polianilina(mg) e o volume da solução de AgNO3 mais diluída (mL). Os melhores resultados foram observados utilizando 5,38 mg/ml para a Pani (NaOH) e 9,62 mg/ml para a Pani (HNO3).
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    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.
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    Obtenção de Biogás a partir da Casca de Café com Pré-tratamento Fotocatalítico utilizando o Catalisador 10%CU/NB2O5
    (2022) Mello, Carlos Daniel Mota; Orientação
    O setor agroindustrial caracteriza problemáticas que crescem em nível exponencial durante os anos, dentre elas são encontradas a alta demanda energética presente no setor e o descarte, muitas vezes indevido, do grande volume de resíduos orgânicos gerados nos processos de beneficiamento. Uma alternativa para tal panorama seria diminuir o volume de resíduos orgânicos dispostos no meio ambiente, aproveitando-os para produção de energia. Nesse contexto, este trabalho avaliou o potencial de produção de biogás pelo processo de digestão anaeróbica a partir da casca de café com pré-tratamento fotocatalítico utilizando o catalisador 10%Cu/Nb2O5. Outros pré-tratamentos utilizados foram o ácido e o básico, separadamente, para fins de comparação. O substrato foi bcaracterizado antes e após os pré-tratamentos e os resultados mostraram que houve redução de sólidos totais e voláteis, porém em maior proporção para a biomassa prétratada com ácido. A síntese do catalisador ocorreu de acordo com o método de impregnação por via seca e a caracterização foi realizada por DRX, onde os picos obtidos mostraram que a impregnação foi eficiente e comprovou a presença das características fotocatalíticas do catalisador. Em relação ao processo de digestão anaeróbica, os experimentos ocorreram durante 24 dias. A produção de biogás revelou que a casca de café pré-tratada com 10%Cu/Nb2O5 apresentou produção acumulada de biogás de 219 mL, aproximadamente 37% superior ao produzido com as amostras sem tratamento e amostra submetida ao pré-tratamento básico, e 20% maior que a produção de biogás da amostra tratada com ácido. Destaca-se também que a amostra pré-tratada com fotocatalisador produziu em maior período de tempo em relação aos outros testes, transparecendo que o pré-tratamento fotocatalítico prolongou a biodegradação da matéria orgânica, em consequência da facilitação do acesso dos microrganismos aos resíduos mais complexos e de difícil degradação.
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    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.
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    Estudo da Viabilidade Técnica e Econômica da Produção de Emulsões Cosméticas utilizando Fontes Residuais como Fase Oleosa
    (2022) Fiori, Gabriela Crivoi; Orientação
    A indústria de abate de animais é crescente e relevante para o mercado de proteína animal no Brasil. Com o aumento do número de abate, mais resíduos são gerados deste processamento sendo que em torno de 48 a 66% da massa do animal, são resíduos. Em consequência, indústrias de reciclagem animal são instaladas para poder gerir esses resíduos. Óleos e gorduras, provenientes destas indústrias, são potencialmente valiosos e abundantes, mas ainda são pouco explorados. Esses resíduos têm um elevado potencial para aplicação em cosméticos, pois é um ramo que cresce a cada ano. Assim, o objetivo deste trabalho é estudar a viabilidade técnica e econômica da obtenção de resíduos oleosos do abate de animais para aplicação em emulsões cosméticas, bem como, avaliar rotas tecnológicas, aplicar regras heurísticas para obter um fluxograma base do processo, realizar o balanço mássico e energético, dimensionar equipamentos e fazer uma análise econômica preliminar. Para isso, definiu-se a matéria-prima, sendo os resíduos oleosos de aves e peixe, estabeleceu-se os subsistemas de extração e separação, construiu-se a árvore de estados para obtenção da gordura residual, obteve-se o fluxograma base, eleito pelas regras heurísticas e fez-se uso da análise econômica aplicando o critério do lucro do empreendimento, o qual faz uma comparação com um outro empreendimento de taxa de retorno positivo e risco zero. A árvore de estados possibilitou 8 oportunidades de obtenção do óleo residual. Aplicou-se regras heurísticas para estimar o fluxograma base, escolhido por ela: resíduos de aves, extração com digestor batelada e separação com prensa. A partir do fluxograma base, foi realizado o balanço de massa e energia, o dimensionamento dos equipamentos para uma indústria de renderização animal com o processamento de resíduo de 50 mil aves diárias, sendo realizado duas bateladas por dia. A análise econômica preliminar realizada estimou um valor negativo para o lucro do empreendimento (LE), o qual infere-se que o investimento no processo não apresenta vantagem em comparação a outro empreendimento com uma taxa de retorno positiva e com risco zero. Portanto, realizou-se um novo cálculo para LE, considerando-se que o investimento inicial do processo já tivesse sido quitado a partir de um certo período de operação industrial. Assim, obteve-se um valor positivo de LE com lucratividade de R$1,66 milhões anual. Conclui-se que a rota tecnológica escolhida pelas regras heurísticas é viável tecnicamente, para a obtenção do óleo residual. Enquanto a análise econômica só se mostrou viável após o investimento inicial ser quitado e dessa forma, é possível estudar aplicações do óleo residual em emulsões cosméticas.
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    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
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    Estudo Termodinâmico, Projeto e Viabilidade Econômica do Processo de Extração Líquido-Líquido de Fármacos
    (2022) Abrantes, Lídia Stadtlober; Marques, Felipe Xavier; Orientação
    O uso de fármacos pela população para o tratamento de dores e sintomas, ocasionados por diversas doenças, deve ocorrer por indicação e acompanhamento médico. Entretanto, nem sempre isso acontece, pois alguns não precisam de prescrição. Essa conduta promove a inserção de diversos fármacos, no esgoto, a ser tratado pela Estação de Tratamento de Esgoto (ETE) e lançados em recursos hídricos. Um dos fármacos que aparecem em maior concentração e em maior frequência nos corpos hídricos pelo mundo é o paracetamol. Considerando que a legislação não possui parâmetro para a remoção deste fármaco, do esgoto tratado nas ETEs, o objetivo deste trabalho foi simular e projetar uma coluna de extração líquido-líquido para a remoção de paracetamol. Para analisar a eficiência do processo utilizou-se o software ChemSep. As simulações foram baseadas no modelo termodinâmico de predição do equilíbrio líquido-líquido UNIFAC. Um dos fatores mais importantes no processo de extração líquido-líquido foi a escolha do solvente, considerando a viabilidade técnica, ambiental e econômica. O solvente escolhido foi o 1-pentanol. Foram estudadas as condições operacionais como temperatura e composição da extração, mostrando que a extração é efetiva na faixa de temperatura entre as mínimas e máximas absolutas (1 – 40,4 ºC) no estado do Paraná e nas proporções de alimentação para solvente de 1:1,2 (m/m). Com essas informações foi projetada uma coluna de extração com discos rotativos, com número de estágios teóricos igual a 5. Na análise econômica, obteve-se que o custo do solvente sem reuso de R$ 572,29 por litro de efluente e com reuso de R$ 27,56 por litro de efluente. O reuso significaria uma economia de 95,2% no custo operacional.
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    Catalisadores Heterogêneos no Processo de Transesterificação para Produção de Biodiesel: uma Revisão Sistemática
    (2022) Rupolo, Willian; Orientação
    Os catalisadores heterogêneos vêm ganhando espaço nos estudos relacionados a reação de transesterificação para a produção de biodiesel, devido a características como: possibilidade de recuperação e reutilização em novos ciclos reacionais, fácil separação ao final da reação, pode ser projetado para ter maior atividade, seletividade e tempo de vida e por não produzir sabões por neutralização de ácidos graxos livres. Deste modo, este trabalho teve como objetivo realizar uma revisão sistemática de literatura referente aos catalisadores heterogêneos utilizados na reação de transesterificação para a produção de biodiesel e propor um processo reacional a partir da catálise heterogênea baseado nas informações presentes nos artigos estudados. A seleção dos artigos relacionados a produção de biodiesel com a utilização de catalisadores heterogêneos foi realizada a partir da busca em plataformas digitais, como Science direct, Scielo, Google Acadêmico e CAPES. Posteriormente foram aplicados filtros para limitar os artigos a serem analisados, sendo eles: Ser open acess e possuírem data de publicação entre 2017 e 2022, abordar o processo de transesterificação, contendo dados de rendimento/conversão e serem revisados por pares. A partir da análise dos artigos selecionados, quanto ao tipo de catalisador, rendimento e reutilização em ciclos reacionais posteriores, o catalisador que apresentou os melhores resultados foi selecionado para o desenvolvimento da proposta de um processo reacional a nível industrial. Dos cinco artigos analisados foi possível observar, quanto ao rendimento em apenas um ciclo reacional, que o catalisador RS-SO3H apresentou o menor rendimento (90,38%) e a dolomita DCC800 apresentou o melhor rendimento, este fato pode ser explicado pela área superficial dos catalisadores, pois o DCC800 apresenta uma área superficial elevada (507 m2 g-1) quando comparado ao catalisador RS – SO3H (39,11 m2 g-1). Em relação a análise quanto a reutilização do catalisador foi possível observar que os catalisadores DCC800 e RS – SO3H apresentaram os melhores resultados, podendo ser reutilizado em 8 ciclos reacionais consecutivos, com uma variação de rendimento baixa, de 98,92% no primeiro ciclo para 94,99% no último ciclo para o catalisador DCC800 e de 90,37 no primeiro ciclo para 88,56% para o catalisador RS – SO3H. Por fim, a partir dos resultados obtidos, o catalisador DCC800 foi selecionado para o desenvolvimento da proposta do processo produção do biodiesel a partir da reação de transesterificação utilizando catálise heterogênea, sendo este sistema composto pelas seguintes etapas: transporte dos reagentes até o reator, etapa reacional (reator batelada) e a recuperação do catalisador pelo processo de centrifugação. Portanto, a partir da análise dos artigos e dos resultados obtidos foi possível evidenciar a aplicabilidade dos catalisadores heterogêneos para a produção do biodiesel, pois estes apresentam ótimos resultados em relação ao rendimento e a reutilização dos mesmo em ciclos reacionais consecutivos, o que pode trazer vantagens econômicas ao processo.
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    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; Furtado, Andréia Cristina; Legal, Lisa Eliana Samudio
    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.
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    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.
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    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.