Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2014 / Made available in DSpace on 2015-02-05T21:16:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 332239.pdf: 4349250 bytes, checksum: 50f221262cd47419d18deb980bcb7aca (MD5) Previous issue date: 2014 / Neste trabalho desenvolve-se a modelagem da reação eletroquímica de oxidação de etanol em células a combustível de etanol direto tipo PEM (DEPEMFC). O modelo da célula DEPEMFC considera a cinética de eletro-oxidação de etanol, o transporte de massa e a resistência elétrica dos diversos materiais que formam a célula a combustível. A reação eletroquímica de oxidação do etanol sobre eletrodos bimetálicos de PtSn suportados em tecido de carbono é representada através de um mecanismo cinético de 4 etapas entre 6 espécies químicas. As espécies químicas consideradas são etanol (C2H5OH), água (H2O), acetaldeído (CH3CHO), radical ácido acético (CH3CO), radical hidroxila (OH) e acido acético (CH3COOH). O mecanismo de Langmuir-Hinshelwood prevê a adsorção de etanol e água em sítios catalíticos de Pt e Sn, respectivamente, a reação superficial envolvendo acetaldeído, radical ácido acético e radical hidroxila, e a dessorção de ácido acético como produto final. O resultado líquido do mecanismo cinético é a formação de 4 elétrons ao invés de 12, conforme previsto pela reação global para produtos saturados. Isso causa a redução da eficiência de primeira lei da célula de 97% para 11%. Os resultados do modelo são expressos em termos de 3 constantes cinéticas e de equilíbrio e geram a curva de polarização do ânodo. As equações do modelo cinético são completadas pelas demais equações de transporte e equilíbrio permitindo a modelagem de DEPEMFC. A comparação com medições disponíveis na literatura revelam boa concordância. O trabalho é finalizado com a análise da influência dos parâmetros cinéticos, concentração de etanol e temperatura. A cinética eletroquímica revela-se como o fenômeno determinante do desempenho da DEPEMFC.<br> / Abstract: In this work, the modeling of the electrochemical reaction of ethanol oxidation in fuel cells for direct ethanol PEM (DEPEMFC) is developed. The fuel cell DEPEMFC model considers the ethanol electro-oxidation kinetics, as well as the mass transport and electrical resistance of the different materials that form the fuel cell. The electrochemical oxidation reaction of ethanol on PtSn bi-metallic electrodes supported on carbon fabric is represented by a 4-steps kinetic mechanism involving 6 chemical species. The chemical species considered are ethanol (C2H5OH), water (H2O), acetaldehyde (CH3CHO), acetic acid radical (CH3 CO), hydroxyl radical (OH), and acetic acid (CH3COOH). The Langmuir-Hinshelwood mechanism provides the adsorption of ethanol and water in the catalytic sites of Pt and Sn, respectively, the surface reaction involving acetaldehyde, acetic acid radical and hydroxyl radical, and the desorption of acetic acid as final product. The net result of the kinetic mechanism is the formation of 4 electrons instead of 12 as predicted by the overall reaction to saturated products. This causes a reduction in the cell's first law efficiency from 97 % to 11 %. The model results are expressed in terms of three kinetic and equilibrium constants and generate the anode polarization curve. The equations for the kinetic model are completed by other transport and equilibrium equations allowing for the charge and electrical modeling of the DEPEMFC. The comparison with measurements available in the literature result in good agreement. The work is completed with the analysis of the effects of the kinetic parameters, ethanol concentration, and temperature on the fuel cell performance. In all situations analyzed the electrochemical kinetics is the phenomenon determinant of the DEPEMFC performance.

Orientadora : Profª Drª Elisa Souza Orth / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Química. Defesa: Curitiba, 10/04/2017 / Inclui referências : f. 147-161 / Área de concentração : Físico-Química / Resumo: A transferência do grupo fosforila está envolvida em muitos processos importantes que vão desde a detoxificação de pesticidas até funções biológicas vitais. Essa reação é eficientemente promovida por imidazol (IMZ) e ainda não há uma compreensão concisa da reatividade de seus derivados, o que poderia nortear desenvolvimento de novas moléculas com propriedades otimizadas. Nesse trabalho, a reatividade de derivados de IMZ frente ao triéster dietil-2,4-dinitrofenilfosfato (DEDNPP) foi investigada por meio de estudos cinéticos por UV-Vis, espectrometria de massas, ressonância magnética nuclear (RMN) e cálculos teóricos, tendo como foco avaliar o efeito de substituintes, do tautomerismo e do meio reacional. Dentre os medicamentos derivados de IMZ estudados, o metimazol (MMZ) foi o que apresentou a maior atividade catalítica, com incrementos na ordem de 106 vezes comparado à hidrólise espontânea do triéster. Foi observado que o fármaco apresenta caráter ambinucleofílico e mecanismo de desfosforilação modulado pelo pH do meio, com MMZ neutro atuando preferencialmente via ataque concertado do nitrogênio ao fósforo. Já sua espécie aniônica leva ao produto de substituição nucleofílica aromática pelo ataque do enxofre ao carbono. Nos estudos referentes ao efeito do substituinte, os derivados metilados monossubstituídos também se mostraram eficientes catalisadores na clivagem do DEDNPP. O 4(5)metilimidazol (4(5)MEI) apresentou a maior atividade catalítica, seguido pelo IMZ, 1-metilimidazol (1MEI) e 2-metilimidazol (2MEI), sendo essa ordem independente da basicidade. O 4(5)MEI é único derivado metilado com tautômeros distintos (4MEI e 5MEI) e foi possível diferenciar suas reatividades por meio de técnicas de RMN, indicando que o 5MEI apresenta maior nucleofilicidade. Ainda, cálculos teóricos revelaram que a atividade catalítica do 2MEI e 4MEI é minimizada por efeitos estéricos, enquanto a maior reatividade do 5MEI é resultante da alta energia do par de elétrons nucleofílico. A influência do meio (misturas DMSO/água) foi avaliada para as reações envolvendo o IMZ e 1MEI, sendo mostrado que ambientes ricos em DMSO potencializam a reatividade de ambos. Por outro lado, composições ricas em água levam a maior solvatação dos nucleófilos, diminuindo sua reatividade, sendo mais evidente no IMZ devido a sua maior capacidade de formação de ligações de hidrogênio com o meio. No estudo da influência do substituinte OH na reatividade do 4(5)hidroximetilimidazol (4(5)HMZ), evidências sugeriram que o intermediário fosforilado detectado, seja formado pelo ataque do nitrogênio ao fósforo do DEDNPP, em detrimento ao ataque pelo oxigênio via catálise básica geral. Cálculos revelaram que o 5HMZ, que não é impedido estericamente, tem barreira de ativação ligeiramente inferior que o 4HMZ. Porém, observou-se que o efeito estérico causado pelo substituinte no ataque nucleofílico do 4HMZ é energicamente compensado por uma ligação de hidrogênio entre o grupo OH e a fosforila do triéster. Essa interação estabiliza o estado de transição, levando o 4HMZ a apresentar reatividade similar ao 5HMZ. Esses resultados motivaram a realização de cálculos visando arquitetar um novo catalisador imidazólico para desfosforilação. Dentre os nove derivados avaliados, a maior reatividade foi apresentada pelo 2-hidroximidazol, no qual o grupo OH ocupa posição adjacente ao par de elétrons nucleofílico, reafirmando a importância da formação da ligação de hidrogênio no desenvolvimento de um catalisador eficiente. Assim, metodologias teórico-experimentais permitiram elucidar a reatividade de diversos derivados de IMZ, levando a uma melhor compreensão da influência de substituintes em processos de transferência do grupo fosforila. Palavras-chave: derivados de imidazol, reatividade de nucleófilos, desfosforilação. / Abstract: Phosphoryl group transfer is involved in many important processes ranging from the detoxification of pesticides to vital biological functions. This reaction is efficiently promoted by imidazole (IMZ) and there is not yet a concise understanding of the reactivity of IMZ derivatives, which could guide the development of new molecules with optimized properties. In this work, the reactivity of IMZ derivatives with the triester diethyl-2,4-dinitrophenylphosphate (DEDNPP) was investigated by means of kinetic studies by UV-Vis, mass spectrometry, nuclear magnetic resonance (NMR) and theoretical calculations. The main focus was to assess the influence of substituents, tautomerism and reaction medium. Among the IMZ-derived drugs studied, methimazole (MMZ) presented the highest catalytic activity with rate enhancements in the order of 106-fold compared to the spontaneous hydrolysis of the triester. It was observed that the drug has an ambident nucleophilic character and the dephosphorylation mechanisms are modulated by the pH. Neutral MMZ reacts preferentially via concerted nucleophilic attack by nitrogen on phosphorus, while the most favorable pathway for the anionic form is the nucleophilic aromatic substitution by sulfur on carbon. Studies concerning on the effect of the substituent showed that the monosubstituted methylated derivatives are also efficient catalysts for the cleavage of DEDNPP. The 4(5)MEI is the only methylated derivative with distinct tautomers (4MEI and 5MEI) and it was possible to distinguish their reactivities by means of NMR techniques. Results indicated that 5MEI has the highest nucleophilicity compared to 4MEI. Furthermore, theoretical calculations have shown that the catalytic activity of 2MEI and 4MEI is minimized by steric effects, while the higher reactivity of 5MEI is correlated to the high energy of the nucleophilic electron pair. The influence of the medium was also evaluated in the reactions involving IMZ and 1MEI. It was quantitatively shown that DMSO-rich environments increase the reactivity of both nucleophiles. On the other hand, water-rich compositions lead to a higher solvation of nucleophiles, reducing their catalytic activity. This effect is more evident for IMZ due to its greater capability to form hydrogen bonds with the medium. The influence of the OH substituent was evaluated assessing the reactivity of 4(5)hydroxymethylimidazole (4(5)HMZ) towards DEDNPP. Evidences indicate that the detected phosphorylated intermediate is formed from the nucleophilic attack by the nitrogen lone pair to the phosphorus, in contrast to a general basic catalysis pathway by the hydroxyl group. Calculations revealed that the 5HMZ, which is not sterically hindered, presents a slightly lower activation barrier. However, it was observed that the steric effect caused by the substituent during the nucleophilic attack of the 4HMZ tautomer is energetically compensated by the formation of a hydrogen bond between the hydroxyl group and the triester phosphoryl oxygen. This interaction stabilizes the transition state, leading the 4HMZ to present similar reactivity compared to 5HMZ. These results instigated us to pursuit theoretical calculations aiming at modeling new imidazole catalysts for dephosphorylation. Among the nine IMZ derivatives evaluated, 2-hydroxymidazole presented the highest reactivity, due to the OH group adjacent to the nucleophilic electron pair. These results reaffirm the importance of the hydrogen bond formation in the development of an efficient catalyst. Therefore, the combination of theoretical and experimental methodologies allowed elucidating the reactivity of several derivatives of IMZ, providing a better understanding of the influence of substituents on phosphoryl group transfer processes. Keywords: imidazole derivatives, reactivity of nucleophiles, dephosphorylationT

Orientador: Newton Luiz Dias Filho / Coorientador: Rosangela da Silva de Laurentiz / Banca: Maria Ângela de Moraes Cordeiro / Banca: Claudia Andrea Lima Cardoso / Resumo: Neste trabalho o 3(2-amino-1,3,4-tiadiazol) propil sílica gel, ATDSG, foi caracterizado por análise elementar de C, H, e N; área superficial; espectroscopia de absorção na região do infravermelho e RMN de 13 C e de 29 Si. O ATDSG foi utilizado na adsorção de espécies MX2 (M= Cu2+, Co2+ e Ni2+e X = Cl-, Br- e ClO4 -), possibilitando a construção de isotermas de adsorção. O ATDSG apresentou maior adsorção dos sais cloreto de cobre, cloreto de cobalto e cloreto de níquel em meio cetônico do que em etanol e água. Este efeito pode ser atribuído ao fato de que o cátion e o ânion estão mais associados neste solvente. Também é devido a menor polaridade da acetona em relação aos outros dois solventes, reduzindo assim a competição entre o cátion e o solvente pelos sítios de adsorção da superfície, e, portanto facilitando o processo de adsorção. Foram aplicados os modelos de Langmuir, Freundlich, Temkin e Dubinin-Radushkevich (D-R) para o ajuste, via o método de mínimos quadrados, dos dados experimentais de adsorção em equilíbrio. O modelo que obteve maior concordância com os resultados experimentais foi o de Langmuir. Foram testados modelos de cinética de adsorção para as espécies CuCl2 e CoCl2, em meio etanólico, especificamente, os modelos de pseudo-primeira ordem; pseudo-segunda ordem e Elovich. O modelo que melhor se ajustou aos dados experimentais para as espécies CuCl2 e CoCl2 foi o de Elovich e o pseudo-primeira ordem, respectivamente. Analisou-se também o transporte das espécies iônicas CuCl2 e CoCl2 através da superfície do ATDSG, em meio etanólico, pelo mecanismo de difusão, o qual pode ser do tipo difusão pelicular ou difusão intrapartícula. O resultado obtido sugere que a difusão destas espécies iônicas se adequou melhor para o modelo de difusão pelicular / Abstract: In this study 3-(2-amino-1,3,4-thiadiazol)-propyl silica gel ATDSG characterized through elemental analysis of C, H and N; surface area; absorption spectroscopy in the infrared region and NMR of 13 C and the 29 Si ATDSG was used in the adsorption of species MX2 (M = Cu 2+ , Ni2+ and Co2+ and X = Cl-, Br-, and ClO4-), allowing the construction of adsorption isotherms. The ATDSG showed higher adsorption of salts copper chloride, cobalt chloride and nickel chloride in acetone medium than ethanol and water. This effect can be attributed to the fact that the metal ion and counter ion are more associated in this solvent. It is also due to lower polarity of acetone in regarding the other two solvents, thus reducing competition between the metal ion and the solvent by adsorption sites of the surface and therefore facilitating the adsorption process. We applied the models of Langmuir, Freundlich, Temkin and Dubinin Radushkevich(DR) to fit, via the method of least squares, experimental data of adsorption at equilibrium. The model we obtained better agreement with experimental results was the Langmuir. We tested models of adsorption kinetics for the species CuCl2 and CoCl2 in ethanolic medium, specifically, the pseudo first-order model, pseudo second order and Elovich. The model that best fitted the experimental data for the species CuCl2 and CoCl2 was the Elovich and the pseudo first-order, respectively. Was also examined the transport of CuCl2 and CoCl2 ionic species across the surface of ATDSG in ethanolic medium by diffusion mechanism, which may be the type pellicular diffusion or intraparticle diffusion. The result obtained suggests that diffusion of these ionic species adapt themselves better to pellicular the diffusion model / Mestre

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. / Made available in DSpace on 2012-10-23T17:07:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 262420.pdf: 1718035 bytes, checksum: d9ed604ee2054a64bdaf020c71ef2b81 (MD5) / A ocorrência de fármacos no meio ambiente tem se tornado um assunto de interesse nos últimos anos. Grande número desses compostos têm sido detectados em efluentes de estações de tratamento de esgoto (ETEs) municipais, águas superficiais e, menos frequentemente, em águas subterrâneas e água potável em todo o mundo. Alguns dos efeitos adversos causados por fármacos incluem toxicidade aquática, desenvolvimento de resistência em bactérias patogênicas, genotoxicidade, e desregulação endócrina. Diferentes fontes podem ser indicadas para explicar o aparecimento de fármacos no ambiente aquático. Atualmente, é amplamente reconhecido que a principal fonte de poluição são os efluentes de ETEs. Portanto, o descarte de resíduos farmacêuticos nos efluentes de ETEs deve ser minimizado o máximo possível. A remoção de poluentes orgânicos recalcitrantes como fármacos na água e em efluentes pode ser obtida utilizando tecnologias avançadas de tratamento, tais como bioreatores com membranas (BRMs), processos oxidativos avançados (POAs) e adsorção em carvão ativado. O objetivo deste trabalho é avaliar a eficiência de remoção de fármacos por meio de BRMs de ultrafiltração, POAs e adsorção em carvão ativado, identificar metabólitos ou produtos de degradação de fármacos originados durante os tratamentos bem como realizar um estudo cinético de degradação desses compostos. Os fármacos usados neste estudo, três antiinflamatórios não-esteroidais (AINEs) (acetaminofeno, cetoprofeno e naproxeno) e três antibióticos (roxitromicina, sulfametoxazol e trimetoprima), foram adquiridos da Sigma-Aldrich. A primeira etapa do trabalho consistiu em utilizar dois BRMs, com idade de lodo de 15 (BRM-15) e 30 (BRM-30) dias, para avaliar a degradação dos fármacos adicionados no efluente proveniente do tanque de equalização da estação de tratamento de esgoto doméstico (ETE) da cidade de Aachen (Alemanha), que servia de alimentação para os BRMs. Os fármacos foram adicionados diariamente numa concentração de 50 µg/L/d em cada BRM, durante aproximadamente quatro semanas. Em uma segunda etapa de trabalho, compostos farmacêuticos dissolvidos em água Milli-Q ou no permeado dos BRMs a uma concentração de 100 µg/L foram tratados por POAs. Os tratamentos por meio de POAs (radiação UV, O3, H2O2/UV, Fenton e foto-Fenton) foram realizados em um reator cilíndrico de vidro (500 mL) ao longo de 30 minutos. A radiação UV foi proporcionada por uma lâmpada a vapor de mercúrio de média pressão de 15 W. A agitação do sistema foi proporcionada pelo uso de um agitador magnético. Sulfato ferroso heptahidratado foi utilizado como fonte de íons de ferro para o processo Fenton e foto-Fenton. A determinação e a quantificação dos fármacos e seus metabólitos, presentes no permeado dos BRMs, e dos produtos de degradação, originados durante o tratamento por POAs, foram realizadas por meio de um sistema de cromatografia líquida acoplado a um sistema de espectrometria de massa (LC-MS) e espectrometria tandem de massa (LC-MSn), aplicando ionização por electrospray nos modos positivo (IES(+)) (para acetaminofeno, roxitromicina, sulfametoxazol e trimetoprima) e negativo (IES(-)) (para cetoprofeno e naproxeno). Em uma terceira etapa de trabalho, avaliou-se a eficiência de remoção dos fármacos em solução aquosa por meio de adsorção em carvão ativado. Soluções aquosas de fármacos (300 mL) com diferentes concentrações iniciais (1-10 mg/L) foram colocadas em contato com diferentes dosagens de carvão ativado (1; 1,5; 2; 2,5, 3 g/L) por 6h a 25oC, e a concentração dos fármacos foi determinada usando um espectrofotômetro UV-vis. Com relação aos resultados obtidos por meio do tratamento por BRMs, observou-se que os AINEs foram removidos com maior eficiência do que os antibióticos para ambos os BRMs e quando se comparou a eficiência de remoção média entre os dois BRMs, observou-se que o BRM-30 apresentou uma eficiência de remoção maior para todos os compostos em relação ao BRM-15. Metabólitos de acetaminofeno, cetoprofeno e naproxeno foram identificados no permeado de ambos os BRMs. Com relação aos resultados obtidos pelo tratamento utilizando POAs, os compostos cetoprofeno e sulfametoxazol mostraram-se bastante sensíveis à radiação UV. Apesar do tratamento com O3 ter apresentado as maiores eficiências de remoção, não se pôde concluir que foi o melhor tratamento, uma vez que apresentou produtos de degradação desconhecidos cuja polaridade e toxicidade não foram avaliadas. Com relação aos resultados obtidos por adsorção em carvão ativado, observou-se uma eficiência de remoção maior do que 90% para todos os compostos. A adsorção dos compostos alcançou estado de equilíbrio após 6h e foi descrita por meio do uso de isotermas lineares. A cinética de adsorção dos fármacos foi discutida usando 3 modelos cinéticos e verificou-se que o modelo cinético de pseudo-segunda ordem pode descrever a adsorção dos fármacos sobre o carvão ativado.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química / Made available in DSpace on 2012-10-24T03:25:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 262599.pdf: 1566052 bytes, checksum: 9b0dda2011d6a39a2c81e22dcedadb11 (MD5) / A polimerização em semi-suspensão é um processo realizado em duas etapas: no primeiro estágio é realizada uma pré-polimerização em massa e no segundo, a reação prossegue como uma suspensão convencional. Esse processo em relação à polimerização em suspensão convencional permite um melhor controle da distribuição do tamanho de partículas (DTP) além de produzir polímeros com baixa dispersão de tamanho. Dessa forma, no momento do estabelecimento da suspensão, quanto maior a viscosidade da mistura, maiores serão os tamanhos das gotas, pois a energia necessária para promover o quebramento e dispersão em diâmetros menores deve ser grande o suficiente para vencer as forças viscosas. Portanto, como a freqüência de agitação é mantida constante, a quantidade de energia necessária para promover o quebramento não é suprida pelo sistema. A DTP do polímero influencia diretamente na aplicação do produto final. Partículas com tamanho muito pequeno influenciam a classificação granulométrica, contaminam a atmosfera do ambiente fabril e geralmente possuem baixo valor comercial, principalmente no caso da produção de poliestireno expansível (EPS). As partículas que possuem diâmetro acima de um determinado tamanho causam problemas na transformação e nas propriedades mecânicas do produto final. Neste trabalho foram realizadas polimerizações em semi-suspensão ex situ e in situ do estireno para avaliar a influência do tempo de pré-polimerização e a concentração do agente estabilizante sobre a DTP. Paralelamente, a caracterização do polímero (determinação da conversão, massa molar e a morfologia) foi realizada visando avaliar a influência do período de pré-polimerização nas propriedades finais do material. Os resultados obtidos mostraram que a semi-suspensão possibilita estreitar a DTP e adequá-la à faixa de aplicação, sem alterar as características do polímero final. Adicionalmente, a modelagem matemática foi realizada com o objetivo de estimar o comportamento cinético da polimerização via radicais livres do estireno e descrever a DTP, sendo que mostrou boa concordância com os dados experimentais.

Orientador: Aguinaldo Robinson de Souza / Banca: Wilson Massashiro Yonezawa / Banca: Marcelo Maia Cirino / Resumo: As dificuldades nas abordagens de conceitos relacionados à físico-química, bem como o interesse dos jovens por novas mídias foram os principais fatores que motivaram o presente trabalho. Realizamos um estudo sobre a utilização de analogias e sua função facilitadora para o ensino-aprendizagemde conceitos químicos. Assim, foi planejado um jogo que funciona como uma analogia envolvendo conceitos téoricos sobre o movimento de partículas e o modelo cinético dos gases. A construção do jogo foi feita através do Game Editor, um software voltado especificamente para esse fim, seguindo conceitos de design de jogos, de modo a se tornar uma mídia interessante e atrativa. O percurso de elaboração do jogo também foi um dos objetos de análise desse trabalho / Abstract: The difficulties in approach of concepts related to physical chemistry as well as young people's interest for new media were the main factors that motivated this dissertation. We conducted a study on the use of analogies and its facilitator role in the process of teaching and learning chemistry concepts. Thus, a game was designed, which works as an analogy involving theoretical concepts about motion of particles and about the kinetic model of gases. The construction of the game was made using Game Editor, a software designed specifically for this purpose, and was based on game design concepts, in order to become an interesting and attractive media. The game development path was also one object of analysis in this work / Mestre

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2014 / Made available in DSpace on 2015-02-05T21:16:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 332269.pdf: 8530302 bytes, checksum: b2e1060ccce79415fa31754e93b9a30a (MD5) Previous issue date: 2014 / Este trabalho descreve a instrumentação e a operacionalização de um reator de volume constante utilizado para medição de velocidade de chama laminar de misturas combustíveis. A velocidade de chama laminar é uma característica de combustão relevante para a combustão em motores a combustão interna e para o desenvolvimento de mecanismos cinéticos detalhados de combustão. O reator, foco desse trabalho, destina-se à análise da combustão de biocombustíveis. Em um experimento típico, a mistura ar-combustível é alimentada ao reator, deixada entrar em equilíbrio térmico, químico e mecânico e, então, sofre ignição no centro do reator por uma centelha. Uma chama esférica propaga-se na direção radial, transformando reagentes em produtos. A velocidade de chama laminar pode ser obtida, tanto a partir da análise da variação transiente da pressão, como a partir da análise óptica da propagação da frente de chama esférica. Para as medições, são utilizados dois transdutores de pressão estática para medição das concentrações de ar e combustível, um transdutor de pressão dinâmica para obtenção da resposta transiente de pressão e uma câmera de alta velocidade acompanhada de um programa computacional para análise da propagação da frente de chama. Para a visualização da frente de chama utilizou-se o método óptico schlieren na configuração tipo Z. O método de schlieren permite também identificar o surgimento, propagação e amplificação de instabilidades na frente de chama que levam à transição de chama laminar para turbulenta. Nesse trabalho realizou-se a instrumentação do reator, o desenvolvimento de hardwaree software de comando e aquisição de leituras e o cálculo da velocidade de chama laminar. Foram desenvolvidos dois softwares em LabVIEW. O primeiro, para o gerenciamento dos ensaios, obtenção da resposta transiente de pressão e obtenção das imagens e, o segundo, para o tratamento das imagens e obtenção da resposta transiente da propagação da chama. Finalmente, as medições para a combustão de metano e gás natural com ar na pressão inicial de 101,3 kPa e temperatura de 300 K são analisadas e comparadas com a literatura, obtendo reprodução dos valores conhecidos com desvio menor que 10 %. Finalmente, são feitas recomendações sobre o uso dos sistemas desenvolvidos.<br> / Abstract: This work describes the instrumentation and operation of a constant volume reactor used for measuring the laminar flame velocity of hydrocarbon mixtures with air. The laminar flame velocity is an important characteristic of combustion relevant to such applications as internal combustion engines and to develop detailed chemical kinetics mechanisms. The reactor, focus of this work, was designed to analyze the combustion of biofuels. In a typical experiment, the air-fuel mixture is fed to the reactor, allowed to come into thermal, chemical and mechanical equilibrium and is then ignited at the center of the reactor by a spark. A spherical flame formed in the spark region, propagates in the radial direction, turning reactants to products. In this type of reactor, the laminar flame velocity can be obtained either from the analysis of the transient pressure variation, or from the optical analysis of the propagation of the spherical flame front. To obtain these measurements, two static pressure transducer for measuring the concentrations of air and fuel, a dynamic pressure transducer for obtaining the pressure transient response and a high-velocity camera together with a computer program for analyzing the flame front propagation are used. To visualize the flame the Z-type schlieren method was implemented. The schlieren method also identifies the emergence, propagation and amplification of flame front instabilities that ultimately lead to the transition from laminar to turbulent combustion. This work includes the instrumentation, development of hardware and software for management and data acquisition, measurement and analysis. Two software were developed in LabVIEW. The first, for the management of runs, obtaining the transient pressure and flame images. The second, for the treatment of images and during the flame propagation. Finally, the measurements for the combustion of methane and natural gas with air at initial pressure of 101,3 kPa and a temperature of 300 K are analyzed and compared with the values from the literature. Finally, recommendations on the use of the developed systems are made.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química / Made available in DSpace on 2013-06-25T21:50:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 308101.pdf: 1014556 bytes, checksum: a4cb5b735606375edb18b38fa2b89948 (MD5) / Muitos são os processos industriais que utilizam as argilas esmectíticas, também denominadas bentonitas, como matéria-prima no desenvolvimento de produtos para diversas aplicações, devido às suas propriedades físico-químicas e tecnológicas bastante atraentes. Levando em consideração o grande número de micro-organismos patogênicos existentes e consequentemente as doenças por eles causadas, desenvolveu-se uma linha de pesquisa relacionada ao estudo cinético da adsorção de nitrato de zinco em bentonita, para o desenvolvimento de materiais com ações antimicrobianas. O presente trabalho estuda a cinética de incorporação de zinco à bentonita Coral de Moçambique, através da técnica de adsorção química. A concentração da solução de nitrato de zinco (Zn (NO3)2) foi otimizada com o auxílio da quantificação do metal adsorvido na argila através da técnica de espectrometria de absorção atômica com chama. Desta forma, foi possível otimizar os parâmetros cinéticos, como pH igual a 6,3 e temperatura de troca de 50ºC, envolvidos no processo de adsorção de zinco pela bentonita As características antimicrobianas da bentonita enriquecida com zinco foram verificadas através dos testes de concentração inibitória mínima, que resultou numa CIM de 1,5 e 1,7 g/l E. coli e S. aureus respectivamente, e disco difusão em ágar onde foi possível comprovar que a adição de zinco à mesma confere-lhe características para sua utilização como agente antimicrobiano. / There are many industrial processes using the smectite clays, bentonites also known as feedstock in the development of products for various applications because of its physico-chemical and technological characteristics very attractive. Considering the large number of pathogenic microorganisms and the existing diseases caused by them, the development of antimicrobial materials is a growing area of research. Therefore, this study deals with the adsorption kinetics of zinc nitrate onto bentonite. The kinetics of incorporation of zinc in a bentonite from Mozambican was studied by means of the chemical adsorption technique. The concentration of zinc nitrate solution (Zn(NO3)2) was optimized by the quantification of the metal adsorbed by the clay using atomic absorption spectrometry. Thus, it was possible to optimize the kinetic parameters such as pH of 6.3 and temperature of change of 50 ° C, involved in zinc adsorption by bentonite The antimicrobial characteristics of the bentonite enriched with zinc were verified through minimum inhibitory concentration tests, resulting in a CIM of 1.5 to 1.7 g / l E. coli and S. aureus respectively, and agar diffusion the addition of zinc gave the bentonite characteristics for its use as an antimicrobial agent.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. Programa de Pós-graduação em Química / Made available in DSpace on 2013-07-16T00:44:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 220552.pdf: 1731062 bytes, checksum: efa43fdf084a17c6e5596da3a8b01326 (MD5)

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2013-07-16T04:08:06Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Esta dissertação tem por objetivo o desenvolvimento de um modelo matemático dinâmico capaz de representar uma situação fisiológica humana normal, que possa ser usado no estudo de situações fisiológicas especiais. Este modelo matemático considera o transporte da oxihemoglobina, do oxigênio e da glicose como metabólitos do processo de oxigenação e o fornecimento de energia para o tecido em resposta as alterações do fluxo sanguíneo cerebral e suas concentrações de alimentação. Os capilares são distribuídos em uma estrutura de forma homogênea, onde tem-se um capilar cilíndrico central rodeado por uma região de tecido cilíndrico. Para o capilar é considerado um perfil de difusão axial e radial com convecção para os metabólitos e a reação que ocorre entre a hemoglobina e o oxigênio. Para o tecido é considerado um perfil de difusão axial e radial sem convecção com reação metabólica de consumo de oxigênio e de glicose. A cinética de reação entre a oxihemoglobina e o oxigênio no capilar foi extraída do trabalho de Andreazza (2003) e a cinética de reação entre o oxigênio e a glicose no tecido é calculada através de um balanço estequiométrico do oxigênio com a glicose e do dióxido de carbono com a água. O modelo foi discretizado pelo método das linhas, aplicando-se a discretização espacial pelo método das diferenças finitas. Os termos convectivos são discretizados por diferenças finitas explícitas do tipo regressiva, centrais ou simétricas. A validação do modelo matemático é dada pela comparação com dados da literatura que mostram adequado o comportamento dinâmico dos perfis dos metabólitos. / This work aims to develop a dynamic mathematical model to represent a normal human physiological circumstances, that can be used in the study of special physiological situations. This mathematical model considers the transport of oxyhemoglobin, oxygen and glucose metabolites such as the process of oxygen and the energy supply to the tissue in response to modifications in cerebral blood flow and the feed concentrations. The capillaries are distributed in a homogeneous structure, that is, they have a cylindrical central capillary surrounded by a cylindrical region of tissue. For the capillary is considered an axial and radial diffusion profile with convection for the metabolites and the reaction that occurs between hemoglobin and oxygen. For the tissue is considered an axial and radial diffusion profile without convection reaction with metabolic consumption of oxygen and glucose. The kinetics of the reaction between oxyhemoglobin and oxygen in the capillary was obtained from the work of Andreazza (2003) and the kinetics of reaction between oxygen and glucose in tissue is calculated using a stoichiometric balance of oxygen and glucose and carbon dioxide with water. The model was discretized by the method of lines, applying the spatial discretization by the finite difference method. The convective terms are discretized by finite differences explicit type backward, central or symmetrical. The validation of the mathematical model is done by comparison with literature data that show the proper behavior of the dynamic profiles of metabolites.