Modelagem e simulação de um reator tubular contínuo para a produção de biodiesel

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaO impacto ambiental devido ao uso de combustíveis fósseis e as questões políticas envolvendo seu uso tem impulsionado a busca por combustíveis derivados da biomassa. Desta forma, o biodiesel tem aparecido nesse contexto com o objetivo de substituir, parcialmente ou totalmente, a utilização de combustíveis derivados de petróleo. O biodiesel é definido como uma mistura de ésteres obtidos principalmente a partir da reação de triglicerídeos e álcool. A reação mais comumente utilizada para sua síntese é a transesterificação. Este trabalho tem como objetivo desenvolver um modelo multifísico, empregando o método de elementos finitos, para a produção de biodiesel em reator tubular, considerando escala laboratorial e industrial. A reação de transesterificação foi idealizada segundo uma proporção molar de 1:5 (óleo de colza:metanol), considerando catalisador básico, juntamente com um modelo cinético completo, incluindo as reações diretas e reversas. Foram estudados aspectos da transferência de massa, calor e quantidade de movimento ao longo do reator. Foi analisado o efeito da presença do meio poroso e da prática de mistura prévia dos reagentes à injeção no reator, juntamente com o efeito da perda de calor por fluxo convectivo nas paredes do reator. Verificou-se que a reação do óleo de colza e metanol é muito rápida, atingindo altas conversões (99,44%) em poucos minutos de reação. Com relação à cinética reacional da produção de biodiesel, os dados obtidos por meio do modelo desenvolvido foram validados com dados experimentais da literatura, obtendo-se boa concordância entre estes e o modelo. Verificou-se que o reator tubular estudado possui comportamento teórico de um Reator Perfeitamente Misturado, apresentando um grande desvio do ideal Plug Flow. Constatou-se a partir do Planejamento Fatorial 23 que as variáveis temperatura e razão molar (metanol:triglicerídeo) são significativas com relação à conversão em biodiesel, juntamente com a interação entre elas, sendo seus efeitos positivos, ou seja, quanto maiores os valores para tais variáveis, maior será a conversão em biodiesel obtida. O modelo de regressão ajustado apresentou um excelente coeficiente de determinação, podendo ser empregado para fins preditivos. A utilização da plataforma multifísica para a simulação por meio do método de elementos finitos se mostrou uma ferramenta valiosa para o estudo da produção de biodiesel em sistemas contínuos, nos quais se pode colocar em evidência aspectos fenomenológicos do escoamento reativo. Tal estudo é importante por fornecer parâmetros que podem ser empregados para descrever o sistema reacional e auxiliar no projeto e otimização de reatores tubulares, visando condições ótimas de operação.The environmental impacts due to the use of fossil fuels and the political issues surrounding its use have driven the search for fuels derived from biomass. Thus, biodiesel has appeared in this context in order to replace partially or totally the use of petroleum fuels. Biodiesel is defined as a mixture of esters derived mainly from the reaction of triglycerides and alcohol. The reaction most commonly used for their synthesis is the transesterification. This work aims to develop a multiphysics model using the finite element method for biodiesel production in tubular reactor considering laboratorial and industrial scale. The transesterification reaction was idealized according a molar ratio of 1:5 (rapeseed oil: methanol), considered basic catalyst, together with a complete kinetic model, including direct and reverse reactions. Aspects of mass transfer, heat and momentum along the reactor was studied. The effect of the presence of the porous medium and the mixing process of reactants prior to the injection into the reactor, together with the effect of heat loss by convective flows in the walls of the reactor were analyzed. It was found that the reaction of rapeseed oil and methanol was very fast, reaching high conversions ratio (99.44%) in a few minutes of reaction. About the reactional kinetics for the biodiesel production, the data obtained through the developed model was validated with experimental data from the literature, obtaining good agreement between these and the model. It was found that the studied tubular reactor has the same theoretical behavior of a Perfectly Mixed Reactor with a large deviation from the ideal Plug Flow. It was found from the Factorial Design 23 that the variable of temperature and molar ratio (methanol:triglyceride) are significant in relation to the biodiesel conversion, along with the interaction between them and its positive effects, that is, the higher the values for these variables, the greater the conversion of the biodiesel obtained. The adjusted regression model showed an excellent coefficient determination. It can be used for predictive purposes. The use of the multiphysics platform for the simulation using the finite element method has proved a valuable tool for studying the production of biodiesel in continuous systems, in which bringing to light phenomenological aspects of the reactive flow. This study is important to provide parameters that can be used to describe the reaction system and assist in the design and optimization of tubular reactors, aiming at optimal operating conditions

Extração de inulina do alho (Allium Sativum L. var. Chonan) e simulação dos processos em batelada e em leito fixo

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaA inulina tem sido utilizada como um ingrediente alimentício, atualmente fazendo parte dos alimentos funcionais. Quando incorporada à dieta, a inulina atua como "prebiótico", promovendo o desenvolvimento seletivo de microrganismos benéficos. Além dessa ação, apresenta também outras funções na saúde, agindo como fibras dietéticas. O consumo de inulina também contribui para o melhoramento do equilíbrio mineral do cálcio, magnésio e ferro. A inulina também apresenta interesse tecnológico/funcional. Pode ser considerada um ingrediente alternativo que permite substituir gorduras com sucesso, produzindo sensação similar na boca. Também pode ser utilizada como fonte natural e alternativa de açúcar (frutose) com baixo teor calórico. Além das propriedades já referidas, a inulina exibe outras propriedades interessantes como a da ação estabilizante de espumas e emulsões. Este trabalho tem por objetivo o estudo de diferentes condições e alternativas para a extração da inulina do alho (Allium sativum L. var. Chonan), seguido da modelagem e simulação dos dados experimentais. Os efeitos da temperatura sobre o rendimento de extração de inulina do alho foi analisado em batelada, a qual foi realizada por imersão de alho cortado em água, na proporção de 1:5 (M/V) por 1 hora, sob agitação, a 25, 45, 60, 75 e 90°C, seguido de filtração. O processo em fluxo contínuo foi realizado em coluna de leito fixo com passagem única e com recirculação do solvente, variando a vazão em 0,59; 2,4; e 4,7 cm3/min para ambos os casos, na temperatura de 60°C. O sistema de extração foi formado de uma coluna cilíndrica de vidro com capacidade interna de 60 cm3, recheada com alho fatiado e pérolas de vidro na proporção de 1:2 (inerte:alho) em massa. Em todas as condições de estudo foi realizado a cinética de extração de inulina e esgotamento dos açúcares do alho até o equilíbrio. Extraiu-se inulina por maceração até formação de pasta, seguido de processos de lavagem e peneiramento em cada etapa, a temperatura ambiente. Dentre os processos estudados, a extração em coluna com passagem única de solvente demonstrou-se mais vantajosa, no que se refere ao conteúdo de inulina extraído, tempo de extração e economia de energia e equipamentos para o sistema. Na simulação do processo em batelada, o modelo difusivo de duas resistências consegue descrever satisfatoriamente a cinética de extração de inulina do alho em batelada com agitação constante e para diferentes temperaturas. Para a simulação em coluna, apesar da dispersão nos dados experimentais, o modelo descreveu de forma satisfatória as diferentes configurações estudadas

Effect of sterilization on drugs and lenses for ophthalmic applications

Poster presented at the 10th World Biomaterials Congress. Montreal, Canada, 17-22 May 2016N/

Mechanical properties and antimicrobial activity of pumice stone/sludge filled thermosetting composites

The exploitation of natural quarries generates a high amount of waste as a result of the extraction, screening and segmentation processes. These usually inert wastes are not typically reused and end up in landfills. There is an urgent need for sustainable solutions aiming at the valorisation of these mineral wastes through the development of innovative products with greater added value and active functionalities. In this work, the applicability of different mineral wastes was tested on the development of advanced active ecocomposites. Several formulations/ conditions, using green epoxy and polyester matrixes, were assessed in order to determine the reasonable production parameters. Additionally, two different antibacterial agents were added and the efficacy was tested. The overall mechanical performance of the ecocomposite was evaluated during every stage of development. The combination of dried sludge and green epoxy resin (SE_70), containing 70% of mineral waste, revealed to be most promising composition with interesting mechanical properties (tensile strength 91.63 ± 3.31 (MPa); strain (%) 0.69 ± 0.05; and Young’s modulus (GPa) 13.65 ± 0.64). The functionalization of these samples was successful and the antibacterial activity was confirmed. However, the active agent affected the short-term mechanical properties. Nevertheless, the QUV® accelerated weathering test confirmed that the main long-term properties were unaffected. Thus, it is concluded that mineral waste from quarry activities can be use in the development of new sustainable added value advanced products.This work was supported by Operational Programme “Regional Azores 2014–2020”, through project Basalt Waste Composite (ACORES01-0247-FEDER-000013), Portugal

Chitosan nanogels for biomedical applications: choosing a suitable sterilization method

Poster presented at the 10th World Biomaterials Congress. Montreal, Canada, 17-22 May 2016N/

About the effect of eye blinking on drug release from pHEMA-based hydrogels: an in vitro study

"The development of new ophthalmic drug delivery systems capable of increasing the residence time of drugs in the eye and improve its bioavailability relatively to eyedrops has been object of intense research in recent years. Several studies have shown that drug loaded therapeutic soft contact lenses (SCLs) constitute a promising approach, with several potential advantages as compared with collyria. The main objective of this work is to study the effect of repetitive load and friction cycles caused by the eye blinking, on the drug release from hydrogels used in SCLs which, as far as we know, was never investigated before. Two poly-2-hydroxyethylmethacrylate based hydrogels, pHEMA-T and pHEMA-UV, were used as model materials. Levofloxaxin was chosen as model drug. The hydrogels were fully characterized in what concerns structural and physicochemical properties. PHEMA-UV revealed some superficial porosity and a lower short range order than PHEMA-T. We observe that the load and friction cycles enhanced the drug release from pHEMAUV hydrogels. The application of a simple mathematical model, which takes into account the drug dilution caused by the tear flow, showed that the enhancement of the drug release caused by blinking on this hydrogel may be relevant in in vivo conditions. Conversely, the more sustained drug release from pHEMA-T is not affected by load and friction cycles. The conclusion is that, depending on the physicochemical and microstructural characteristics of the hydrogels, blinking is a factor that may affect the amount of drug delivered to the eye by SCLs and should thus be considered.

Avaliação da atividade de monitoria aplicada a disciplina de refrigeração na indústria de alimentos / Evaluation of the monitoring activity applied to the subject of refrigeration in the food industry

A monitoria é um serviço de apoio pedagógico que visa oportunizar o desenvolvimento de habilidades técnicas e aprofundamento teórico, proporcionando o aperfeiçoamento acadêmico. Este trabalho teve como objetivo apresentar os resultados obtidos durante o período de desenvolvimento da monitoria referente a disciplina de refrigeração na indústria de alimentos, no semestre 2017_1. Durante a atividade os monitores resolveram exercícios extras no horário da monitoria e auxiliaram na solução de dúvidas com relação ao conteúdo visto em aula. Constatou-se que os alunos que participaram da monitoria apresentaram um bom desempenho na disciplina, além de ter sido muito produtivo para o monitor com relação ao desenvolvimento de suas habilidades didáticas e interpessoais

About the sterilization of chitosan hydrogel nanoparticles

In the last years, nanostructured biomaterials have raised a great interest as platforms for delivery of drugs, genes, imaging agents and for tissue engineering applications. In particular, hydrogel nanoparticles (HNP) associate the distinctive features of hydrogels (high water uptake capacity, biocompatibility) with the advantages of being possible to tailor its physicochemical properties at nano-scale to increase solubility, immunocompatibility and cellular uptake. In order to be safe, HNP for biomedical applications, such as injectable or ophthalmic formulations, must be sterile. Literature is very scarce with respect to sterilization effects on nanostructured systems, and even more in what concerns HNP. This work aims to evaluate the effect and effectiveness of different sterilization methods on chitosan (CS) hydrogel nanoparticles. In addition to conventional methods (steam autoclave and gamma irradiation), a recent ozone-based method of sterilization was also tested. A model chitosan-tripolyphosphate (TPP) hydrogel nanoparticles (CS-HNP), with a broad spectrum of possible applications was produced and sterilized in the absence and in the presence of protective sugars (glucose and mannitol). Properties like size, zeta potential, absorbance, morphology, chemical structure and cytotoxicity were evaluated. It was found that the CS-HNP degrade by autoclaving and that sugars have no protective effect. Concerning gamma irradiation, the formation of agglomerates was observed, compromising the suspension stability. However, the nanoparticles resistance increases considerably in the presence of the sugars. Ozone sterilization did not lead to significant physical adverse effects, however, slight toxicity signs were observed, contrarily to gamma irradiation where no detectable changes on cells were found. Ozonation in the presence of sugars avoided cytotoxicity. Nevertheless, some chemical alterations were observed in the nanoparticles.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Cinética de secagem de pera Argentina (Pyrus communis L.) e pera Willians (Pyrus communis 'Williams') / Drying kinetics of Argentine pear (Pyrus communis L.) and Willians pear (Pyrus communis 'Williams')

A pera é muito apreciada por suas propriedades nutritivas e pelo delicado sabor, sendo uma fruta de baixo valor calórico. A escolha do tipo de secagem a ser utilizada depende de fatores que englobam desde as características do material a ser desidratado até as propriedades do ar de secagem. O presente trabalho teve como objetivo principal determinar as curvas de secagem da pera (Pyrus spp ) do gênero  Argentina e Willians  através do uso de um secador de bandejas em uma temperatura de 60°C com velocidade do ar aproximada de 2m/s. Foi possível caracterizar a secagem pelo mecanismo de difusão e determinar o coeficiente difusivo de transferência de massa das amostras de Pera Argentina e Pera Willians, sendo o valor de constante de secagem igual a -0,0155 min-1 para a amostra de Pera Argentina e de -0,0164 min-1 para a amostra de Pera Willians. Os valores de difusividade efetiva são 0,0003926 cm²/min para a amostra de Pera Argentina e 0,000415 cm²/min para a amostra de Pera Willians

Controlled drug delivery from ophthalmic lenses

Poster apresentado no Ciência 2016 – Encontro com a Ciência e Tecnologia em Portugal. Centro de Congressos de Lisboa, 4-6 julho 2016N/