Engenharia Química
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Browsing Engenharia Química by browse.metadata.advisor "Catto, André Luis"
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- ItemOpen AccessDesenvolvimento de aplicativo em Python para dimensionamento de colunas de destilação em misturas binárias e multicomponentes(2023-07) Spohr, Vinícius Lermen; Catto, André Luis; http://lattes.cnpq.br/5881191001091059; Borsoi, Cleide; Dahmer, Bruno RampanelliA destilação é a operação unitária mais utilizada para a separação de misturas líquidas miscíveis em seus componentes líquidos puros. Dado que apresenta uma baixa eficiência energética, os custos de construção e operação são relevantes, necessitando-se de um bom dimensionamento da coluna. Os métodos de McCabe-Thiele e Fenske-Underwood-Gilliland são utilizados para o dimensionamento de colunas de destilação em misturas binárias e multicomponentes, respectivamente. No entanto, esses métodos são lentos, manuais e repetitivos. Sendo assim, o objetivo deste trabalho é obter uma ferramenta computacional desenvolvida em Python para o dimensionamento de colunas de destilação, obtendo resultados mais rápidos, didáticos e precisos. A interface gráfica do programa foi criada por meio do Qt Designer, com entradas de dados, avisos e resultados obtidos. A integração com Python possibilitou a leitura dos dados, sua filtragem e realização das rotinas de cálculo. Para o método de McCabe-Thiele, a construção do gráfico e resultados teve como suporte as bibliotecas matplotlib e shapely. Nesse método, as respostas do prato de alimentação encontradas foram idênticas às da literatura para ambos os casos avaliados, enquanto que para o número de estágios divergiram em 4,25% para um dos casos e foram iguais no outro. Já para o método de Fenske-Underwood-Gilliland, foram implementadas as equações que denominam o método no código, além do auxílio das bibliotecas sympy e pandas. Com esse método, realizaram-se testes com dois casos de estudos distintos e para ambas as situações os valores do número mínimo de estágios e refluxo mínimo estiveram próximos aos da literatura, com uma diferença média de 1,3% e 3,36%, respectivamente. A distribuição dos componentes também apresentou uma boa precisão. No entanto, para o número total de estágios foi obtida uma divergência mais significativa nos dois exemplos avaliados, variando de 6,92% a 47,62% do indicado pelos autores. Com isso, os resultados se mostraram satisfatórios, sendo possível avaliar o dimensionamento de colunas de destilação de forma mais rápida e fácil por meio da aplicação desenvolvida, tornando o procedimento mais visual e favorecendo a compreensão dos impactos causados por variações nos parâmetros de projeto.
- ItemOpen AccessObtenção de hidrogel a partir do polímero natural quitosana para uso na remoção de metais em águas(2021-06) Rosa, Luma Thais Da; Catto, André Luis; http://lattes.cnpq.br/5881191001091059A água é considerada como um bem de importância mundial, com isso tratamentos avançados se tornam essenciais para remoção de metais e outros contaminantes que no tratamento convencional não conseguem ser removidos. Alguns adsorventes são considerados promissores para estes avanços, como é o caso do polissacarídeo quitosana, um polímero natural que está presente no exoesqueleto de crustáceos e pode ser obtido através dos restos destes animais. Devido suas características eficientes de adsorção de metais, o hidrogel obtido através da quitosana surge como uma alternativa para uso em diferentes aplicações. Neste sentido, o objetivo deste trabalho foi extrair a quitosana a partir da quitina presente no camarão e com isso desenvolver um hidrogel biodegradável e atóxico para aplicação em um processo de filtração que visa à remoção de metais em águas. Para se obter a quitosana a partir dos rejeitos de camarão foi utilizado o método de desacetilação, sendo após então produzido o hidrogel. A obtenção da quitina através dos resíduos de camarão foi realizada por meio de diferentes tratamentos químicos, até obtenção do material purificado. Já a reação de desacetilação da quitina foi realizada a partir de uma hidrólise básica, com a adição de uma solução de hidróxido de sódio (NaOH) na concentração de 42,3 % (m/v), sendo a reação conduzida em um reator batelada fechado com sistema de agitação a 165 rpm e mantido à temperatura de 100 °C por cerca de 2 h. Após o término da reação realizou-se as etapas de lavagem com água para a neutralização do pH e purificação da quitosana. Para a obtenção do hidrogel foi utilizada uma mistura de ácido acético e água junto à quitosana, usando processos mecânicos para a promover a precipitação do hidrogel. Para análise do hidrogel obtido foram avaliadas características físico-químicas e estruturais, por meio de análises físicas, químicas e morfológicas. Como resultados, obteve-se a quitosana com um grau de desacetilação de 81 % e um rendimento de cerca de 2 %, sendo estes valores semelhantes a outros estudos da literatura. Porém, a aplicação do hidrogel de quitosana à 2 % (Hidroquit) ao sistema de filtração de água contaminada com os metais cádmio (Cd), cobre (Cu) e chumbo (Pb) se mostrou ineficiente para a remoção destes metais, mesmo quando em pequenas quantidades, na concentração de 0,010 mg/L de Cd e 0,020 mg/L de Pb e Cu. Contudo, foi possível avaliar a efetividade do processo de obtenção da quitosana através de resíduos da espécie de camarão mais consumido na região sul do Brasil, sendo assim uma possibilidade para desenvolvimento de novas metodologias e estudos na área utilizando este material.
- ItemOpen AccessObtenção e caracterização de biopolímeros a partir de fécula de mandioca e amido de milho(2020-06) Schaeffer, Daiane; Catto, André Luis; http://lattes.cnpq.br/5881191001091059Devido ao crescente acúmulo de resíduos sólidos proveniente de polímeros sintéticos que, quando descartados inadequadamente, acabam agredindo o meio ambiente, diferentes estratégias vêm sendo criadas com o intuito de diminuir esses problemas, por meio da prevenção, reciclagem, redução e valorização química destes materiais e especialmente o uso de polímeros biodegradáveis. O uso de amido como material termoplástico é promissor devido principalmente a disponibilidade natural deste produto, que pode ser extraído de uma fonte inesgotável de matérias-primas como cereais e raízes. Neste contexto, o presente trabalho aborda o estudo de biopolímeros produzidos a partir de duas diferentes fontes renováveis, a fécula de mandioca e o amido de milho. A metodologia foi realizada utilizando a técnica de casting, usando três diferentes concentrações de glicerol (plastificante) e duas faixas de temperatura de reação distintas. As caracterizações dos filmes foram realizadas de acordo com normas específicas para embalagens poliméricas, avaliando propriedades como espessura, absorção de água, comportamento em soluções aquosas de acordo com o pH, análise morfológica por microscopia eletrônica de varredura (MEV), estabilidade térmica por análise termogravimétrica (TGA) e calorimetria diferencial de varredura (DSC). Os resultados mostraram que a espessura das amostras mostrou boa uniformidade, enquanto o estudo cinético apresentou uma alta absorção de água das amostras ao longo do tempo. Na análise de MEV percebeu-se algumas falhas ocorridas durante a retirada da amostra das placas de Petri e pequenos componentes não solubilizados na etapa de formulação. As curvas de TGA mostraram uma baixa estabilidade térmica comparadas ao biofilme comercial, porém, baixo percentual final de resíduo. Por DSC observou-se que os biofilmes apresentaram temperaturas de fusão na faixa de 90 a 108 oC, inferiores também ao biofilme comercial. Porém, pelos resultados gerais obtidos, pode-se perceber que o uso de amido para produção de biofilmes é uma tecnologia promissora, que pode ser melhorada e implementada para desenvolvimento de novos produtos mais sustentáveis e amigáveis ao meio ambiente.
- ItemOpen AccessObtenção e caracterização de filmes biodegradáveis de amido de pinhão e batata-doce(2020-06) Nichel, Suélen; Catto, André Luis; http://lattes.cnpq.br/5881191001091059Devido aos problemas ambientais gerados pelo grande acúmulo de resíduos poliméricos descartados inadequadamente na natureza nas últimas décadas, vem aumentando o número de pesquisas relacionadas a materiais biodegradáveis. Entre estes materiais, os filmes biodegradáveis vêm ganhando destaque, pois formam uma solução filmogênica que pode ser utilizada como um revestimento protetor, podendo ser utilizado para conservação de alimentos como frutas. Assim, este trabalho avaliou a extração do amido do pinhão e da batata-doce para posterior produção de filmes biodegradáveis, analisando suas propriedades e aplicação como revestimento de frutas. A extração dos amidos foi realizada por processo de trituração e posterior filtração e secagem. Os filmes biodegradáveis foram obtidos a partir do método de casting, onde ocorre a formação da solução filmogênica através do amido de pinhão e do amido da batata-doce juntamente com plastificante (glicerol). As análises de caracterização dos filmes de amido de pinhão (GFP), amido de batata-doce (GFB) e do polímero comercial (CFMM) foram realizadas por meio de ensaios de solubilidade, espessura, análise térmicas e morfológicas, além de ensaios visuais e de perda de massa, utilizando como fruta o tomate. Os resultados obtidos indicam que todos os filmes biodegradáveis apresentaram uma solubilidade baixa e o filme CFMM apresentou menor espessura (0,0026 ± 0,002 mm) comparado aos demais filmes. Na análise termogravimétrica (TGA) os filmes GFP e GFB apresentaram estabilidades térmicas inferiores ao CFMM, já no comportamento térmico por calorimetria exploratória diferencial (DSC), verificou-se que todos os filmes apresentaram uma adequada resistência a altas temperaturas. Na análise morfológica os filmes GFP e GFB mostraram certas irregularidades e defeitos, já o filme CFMM apresentou uma morfologia homogênea e compacta. Por fim, no teste de aplicação como revestimento em tomates, a solução filmogênica não aderiu completamente ao fruto, não mostrando bons resultados relacionados ao seu aspecto visual. Em relação a perda de massa, os resultados mostraram uma maior perda de massa no início, indicando que após o sexto dia o fruto começou a perder menos água. Assim, conclui-se que o filme comercial (CFMM) apresentou melhor desempenho quando comparado aos filmes GFP e GFB, que não apresentaram uma adequada efetividade quando aplicados como revestimento de proteção em frutas.
- ItemOpen AccessProjeto de uma indústria de ração animal baseada no processamento de cereais(2020-12) Kuffel, Fernando José Malmann; Catto, André Luis; http://lattes.cnpq.br/5881191001091059Devido ao crescente aumento no mercado nacional de rações, surgiu o interesse de uma empresa de nutrição animal, a qual produz rações à base de farinha de origem animal (FOA), em implementar um novo processo de produção, usando cereais. Nesse sentido, buscou-se através do presente trabalho criar um projeto para possível implantação de uma nova área de produção na empresa. O projeto consistiu em selecionar e dimensionar todos os equipamentos e etapas envolvidas no processo de produção da ração, partindo desde as etapas de dosagem, pesagem, moagem, mistura, peletização e envase do produto final. Além disso, foi desenvolvido um Piping and Instrumentation Diagram (P&ID) do projeto, com a descrição do sistema de automação e controle, e realizada uma análise de custos de implantação. Através de uma produção diária de 120 toneladas por dia, pôde-se dimensionar os silos para comportarem 208,2 m3 e com a análise dos tempos de operação os transportadores e elevadores foram projetados para uma capacidade de 40 ton/h. Além disso, definiu-se os modelos de moinho de martelos (GK-MMA532), de misturador horizontal de pás (GK-MHP1750), peletizadora (Sprout 36TW- 600) e resfriador (SCCR20) para o processo. Através do diagrama P&ID pôde-se detalhar o sistema de operação e segurança da fábrica, contando com todas as válvulas, instrumentos e alarme de segurança além de definir a lógica de operação do processo. Por fim, avaliando os custos envolvidos, verificou-se que após 4 anos a empresa quitará o valor investido, mostrando assim o tempo necessário para o retorno do projeto. Com isso, este projeto serviu como uma base para o desenvolvimento definitivo de implementação desta nova indústria de ração, que já está em andamento com previsão final para início de operação em 2021.
- ItemOpen AccessProjeto de uma planta de recuperação de solventes residuais do processo de impressão flexográfica em uma indústria de embalagens plásticas flexíveis(2023-07) Souza, Juliana Magalhães De; Catto, André Luis; http://lattes.cnpq.br/5881191001091059; Borsoi, Cleide; Reisdorfer, GustavoO processo de impressão flexográfica utiliza, em sua maioria, tinta à base de solventes orgânicos, que são evaporados nas máquinas impressoras e emitidos na atmosfera. A emissão de compostos orgânicos voláteis na atmosfera ainda não é delimitada pela legislação brasileira, porém sabe-se que a emissão destes compostos é prejudicial à saúde humana e ao meio ambiente, além de representar um desperdício de matériaprima. Poucas indústrias fazem a recuperação e reaproveitamento dos solventes evaporados, devido ao alto custo para instalação de equipamentos adequados, porém em indústrias com alto volume de consumo de solventes, a recuperação e reutilização pode-se tornar um processo lucrativo. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi projetar uma planta de recuperação de solventes, compostos por etanol, n-propanol, acetato n-propila e propilglicol, provenientes do processo de impressão flexográfica em uma indústria de embalagens flexíveis. Para isso, foi realizado o dimensionamento de um sistema de ventilação local exaustora para captação dos solventes evaporados e colunas de adsorção que irão reter o solvente presente na corrente de ar, oriunda do sistema de secagem das impressoras flexográficas. Posteriormente, foi realizada a simulação da etapa de destilação para separação dos compostos que compõe o solvente, no software Aspen Plus, utilizando diferentes parâmetros de operação. Os resultados mostraram que a vazão de solvente evaporado, no setor de impressão flexográfica da empresa, pode chegar a 78 kg/h, e a cada ciclo de 6 horas, pode-se adsorver 468 kg de solventes oriundos de uma corrente de ar com vazão de 13,34 m³/s, em um leito de carvão ativado, de 0,29 m de altura e 5,82 m de diâmetro, e que apesar dos compostos formarem misturas azeotrópicas nas condições de operação das colunas destilação, obteve-se n-propanol e etanol com pureza de 99%, a partir da especificação de eficiência de vaporização por componente, nas colunas 1 e 2 da simulação realizada, acarretando no aumento de temperatura dos refervedores nas colunas. Os resultados obtidos demonstram que o solvente recuperado possui alta pureza e pode ser reutilizado no processo de impressão da empresa em estudo.
- ItemOpen AccessSíntese e caracterização de hidrogéis reticulados com ácido cítrico e álcool polivinílico para uso na agricultura(2024-12-12) Pozzebon, Eloisa; Catto, André Luis; http://lattes.cnpq.br/5881191001091059; Borsoi, Cleide; Reisdörfer, GustavoCom o aumento da demanda mundial por alimentos, busca-se progressivamente uma agricultura mais sustentável, com a conservação do solo, da água e do meio ambiente, usando técnicas apropriadas, economicamente viáveis e socialmente aceitáveis. Nesse sentido, o uso de hidrogéis é uma alternativa promissora para liberação lenta de água e compostos orgânicos que possam ser incorporados, como óleos essenciais e nanoargilas, resultando em polímeros biodegradáveis hidroretentores e fungicidas. A partir disso, o objetivo desta monografia baseou-se no preparo de hidrogéis com carboximetilcelulose (CMC) e um híbrido de nanoargila montmorilonita sódica (MMT Na+) e óleo essencial de capim-limão (Cymbopogon citratus) para uso na agricultura. Como agentes reticulantes, foram utilizados ácido cítrico em todas as amostras sintetizadas, na concentração constante de 7,5% em relação à quantidade de polímero e, álcool polivinílico (PVA), em concentrações de 0, 0,5, 1,0, 2,5 e 4,0% em relação à massa total de solução. As amostras foram avaliadas quanto às suas propriedades físicas, térmicas, químicas e de hidrofilicidade, além do potencial antifúngico frente aos fungos Fusarium oxysporum e Colletotrichum acutatum. Os resultados da análise de intumescimento realizada em água destilada mostraram alta capacidade de absorção, de até 1646,77% na amostra sem PVA, porém decrescendo ao aumentar a concentração do agente reticulante. Verificou-se também que as amostras com concentrações mais elevadas de PVA apresentaram resultados de fração em gel mais expressivos, de até 95%, indicando um aumento da densidade de reticulação, o que torna o hidrogel mais compactado e menos permeável. A presença de reticulação também é percebida na análise de Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR), através das bandas em 1710 e 1570 cm-1, características de ligações éster entre as cadeias dos reticulantes com a CMC. Em meio salino, com sulfato de amônio, os hidrogéis com PVA tiveram maior estabilidade e, na análise termogravimétrica (TGA), apresentaram maior estabilidade térmica nas temperaturas até 300°C. A atividade antifúngica dos hidrogéis apresentou baixos índices de inibição frente aos fungos Fusarium oxysporum e Colletotrichum acutatum, provavelmente devido à baixa concentração usada do óleo essencial de capim-limão. Apesar disso, pode-se concluir que as características dos hidrogéis desenvolvidos são favoráveis à sua utilização na agricultura, sendo biocompatíveis e com grande capacidade de retenção de líquidos, podendo liberá-los de forma controlada.
- ItemOpen AccessSíntese, obtenção e caracterização de hidroxiapatita a partir da casca de ovo de galinha(2020-06) Bonzanini, Victória; Catto, André Luis; http://lattes.cnpq.br/5881191001091059Os materiais provenientes de fontes naturais são recursos importantes para a extração e recuperação de diversos compostos importantes, para obtenção de diferentes produtos ou aplicações. A transformação de resíduos em materiais de maior valor agregado requer na maioria dos casos técnicas e abordagens específicas, conforme as características do material avaliado. As biocerâmicas são biomateriais que podem ser utilizados em várias aplicações médicas, dentre as biocerâmicas a hidroxiapatita é a mais empregada na biomedicina. A hidroxiapatita é o tipo de fosfato de cálcio mais estudado nesta área, pelo fato de apresentar biocompatibilidade e osteocondução, além de possuir semelhança com a composição mineral óssea. Neste contexto, o presente trabalho busca analisar a viabilidade da utilização da casca de ovo de galinha como uma fonte de cálcio alternativa para a produção de hidroxiapatita. O óxido de cálcio foi obtido através da calcinação da casca, seguido por uma reação por precipitação química utilizando o ácido fosfórico para obtenção da hidroxiapatita. As amostras de hidroxiapatita obtidas a partir da casca de ovo foram submetidas a análises de microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia por dispersão de energia (EDS) e analisada quanto ao tratamento térmico (TGA). A partir do TGA e EDS das cascas de ovo foi possível perceber que esse resíduo é uma fonte viável de cálcio, tornando-se um precursor na formação de hidroxiapatita, apresentando 45,5% em perda de massa enquanto as amostras de hidroxiapatitas obtiveram uma pequena perda de massa de 0,5% e 0,8%, característica de material biocerâmico. A microscopia eletrônica de varredura evidenciou que os parâmetros de síntese empregados conduziu a formação de partículas finas, em formato quase esférico aglomerados. Já através da espectroscopia por dispersão de energia das amostras é possível notar a grande presença de cálcio e fósforo na proporção não estequiométrica com a presença de outros elementos. Comprova-se que a casca de ovo é uma fonte viável de cálcio para a síntese de hidroxiapatita, apresentando uma rota alternativa para esses resíduos em grande abundância, bem como a possibilidade de obtenção de um biomaterial de alto valor agregado proveniente de baixo custo.