TCC - Engenharia Química

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

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Simulação e análise do processo de produção de amônia renovável utilizando aspen plus®
(2025-09-04) Garcia, Carmelo Rafael Armando
Este trabalho apresenta a simulação computacional e análise de um processo integrado para a produção de amônia renovável a partir de biometano, utilizando o software Aspen Plus®. O estudo está estruturado em três etapas principais: (i) reforma a vapor do biometano para geração de hidrogênio; (ii) separação do nitrogênio do ar por destilação criogênica; e (iii) síntese de amônia pelo processo Haber-Bosch. Na etapa de reforma, foram utilizados reatores de equilíbrio para simular a reforma (800 °C, 25 bar), a reação de deslocamento gás-água de alta temperatura (350 °C) e a de baixa temperatura (200 °C). Os resultados indicaram uma conversão de metano superior a 95%, com rendimento de hidrogênio acima de 70% em fração molar na corrente reformada. A integração decondensadores e absorvedores (remoção de CO com MEA) possibilitou a obtenção de uma corrente purificada de H com teor desprezível de CO. Na etapa de separação de nitrogênio, foi simulada uma coluna de destilação criogênica operando a 5,5 bar e –173 °C. As análises de sensibilidade mostraram que tanto o número de estágios teóricos quanto a carga térmica do refervedor influenciam fortemente a pureza do produto. Em condições otimizadas, obteve-se pureza de N acima de 99,9%, confirmando a robustez da tecnologia criogênica em escala industrial. Na etapa de síntese de amônia, utilizou-se um reator estequiométrico para representar o processo Haber-Bosch, seguido de condensação e de um sistema de reciclo com purga. As simulações demonstraram que, mesmo em pressões moderadas, o reciclo garante elevadas conversões globais. A corrente final apresentou concentração de NH superior a 99,95%, compatível com especificações industriais. De forma geral, o processo integrado mostrou-se tecnicamente viável, com resultados consistentes com os dados da literatura. O estudo reforça o potencial do biometano como matéria-prima renovável para a produção sustentável de hidrogênio, nitrogênio e amônia, além de fornecer subsídios para avaliar o impacto de parâmetros operacionais na conversão, eficiência de separação e qualidade do produto. Resumen Este trabajo presenta la simulación computacional y el análisis de un proceso integrado para la producción de amoníaco renovable a partir de biometano, utilizando el software Aspen Plus®. El estudio se estructura en tres etapas principales: (i) reforma a vapor del biometano para la generación de hidrógeno; (ii) separación de nitrógeno del aire mediante destilación criogénica; y (iii) síntesis de amoníaco mediante el proceso Haber-Bosch. En la etapa de reforma, se emplearon reactores de equilibrio para simular la reforma (800 °C, 25 bar), el desplazamiento gas-agua de alta temperatura (350 °C) y de baja temperatura (200 °C). Los resultados mostraron una conversión de metano superior al 95%, con un rendimiento de hidrógeno mayor al 70% en fracción molar en la corriente reformada. La integración de condensadores y absorbedores (con eliminación de COpor MEA) permitió obtener una corriente purificada de H con contenido despreciable de CO. En la etapa de separación de nitrógeno, se simuló una columna de destilación criogénica operando a 5,5 bar y –173 °C. Los análisis de sensibilidad revelaron que tanto el número de etapas teóricas como la carga térmica del rehervidor afectan significativamente la pureza del producto. En condiciones optimizadas, se alcanzó una pureza de N superior al 99,9%, confirmando la solidez de esta tecnología a gran escala. En la etapa de síntesis de amoníaco, se utilizó un reactor estequiométrico para representar el proceso Haber-Bosch, seguido de condensación y un sistema de recirculación con purga. Las simulaciones mostraron que, incluso en condiciones de presión moderada, el reciclo asegura altas conversiones globales. La corriente final alcanzó una concentración de NH superior al 99,95%, cumpliendo con especificaciones industriales. En conjunto, el proceso integrado demostró ser técnicamente viable, con resultados consistentes con los reportados en la literatura. El estudio subraya el potencial del biometano como materia prima renovable para la producción sostenible de hidrógeno, nitrógeno y amoníaco, además de ofrecer información clave sobre el impacto de los parámetros operativos en la conversión, la eficiencia de separación y la calidad del producto.
Bioetanol de casca de arroz: viabilidade técnica e econômica de implantação de uma planta piloto
(2025-09-03) Marecos, Laura Ivonne Nuñez
A crescente demanda por fontes de energia renovável impulsiona o desenvolvimento de tecnologias de produção de biocombustíveis. Este trabalho analisa a viabilidade técnica e econômica da implantação de uma planta piloto para produção de bioetanol a partir da casca de arroz. A rota tecnológica utilizada contemplou as etapas de pré-tratamento mecânico, hidrólise básica e ácida, fermentação e destilação, visando otimizar a liberação de açúcares fermentescíveis e alcançar maior rendimento do processo. Foi utilizada como base de cálculo para uma batelada, 2.715 kg de casca de arroz, que após 59 horas produziu 17.088,5 L de bioetanol. A avaliação econômica estimou um investimento inicial de US$ 87,39 milhões, com retorno anual de aproximadamente US$ 4,65 milhões após o período de payback de aproximadamente 19 anos. A otimização tecnológica e a redução de custos podem tornar o projeto economicamente atrativo no futuro. Além disso, possui potencial para geração de negócios e desenvolvimento em Villeta, região Central do Paraguai, onde ficará localizada a planta piloto. Resumen La creciente demanda de fuentes de energía renovables impulsa el desarrollo de tecnologías de producción de biocombustibles. Este trabajo analiza la viabilidad técnica y económica de la implementación de una planta piloto para la producción de bioetanol a partir de la cascarilla de arroz. La ruta tecnológica utilizada contempló las etapas de pretratamiento mecánico, hidrólisis básica y ácida, fermentación y destilación, con el objetivo de optimizar la liberación de azúcares fermentables y alcanzar un mayor rendimiento del proceso. Como base de cálculo para un lote, se emplearon 2.715 kg de cascarilla de arroz, que tras 59 horas produjeron 17.088,5 L de bioetanol. La evaluación económica estimó una inversión inicial de US$ 87,39 millones, con un retorno anual de aproximadamente US$ 4,65 millones después de un período de recuperación de alrededor de 19 años. La optimización tecnológica y la reducción de costos pueden hacer que el proyecto sea económicamente atractivo en el futuro. Además, posee potencial para la generación de negocios y el desarrollo en Villeta, región Central de Paraguay, donde se ubicará la planta piloto.
Estudo da viabilidade de implementação de um sistema de biodigestão anaeróbia em um frigorífico de suínos
(2025-09-02) Martins, Adriely Bogler; Maia, Sabrina da
A intensificação da suinocultura no Brasil tem impulsionado a geração de grandes volumes de resíduos, principalmente efluentes líquidos com elevada carga orgânica, cuja disposição inadequada pode comprometer a qualidade do solo e dos recursos hídricos. Este estudo de caso contemplou a identificação de fatores que poderiam maximizar a produção de biogás, pelo biodigestor anaeróbio, e viabilizar sua integração como fonte de energia renovável aos processos produtivos da indústria, contribuindo para a eficiência energética e a sustentabilidade ambiental. Os resultados indicaram que o sistema opera sob condições adequadas para a digestão mesofílica (pH 6,94; temperatura 32,02 °C; relação C/N de 20:1). Contudo, a operação atual corresponde a apenas 28,8% da capacidade projetada, resultando em produção média de 13,5 m³/dia de biogás, suficiente para suprir aproximadamente 0,54% da demanda de GLP da planta. As estimativas foram baseadas em parâmetros de referência e dados médios de operação, não havendo medições diretas da produção de biogás ou ensaios laboratoriais de potencial bioquímico de metano (BMP), o que indica a necessidade de estudos experimentais e técnicoeconômicos complementares. Resumen La intensificación de la porcicultura en Brasil ha impulsado la generación de grandes volúmenes de residuos, principalmente efluentes líquidos con alta carga orgánica, cuya disposición inadecuada puede comprometer la calidad del suelo y de los recursos hídricos. Este estudio de caso contempló la identificación de factores que podrían maximizar la producción de biogás en el biodigestor anaerobio y viabilizar su integración como fuente de energía renovable en los procesos productivos de la industria, contribuyendo a la eficiencia energética y a la sostenibilidad ambiental. Los resultados indicaron que el sistema opera bajo condiciones adecuadas para la digestión mesofílica (pH 6,94; temperatura 32,02 °C; relación C/N de 20:1). Sin embargo, la operación actual corresponde a solo el 28,8% de la capacidad proyectada, resultando en una producción media de 13,5 m³/día de biogás, suficiente para cubrir aproximadamente el 0,54% de la demanda de GLP de la planta. Las estimaciones se basaron en parámetros de referencia y datos medios de operación, sin mediciones directas de la producción de biogás ni ensayos de potencial bioquímico de metano (BMP), lo que indica la necesidad de estudios experimentales y técnico-económicos complementarios.
Dimensionamento e otimização experimental das condições de transporte não refrigerado de kombuchás industriais: Fatores que influenciam os parâmetros físicos-químicos
(2025-08-22) Carnaval, Alexsandra Marcanssoni; Santos, Anne Gabriele da Silva
Kombuchá é uma bebida não alcoólica obtida pela fermentação de chá adoçado, por meio da ação de uma colônia de bactérias e leveduras (SCOBY). Este trabalho teve como objetivo avaliar a influência do transporte não refrigerado de kombuchá industrial, avaliando os parâmetros físico-químicos das amostras após a simulação de transporte. Foram acondicionadas kombuchás de marcas, embalagens e sabores diferentes, sendo posicionadas em uma incubadora shaker a 35°C e 202 de rpm para simular o transporte, para viagens curtas (3 horas), médias (8 horas) e longas (24 horas) e posicionadas perto da porta, no meio e no fundo. Após a simulação de transporte foram avaliados os parâmetros físico-químicos das kombuchás, seguindo a legislação do Ministério de Agricultura, Pecuária e Abastecimento (MAPA), e avaliando o quanto o transporte não refrigerado afeta as kombuchás. Os resultados obtidos indicaram que quanto mais tempo as kombuchás ficam em estresse térmico, maior a possibilidade de estarem fora do padrão estabelecido pelo MAPA, sendo o teor alcoólico o parâmetro que mais ultrapassou os valores estabelecidos pela legislação. Destaca-se que dependendo da posição em que a kombuchá se encontrava na simulação, os seus parâmetros não foram afetados significativamente, avaliando que a posição dentro do transporte também pode ser uma grande influência, sendo analisadas posições dentro do caminhão que possam minimizar a transferência de calor do meio para os produtos. Recomendações futuras incluem novas simulações de transporte com variação de temperaturas. Resumen La kombuchá es una bebida no alcohólica obtenida por la fermentación de té endulzado mediante la acción de una colonia de bacterias y levaduras (SCOBY). El objetivo de este trabajo fue evaluar la influencia del transporte no refrigerado de kombucha industrial, analizando los parámetros fisicoquímicos de las muestras después de la simulación del transporte. Se acondicionaron kombuchás de diferentes marcas, envases y sabores, posicionadas en una incubadora shaker a 35 °C y 202 rpm para simular el transporte en viajes cortos (3 horas), medios (8 horas) y largos (24 horas), ubicándolas cerca de la puerta, en el centro y en el fondo. Después de la simulación se evaluaron los parámetros fisicoquímicos de las kombuchas, siguiendo la legislación del Ministerio de Agricultura, Ganadería y Abastecimiento (MAPA), determinando el impacto del transporte no refrigerado sobre las muestras. Los resultados indicaron que, cuanto mayor el tiempo de exposición al estrés térmico, mayor la posibilidad de no cumplir con los estándares establecidos por el MAPA, siendo el contenido alcohólico el parámetro que más superó los valores permitidos. Se destaca que, dependiendo de la posición de la kombuchá durante la simulación, sus parámetros no se vieron afectados significativamente, lo que sugiere que la ubicación dentro del transporte puede ser un factor relevante, analizándose posiciones en el camión que minimicen la transferencia de calor del medio a los productos. Como recomendación, se proponen nuevas simulaciones de transporte con variación de temperaturas.
Bioestimulador como estratégia para redução da concentração de amônia em viveiros escavados
(2025-08-20) Carvalho, Emmy Batista Fuser
O sucesso da piscicultura depende diretamente da qualidade da água, que influencia o bemestar dos peixes e consequentemente sua qualidade. O Brasil é um dos maiores produtores de peixes cultivados na América Latina. Este estudo aborda estratégias para reduzir a concentração de amônia em viveiros escavados de piscicultura, avaliando a eficácia de um bioestimulador e seus impactos no equilíbrio químico e biológico do ambiente aquático. Foram realizadas análises da qualidade da água (temperatura, pH, amônia, nitrito, alcalinidade total, oxigênio dissolvido e transparência da água) e de controle sanitário e bem-estar animal (mortalidade e biometria) durante os ciclos de produção de 2023 e 2024. Os resultados indicaram que o uso do bioestimulador melhorou significativamente a estabilidade da qualidade da água, reduzindo os níveis de compostos nitrogenados tóxicos e promovendo um ambiente mais saudável para os peixes. Portanto, a aplicação do produto contribuiu com a redução da mortalidade dos peixes, promoveu melhor conversão alimentar e maior desempenho zootécnico. Resumen El éxito de la piscicultura depende directamente de la calidad del agua, que influye en el bienestar de los peces y, en consecuencia, en su calidad. Brasil es uno de los mayores productores de peces cultivados en América Latina. Este estudio aborda estrategias para reducir la concentración de amoníaco en estanques excavados de piscicultura, evaluando la eficacia de un bioestimulante y sus impactos en el equilibrio químico y biológico del ambiente acuático. Se realizaron análisis de la calidad del agua (temperatura, pH, amoníaco, nitrito, alcalinidad total, oxígeno disuelto y transparencia del agua) y de control sanitario y bienestar animal (mortalidad y biometría) durante los ciclos de producción de 2023 y 2024. Los resultados indicaron que el uso del bioestimulante mejoró significativamente la estabilidad de la calidad del agua, reduciendo los niveles de compuestos nitrogenados tóxicos y promoviendo un ambiente más saludable para los peces. Por lo tanto, la aplicación del producto contribuyó a la reducción de la mortalidad de los peces, promovió una mejor conversión alimenticia y un mayor desempeño zootécnico.
Estudo de métodos de secagem de plantas alimentícias não convencionais (PANCS) para obtenção de farinhas destinadas à merenda escolar
(2025-04-08) Pedroso, Daniela de Quadros
O crescente interesse por alternativas alimentares saudáveis tem impulsionado o estudo das Plantas Alimentícias Não Convencionais (PANCs), que se destacam pelo alto valor nutricional e funcional. Diante do aumento da insegurança alimentar, essas plantas representam uma alternativa viável e acessível para enriquecer a dieta da população, especialmente em instituições de ensino, como os Centros Municipais de Educação Infantil (CMEIs), que têm agregado essas fontes, como farinhas à merenda escolar. Neste estudo, foi investigada a influência de diferentes processos de secagem na obtenção de compostos antioxidantes em farinhas de PANCs. Foram analisadas farinhas de almeirão roxo (Lactuca canadenses), beldroega (Portulaca oleracea), brácteas de primavera (Bougainvillea spectabilis), celosia (Celosia argentea),feijão-borboleta (Clitoria ternatea), kenaf (Hibiscus cannabinus), hibisco roxo (Hibiscus acetosella), malvavisco (Malvaviscus arboreus) e peixinho-da-horta (Stachys byzantina). As amostras foram submetidas por secagem em estufa (45°C e 50°C), temperaturas utilizadas no CMEI Celeste Sottomaior (Foz do Iguaçu, Brasil), e por liofilização, um método comum em laboratórios e processos industriais. As amostras foram caracterizadas quanto ao teor de compostos fenólicos totais, flavonoides e atividade antioxidante por ABTS e FRAP. A análise estatística foi realizada por ANOVA (Análise de Variância), seguida do teste de Tukey para comparação das médias, revelando diferenças significativas entre os métodos. Aliofilização apresentou os melhores resultados, exceto para algumas das análises para as amostras de malvavisco, hibisco roxo e feijãoborboleta. Além disso, a pesquisa destacou a viabilidade da secagem em estufa como uma alternativa mais acessível e com menor custo operacional para ambientes com recursos limitados, como as unidades escolares, enquanto a liofilização, embora superior na preservação, é mais cara e exige equipamentos especializados. O estudo poderá contribuir para os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS) como o ODS 2 (Fome Zero), ao promover a utilização de PANCs como fonte alimentar, e ODS 12 (Consumo e Produção Responsáveis), ao oferecer alternativas sustentáveis de processamento de alimentos com baixo impacto ambiental. Resumen El creciente interés en alternativas alimentarias saludables ha impulsado el estudio de las Plantas Alimenticias No Convencionales (PANCs), que destacan por su alto valor nutricional y funcional. Ante el aumento de la inseguridad alimentaria, estas plantas representan una alternativa viable y accesible para enriquecer la dieta de la población, especialmente en las instituciones educativas, como los Centros Municipales de Educación Infantil (CMEIs), que han incorporado estas fuentes, como las harinas, a la alimentación escolar. En este estudio, se investigó la influencia de diferentes procesos de secado en la producción de compuestos antioxidantes en harinas de PANC. Se analizaron harinas de achicoria morada (Lactuca canadenses), verdolaga (Portulaca oleracea), brácteas de primavera (Bougainvillea spectabilis), celosia (Celosia argentea), guisante mariposa (Clitoria ternatea), kenaf (Hibiscus cannabinus), hibisco morado (Hibiscus acetosella), malvavisco (Malvaviscus arboreus) y (Stachys byzantina). Las muestras fueron sometidas a secado en horno (45°C y 50°C), temperaturas utilizadas en el CMEI Celeste Sottomaior (Foz do Iguaçu, Brasil), y liofilización, método común en laboratorios y procesos industriales. Las muestras se caracterizaron según el contenido de compuestos fenólicos totales, flavonoides y actividad antioxidante mediante ABTS y FRAP. El análisis estadístico se realizó mediante ANOVA (Análisis de Varianza), seguido de la prueba de Tukey para comparar medias, revelando diferencias significativas entre los métodos. La liofilización dio los mejores resultados, a excepción de algunos de los análisis para las muestras de malvavisco, hibisco morado y frijol mariposa. Además, la investigación destacó la viabilidad del secado al horno como una alternativa más accesible y con menores costos operativos para entornos con recursos limitados, como las escuelas, mientras que la liofilización, si bien superior en conservación, es más costosa y requiere equipo especializado. El estudio podría contribuir a los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) como el ODS 2 (Hambre Cero), al promover el uso de PANC como fuente de alimento, y el ODS 12 (Producción y Consumo Responsables), al ofrecer alternativas de procesamiento de alimentos sostenibles y de bajo impacto ambiental.
Obtenção, secagem e caracterização de extrato de ora-pronóbis (pereskia grandifolia haw.)
(2025) Santos, Carolina Alvarenga dos; Perpetua, Marta Geinttens
Este estudo teve como objetivo avaliar a viabilidade técnica de uma metodologia proposta para a obtenção de isolado proteico a partir das folhas de orapro-nóbis. A metodologia baseou-se na extração alcalina das proteínas, seguida do uso de membranas em MCE (ésteres de celulose mistos) para a separação proteica. Posteriormente, foram investigados dois métodos de secagem da solução antes da filtração: liofilização e spray dryer. A pesquisa buscou não apenas verificar a eficiência de cada etapa, mas também explorar o potencial de obtenção de extratos proteicos, isolados ou não, como alternativa técnica e viável para o aproveitamento dessa planta. A filtração com membranas MCE apresentou uma eficiência de retenção proteica de 82,4%, evidenciando sua aplicabilidade na concentração de proteínas vegetais. A secagem por liofilização, com tempo ideal de 70 horas, resultou em um material com perda de umidade superior a 98% e estrutura lamelar, enquanto o spray drying gerou micropartículas esféricas e rugosas, indicando um potencial natural de encapsulamento devido à composição do extrato. A análise por FTIR confirmou a preservação das proteínas e polissacarídeos, com pequenas variações estruturais entre os métodos de secagem. Os resultados demonstram que a metodologia proposta é eficiente para obtenção e processamento de proteínas da ora-pro-nóbis, com potencial para aplicações na indústria de alimentos e biotecnologia.
Implementação de ferramentas de melhoria contínua para o desempenho operacional em uma indústria sucroalcooleira.
(2024) Lisik, Letícia Morel
Os processos industriais precisam atender parâmetros operacionais para manter a eficiência aderente às métricas estabelecidas pela empresa. Diante disso, o uso de ferramentas de melhoria contínua pode auxiliar a manter ou melhorar a eficiência industrial. O objetivo deste trabalho foi implementar ferramentas de melhoria contínua em um cenário industrial sucroalcooleiro. Foi utilizada a metodologia de melhoria contínua, Ciclo PDCA, com as ferramentas da qualidade, brainstorm e Diagrama de Ishikawa, para verificar os problemas relacionadas a baixa aderência dos parâmetros operacionais do processo de produção de etanol, a partir da cana-de-açúcar, em uma empresa situada no Mato Grosso do Sul. A implementação das etapas do PDCA, com o auxílio dos colaboradores e gestão do setor, foram fundamentais para o entendimento do problema e o encontro das causas raízes da baixa aderência do indicador. Foi identificado como indicador crítico a baixa concentração de levedo no processo da centrifugação do vinho fermentado. Assim, foi proposto o plano de ação com base no Diagrama de Ishikawa, e foram identificados pontos importantes a serem observados, como a renovação de treinamentos operacionais e a criação de documentos de Procedimento Operacional Padrão (POP), visando conscientizar a operação e gestão da importância do conjunto de processos para que a centrífuga de vinho apresentasse desempenho superior ao valor de concentração estabelecido. Os resultados das ações que foram implementadas e padronizadas, promoveram o aumento da
Modelagem semiempírica e validação experimental para processos de eletrólise alcalina.
(2024) Rojas Garcete, Alberto Daniel
O hidrogênio é o elemento químico mais abundante no universo e na terra normalmente se encontra em sua forma molecular (H2). Este é um recurso energético versátil, com ampla aplicação em células a combustível para a conversão da energia química em eletricidade, na produção de amônia e como matéria-prima em diversos setores industriais. Para obter hidrogênio eletrolítico com baixas emissões de carbono, é necessário utilizar fontes de energia renováveis. O principal objetivo deste trabalho é apresentar a modelagem e a validação experimental de um sistema de eletrólise alcalina. Foi desenvolvido um modelo eletroquímico semiempírico que permite compreender o comportamento das variáveis de processo, como tensão e corrente, acoplado a um modelo térmico baseado no método das capacitâncias globais. O ajuste dos parâmetros foi realizado utilizando o algoritmo de mínimos quadrados não lineares da ferramenta "Curve Fitter" do software Matlab. Os resultados indicaram que, dentro de uma faixa de temperatura operacional (25oC – 60oC) para uma configuração específica de corrente, o modelo é capaz de prever a evolução da tensão do sistema, mesmo em fases transitórias.
Análise da produção e ocorrência de falhas no processo de tingimento de algodão utilizando modelos de aprendizado de máquina.
(2024) Ferreira, Camila Di Rienzo
A indústria têxtil no Brasil tem mais de 200 anos de história e é considerada a maior cadeia têxtil completa do Ocidente, com um volume de produção de 2,1 milhões de toneladas em 2022. Possui autossuficiência na produção de algodão e uma cadeia produtiva integrada. Este estudo destaca a importância do controle de qualidade nesse setor, que atualmente possui métodos tradicionais que muitas vezes resulta em custos elevados e baixa eficiência. Neste trabalho foram desenvolvidos, modelos para prever a porcentagem de defeitos em tecidos, utilizando técnicas de ciência de dados e aprendizado de máquina, baseando-se na metodologia CRISP-DM. A pesquisa começou identificando outliers nos dados de tingimento, essa prática é essencial para manter a integridade das análises estatísticas e dos modelos preditivos. Os modelos desenvolvidos precisaram passar por ajustes de hiperparâmetros e técnicas de pré-processamento, como codificação de variáveis categóricas e normalização de dados. Três modelos com algoritmo de floresta aleatória foram desenvolvidos e comparados: o Modelo 1, o Modelo 2 (com normalização de dados) e o Modelo 3 (com exclusão das variáveis de tipos de defeitos e normalização dos dados). Os resultados revelaram que o Modelo 1 obteve o melhor desempenho, apresentando o valor de 0,75 para a métrica de avaliação MAPE e o valor de 0,8462 para R². A exclusão das variáveis relacionadas aos tipos de defeitos no Modelo 3 resultou em uma queda significativa na capacidade preditiva, isso se comprovou pelo valor de R² de -0,13 e MAPE de 8,72. Em síntese, o estudo contribuiu para o avanço do conhecimento no campo da previsão de defeitos têxteis, evidenciando a importância da análise de dados e aprendizado de máquina para o desenvolvimento de modelos preditivos na indústria têxtil brasileira. As descobertas sugerem oportunidades para melhorias nas práticas industriais relacionadas à qualidade e produção têxtil, e abrem caminho para pesquisas futuras nesse campo.
Estudo da viabilidade técnica do tratamento de biogás utilizando microalgas.
(2024) Gomes, Eduardo Torres Nóbrega
Há uma demanda crescente por metodologias de purificação de biogás em processos otimizados. Neste contexto, foi abordado o planejamento, projeto, construção e implementação de um sistema de absorção indireta utilizando um consórcio de microalgas para remover contaminantes do biogás como o CO2, enriquecendo-o. Construído com materiais de baixo custo e técnicas simples, o sistema teve sua estanqueidade testada e foi constatada a ocorrência do processo devido ao crescimento da biomassa fotossintetizante e as quedas de pH após os processos, além de que a análise do gás efluente indicou razões de [CH4]/[CO2] superiores a razão da amostra in natura para todos os dias de processo, indicando a diminuição na concentração do CO2 porém apresentando absorção de O2.
Análise do desempenho de algoritmos de aprendizagem de máquina na predição do rendimento de biodiesel em reações de transesterificação por catálise heterogênea.
(2024) Gonzalez Lezcano, Abel Dario
O crescente aumento dos preços dos combustíveis, as mudanças climáticas e a poluição têm colocado o mundo diante de desafios significativos, evidenciando a escassez de recursos energéticos e seu impacto no desenvolvimento econômico global. Neste cenário, a busca por fontes de energia sustentáveis e renováveis, como o biodiesel , torna se crucial para mitigar a crise energética e reduzir a dependência dos combustíveis fósseis. A reação de transesterificação é a via mais utilizada para a produção de biodiesel e o rendimento obtido depende vários parâmetros, como a temperatura, tempo de reação, concentração do catalisador e razão estequiométrica entre o álcool e o triglicerídeo . Os catalisadores heterogêneos são amplamente empregados devido à sua eficiência e capacidade de reutilização. Os métodos convencionais para avaliar estes parâmetros apresentam certas limitações e neste contexto os algoritmos de aprendizagem de máquina mostram se como uma alternativa Este s algoritmos realizam predições a partir de dados fornecidos ao sistema, que podem explica r comportamentos que orientam na tomada de decisões , dessa forma o objetivo deste estudo é utilizar modelos de aprendizagem de máquina para predizer o rendimento do biodiesel por transesterificação via catálise heterogênea . Os dados foram obtidos por meio de uma revisão bibliográfica , onde a escolha dos artigos foi restringida ao uso de metanol óxido de cálcio como catalisador e os parâmetros comumente utilizados. Logo, os dados foram submetidos a análises estatísticas e utilizados para treinar três modelos de aprendizagem de máquina , com o modelo mais preciso foi realizado uma validação comparando a predição do algoritmo com dois resultados experimentais, além disso com este algoritmo foram realizadas três análises . Os modelos treinados e avaliados foram Regressão Linear, Floresta Aleatória e Multi-Layer Perceptron (MLP) Regressor utilizando o método de hold out validation . O modelo Floresta Aleatória foi o que apresentou o melhor desempenho na predição do rendimento do biodiesel em relação aos outros modelos, atingindo um valor d o erro médio absoluto igual a 6,59 e um R 2 de 0,63. A validação confirmou a precisão dos modelos com erros percentuais inferiores a 10% 10%, e durante as análises dos parâmetros do biodiesel o modelo demostrou um comportamento típico de acordo com a literatura Este estudo contribui para o avanço da produção de biodiesel ao fornecer informações sobre a predição do seu rendimento . É recomendado para pesquisas futuras a utilização de mais dados incluindo outros parâmetros como uma tentativa de melhorar o desempenho do modelo.
Influência granulométrica do café como esfoliante corporal em formulação cosmética.
(2024) Chen, I Lien
O presente estudo concentra-se no desenvolvimento e teste de uma formulação de esfoliante, com especial atenção para a influência da granulometria do café como ingrediente natural. Foram conduzidas análises abrangentes, incluindo estudos de estresse térmico, estabilidade preliminar e acelerada, bem como avaliações físico- químicas, organolépticas e sensoriais, além de propor uma planta industrial preliminar para a produção em escala industrial deste esfoliante. Os resultados obtidos indicam a viabilidade técnica da formulação desenvolvida, evidenciando características físicas e organolépticas favoráveis, como estabilidade de pH e densidade, e alta aceitação sensorial, com índices superiores a 70%. Destaca-se também o impacto positivo da separação granulométrica do café na qualidade do produto final. Além disso, este estudo enfatiza substituição de microplásticos por ingredientes naturais, como o café, visando oferecer uma alternativa sustentável para produtos de cuidados com a pele. Recomendações futuras incluem a otimização do processo produtivo, exploração de novas formulações, estudos de mercado abrangentes e a adoção de práticas sustentáveis, destacando o potencial do esfoliante de café para promover a sustentabilidade na indústria cosmética.
Aprendizado de máquina para a simulação de oxigênio dissolvido da água superficial da represa Billings.
(2024) Jovél, Haiden Arley Ardila
Na atualidade, são muitas as tecnologias implementadas com o objetivo de mitigar os impactos ambientais que ocorrem no mundo, em vista disso, diversas áreas do conhecimento têm agido de forma interdisciplinar com a finalidade de aplicar técnicas e/ou ferramentas que permitam melhorar os processos tradicionais tornando-os mais eficientes. A ciência de dados é uma disciplina com um campo abrangente de atuação nas Engenharias permitindo a otimização de processos rotineiros de forma mais simples utilizando modelos matemáticos e um amplo conjunto de dados. Órgãos públicos como a SABESP realizam monitoramento rotineiro dos parâmetros de qualidade da água da represa Billings disponibilizando um relatório com os resultados no decorrer de um ano, além disso a NASA realiza monitoramento por satélite de diversos parâmetros atmosféricos. O presente trabalho teve como objetivo a utilização de modelos de aprendizado de máquina para simular a quantidade de oxigênio dissolvido (OD) no braço Taquacetuba (BL-105) da represa Billings, os resultados apontam que devido à natureza não linear das variáveis que compõem o sistema natural, o modelo floresta aleatória (Random Forest) consegue ajustes e predições melhores do que o modelo de regressão linear. Foi possível a obtenção de predições coerentes com a diminuição significativa das variáveis da SABESP para os dois modelos. O modelo floresta aleatória conseguiu diferençar a disponibilidade de OD no meio hidrográfico levando em consideração as especificidades sazonais além dos períodos diurnos e noturnos ao longo de dois anos. O ano 2017 apresentou valores mais precisos do que o ano 2019, quando comparado com os dados reais. Por fim, a pesquisa sugere a possibilidade de tornar o processo de monitoramento da qualidade da água mais econômico, devido à capacidade do modelo de aprendizado de máquina em prever resultados satisfatórios com uma quantidade reduzida de parâmetros de monitoramento do complexo hidrográfico Billings.
Aprendizado de máquinas na predição do perfil de temperatura de trocadores de calor.
(2024) Vicente, Vittoria Santos de
O aprendizado de máquina pode ser aplicado em estudos de otimização de vários processos industriais, como de controle de processos, predição de demanda, modelagem e simulação de processos. Essa aplicação também se estende para estudos em equipamentos, como os trocadores de calor, presentes na maioria das indústrias. Com a crescente preocupação com a redução de gastos, bem como com o respeito ao meio ambiente, os estudos relacionados a aplicação da IA na indústria se tornam cada vez mais necessários, pois evitam o desperdício de insumos e trazem maior rentabilidade aos negócios. Diante disso, este trabalho tem como objetivo analisar qual algoritmo de Aprendizado de Máquina melhor identificam o comportamento e consegue prever o processo de troca de calor de forma mais precisa, em um trocador de calor de tubo concêntrico. Para realizar essa análise foram coletados dados de um trocador de calor de tubo concêntrico didático, disponível no laboratório de Engenharia Química da UNILA, e estes dados foram utilizados para alimentar o software Orange Data Mining. Este software possui ferramentas para realizar analises estatísticas e de opções de modelos de aprendizado de máquina, além de ser capaz de criar modelos de predição. A variável escolhida para realizar a predição foi a Temperatura de Saída do fluido quente e, como trata-se de uma variável continua, foram utilizados os indicadores estatísticos RMSE, MSE, MAE, MAPE e R2 para avaliar o desempenho dos modelos. Os dados experimentais foram utilizados para treinar modelos de predição derivados de três algoritmos de aprendizado de máquina diferentes: Linear Regression, Decision Tree e Randon Forest. A partir das informações coletas e geradas neste estudo, foi possível avaliar que o modelo de predição que melhor se adaptou ao processo de troca de calor foi o gerado pelo modelo de aprendizado de máquina Randon Forest. Esse resultado é consistente com a natureza não linear dos dados do processo de trocadores de calor. O Modelo teve um bom desempenho com os dados de teste, evidenciado por erros baixos e um coeficiente de determinação (R2) próximo de 1. Isso indica que o modelo se ajustou bem aos dados de teste, refletindo de forma precisa o comportamento do sistema.
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.
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.
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.
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.
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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