Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 602.pdf: 1642879 bytes, checksum: 1333d1314e1afe8f46d0e15cb14f829e (MD5) Previous issue date: 2005-03-23 / Universidade Federal de Sao Carlos / The quality of the atmospheric air is of great importance for the health of the population. Among the quantifiable aspects of the air quality, one can find the particulate matter (PM) concentration in the atmosphere, whose fine (PM10) and ultra-fine (PM2.5) fractions have been extensively studied, as these particle size fractions are particularly damaging for the human health. The main objective of this work was the identification of emission sources of breathable particulate matter, as well as the quantification of their relative participation in the formation of the air pollution in São Carlos/SP, with the use of the reception model. The experiments used the dichotomous sampler for the collection of the particulate matter. Samples were taken in the receptor site, at the city center, in one year period. Also, the emission profiles of local sources (soil, vehicular emission, road dust re-suspension, sugar cane burning and vegetable burning) were measured. The mass concentration was obtained by weighing the sample filters before and after collection. The filter were then submitted to XRF analysis, and 14 chemical elements were quantified (Al, Si, P, S, Cl, K, Ca, Ti, Cr, Mn, Fe, Cu, Zn, Pb). Moreover, carbon detection was carried out by the DIC (dissolved inorganic carbon) and DOC (dissolved organic carbon) techniques. These values were fed to the EPA s CMB8 computer pack that calculates the relative contributions of the sources in the reception site. The results show the seasonal dependence of the sources in São Carlos, with the important presence of the vehicular emissions in the whole year. For the fine fraction, the contribution of the sugar cane burning was significant, in the dry season. In the ultra-fine fraction, an appreciable amount of secondary sulfur was found. The comparison between the source contributions calculated from the results of these work with those calculated utilizing data from the EPA´s SPECIATE library revealed very different profiles, confirming the importance of utilizing local sources in the modeling. / A qualidade do ar respirável é um fator de grande importância na saúde de uma população. Dentre os aspectos analisáveis dessa qualidade, encontra-se a quantidade de material particulado (MP) presente na atmosfera, cuja fração fina (MP10) e a superfina (MP2.5) são o foco de amplos estudos, por serem inaláveis no trato respiratório humano. O principal objetivo deste trabalho é a identificação de fontes emissoras de material particulado respirável, bem como a quantificação de suas participações relativas na formação da poluição na cidade de São Carlos/SP, com o uso do modelo receptor. Os experimentos utilizaram o equipamento dicotômico para a coleta do material particulado. Foram realizados monitoramentos do sítio receptor, localizado no centro da cidade de São Carlos, pelo período de um ano. Também foram determinados os perfis de emissão de fontes locais (solo, emissão veicular, ressuspensão, queimada de cana de açúcar e queimada de vegetação). A concentração mássica foi obtida por gravimetria pesando-se os filtros antes e após a amostragem. Os filtros foram submetidos à análise de elementos traços por XRF, sendo quantificada a presença de 14 elementos químicos (Al, Si, P, S, Cl, K, Ca, Ti, Cr, Mn, Fe, Cu, Zn, Pb). Além disso, foi efetuada a determinação de carbono, por DIC (Carbono Inorgânico Dissolvido) e DOC (Carbono Orgânico Dissolvido). Os resultados foram cruzados através do programa CMB8 e apontam para uma dependência sazonal das fontes emissoras, onde se destacam as fontes relativas ao solo e à emissão veicular. No caso da fração fina, a contribuição da queimada de cana de açúcar é significativa, no período seco. Na fração superfina observou-se a presença muito representativa de enxofre secundário. A comparação da distribuição de fontes entre aquela obtida com resultados desse trabalho com aquela obtida exclusivamente do SPECIATE revelou mudanças significativas no perfil obtido, confirmando a importância da utilização de perfis de fontes obtidas localmente.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6116.pdf: 1917653 bytes, checksum: 3f3db0875dbff03c8cd1500f9f06d230 (MD5) Previous issue date: 2014-03-28 / Universidade Federal de Sao Carlos / The collection efficiency and costs of implementation and operation are the main factors considered in the use of equipment for the separation of particulate matter in the gas. The cyclone is commonly employed industrially by low costs, however its use is limited due to the low efficiency in collecting particles smaller than 5 μm. The increase of conventional cyclone with nozzles water led to an improvement in its collection efficiency. This work experimentally investigated the performance of a wet cyclone in the removal of phosphate rock with median diameter of 4.66 μm. The cyclone was adapted with 8 water injectors nozzles of range type. The concentrations of particles in the entrance and exit of equipment were obtained by isokinetic sampling. The ratio of the flow of liquid / gas (L/G) was varied from 0.65 to 2.20 L/m3 to 3 different nozzle configurations. The outlet temperature decreased compared to entry with increase of the ratio L/G. Have the relative humidity of the gas increased with increasing L/G. The cyclone dry operating had an average efficiency of 76.7% and the best average efficiency the wet was 85.3%. The fractional collection efficiency was determined only for the operating condition that resulted in the best overall efficiency. The adaptation of the cyclone Stairmand with water injectors nozzles resulted in an improvement of 8.6% in the overall collection efficiency. / A eficiência de coleta e os gastos de implantação e operação são os principais fatores considerados na utilização de equipamentos para a separação de material particulado no gás. O ciclone é comumente empregado industrialmente por apresentar baixos custos, entretanto o seu uso é restrito devido à baixa eficiência na coleta de partículas menores que 5 μm. O incremento do ciclone convencional com bicos injetores de água proporcionou uma melhoria na sua eficiência de coleta. Neste trabalho foi investigado experimentalmente o desempenho de um ciclone úmido na remoção de rocha fosfática com diâmetro mediano de 4,66 μm. Foram instalados 8 bicos injetores de água do tipo leque. As concentrações de particulado na entrada e na saída do equipamento foram obtidas através da amostragem isocinética. Variou-se a relação da vazão de líquido/gás (L/G) de 0,65 a 2,20 L/m3 para 3 diferentes configurações de bicos. A temperatura na saída diminuiu em relação à entrada em função do aumento da razão L/G. Já a umidade relativa do gás aumentou conforme o aumento da razão L/G. O ciclone operando a seco apresentou eficiência média de 76,7% e a melhor eficiência média a úmido foi de 85,3%. Foi determinada a eficiência de coleta fracionária apenas para a condição operacional que resultou na melhor eficiência global. A adaptação do ciclone Stairmand com bicos injetores de água resultou em uma melhoria de 8,6% na eficiência global de coleta.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6179.pdf: 1495003 bytes, checksum: 318ff68645a560fe267b89c95dde6663 (MD5) Previous issue date: 2014-03-26 / Universidade Federal de Sao Carlos / The water gas-shift reaction (WGS) is an important step in the production process and purification of H2 from hydrocarbon. Commercially, to overcome the thermodynamic and kinetic limitations, this reaction occurs in two steps, one at higher temperature (450º C to 320ºC) and another step at lower temperature (190º C to 250ºC). The catalyst Cu/ZnO/Al2O3 is used industrially for water gas-shift reaction at low temperature in the chemical and petrochemical industry. Although widely used, are disagreements about the role of each metal in the catalyst, the role of Zn and Al as promoter or stabilizer is not clear and controversies about the influence of some parameters in the activity. This study verified the activity of the catalyst Cu/ZnO/Al2O3 in water gas-shift reaction in the range of temperature, 150ºC to 350ºC, and the feed molar ratio of CO: H2 equal to 1:5. The catalysts were prepared by co-precipitation method, and the effects of content of Al, ratio Cu/Zn and the CeO2 addition was investigated. There was a synergistic effect between the metals Cu-Zn-Al at a ratio (6:3:1), which led to a larger surface area of Cu metallic, and a higher activity compared to the catalysts bimetallics: CuAl (6:1) and CuZn (6:1). By adding Ce to the tri-metallic compound a greater activity was observed at higher temperature than 250ºC, caused by the activation of the effect of oxygen storage characteristic of cerium oxide, however it has been a reduction on stability. The quantity of Al influenced the precursor structure whith formation of rosasita and malachite with low levels of Al, and hydrotalcite structure was observed when the Al content was higher than 11.4% (mass concentration). A great quantity of Al (16% (mass concentration)) was found among the hydrotalcite catalysts, which led to a higher conversion of CO and higher crystallinity, however this activity is almost the same of the catalyst derived from the structures malachite and rosasita (CuZnAl/6:3:1) at high temperature. The catalyst whith Cu/Zn=2 presented higher activity at temperatures below 250ºC, probably due to the higher metallic area, while at high temperature, catalysts with high ratios of Cu/Zn achieved higher conversions. Therefore, this study verifies that TOF (turn over frequency) isn t directly related with surface area of Cu0, the crystallinity and quantity of Cu are factors that influenced the activity of the WGS reaction. / A reação de deslocamento gás-água é uma etapa importante no processo de produção e purificação de H2 a partir de hidrocarbonetos. Comercialmente, para superar as limitações termodinâmicas e cinéticas, esta reação acontece em duas etapas, uma a temperatura mais alta (320ºC a 450ºC) e a outra a temperatura mais baixa (190ºC a 250ºC). Catalisadores Cu/ZnO/Al2O3 são utilizados industrialmente para reação de deslocamento gás-água a baixa temperatura na indústria química e petroquímica. Apesar de amplamente usados, ainda se encontram divergências quanto ao papel de cada metal nesse catalisador. Os papéis do Zn e do Al como promotores ou estabilizadores ainda não estão esclarecidos, além de controvérsias quanto à influência de alguns parâmetros na atividade. Este trabalho verifica a atividade do catalisador Cu/ZnO/Al2O3 na reação de deslocamento gás água no intervalo de temperaturas de 150oC a 350oC e na razão molar CO:H2O de alimentação igual a 1:5. Os catalisadores foram preparados pelo método de coprecipitação, variando os metais Zn e Al na presença de Cu, o teor de Al e a razão Cu/Zn. Além disso, foi adicionado CeO2 como promotor. Observou-se um efeito sinergético entre os metais Cu-Zn-Al na proporção (6:3:1) que levou a uma maior área superficial de Cu metálico e uma maior atividade quando comparado aos bimetálicos CuAl (6:1) e CuZn (6:1). Ao adicionar Ce ao trimetálico, uma maior atividade foi observada a partir de 250ºC, temperatura na qual há a ativação do efeito de armazenamento de oxigênio, característico do óxido de cério, contudo, foi verificado uma redução na estabilidade. O teor de alumínio influenciou na estrutura precursora formada, a rosasita e malaquita. Essas estruturas foram formadas com baixos teores de Al e a hidrotalcita passou a substituir a mesma quando o teor de Al foi próximo a 11,4% (m/m). Um teor ótimo (16% Al (m/m)) foi encontrado dentre os catalisadores de hidrotalcita, a qual levou a uma maior conversão de CO e maior cristalinidade, contudo a atividade deste é próxima à do catalisador derivado das fases rosasita e malaquita (CuZnAl/6:3:1) em alta temperatura. O catalisador com razão Cu/Zn igual a dois apresentou maior atividade em temperaturas abaixo de 250ºC em relação às razões um e três devido, provavelmente, à maior área metálica, enquanto que em alta temperatura, catalisadores com razões Cu/Zn mais altas alcançaram maiores conversões. Verificou-se também que a freqüência de reação (TOF) não está relacionada diretamente com a dispersão/área superficial de Cu0 e que a cristalinidade do Cu e o teor de Cu são fatores que também influenciam na atividade da reação WGS.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissLTS.pdf: 9020125 bytes, checksum: e5e1b73c065d46b9f7bb52f9113ba1dd (MD5) Previous issue date: 2005-03-24 / Universidade Federal de Minas Gerais / This work had as objective studies of the biofilms formation in polymerics particles used as material supports in anaerobic fluidized-bed reactors. Three polymerics supports were tested: polystyrene, PET and PVC, which suffered appropriate acid treatment, in way to provide them superficial characteristics as rugosity, porosity and favorable electric charge, with the purpose of favoring the microbial adhesion. The reactors were inoculated with sludge originating from reactor UASB that treated swine slaughterhouse residue, adapted to the degradation of the phenol by 150 days. The volume of the reactors was of 770cm3, and they operated with ascendant speed of 1,3 times of the flow rate of the minimum fluidization. The phenol concentration varied from 100 to 400mg/L in the feeding of each system, presenting results of removal of phenol of 97%, 98% and 97,5% and removal of DQO of 84%, 88,5% and 87%, respectively for the reactors with polystyrene, PET and PVC, which operated with time of detention hydraulic relative the height of the bed, corresponding to the reactional volume of the reactors (TDHr) of 22 h, 10,6 h and 20,4 h, respectively. The quantification of extracellular polymeric showed better results for the particles of PVC that it presented 0,2 mgCarbohydrate/gParticle and 0,06 mgProteyn/gParticle. However, deformations in those particles harming the acting of the reactor, defining as better support the particles of PET, and in this reactor the percentage of phenol removal was larger for a smaller TDHr. / Este trabalho teve como objetivo estudar da formação de biofilmes em partículas poliméricas usadas como meio suporte em reatores anaeróbios de leito fluidizado. Foram testados 3 suportes poliméricos: poliestireno, PET e PVC, os quais sofreram tratamento ácido adequado, de modo a proporcionar-lhes características superficiais como rugosidade, porosidade e carga elétrica favorável, com a finalidade de favorecer a adesão microbiana. Os reatores foram inoculados com lodo proveniente de reator UASB que tratava resíduo de suinocultura, adaptado à degradação do fenol por 150 dias. O volume dos reatores era de 770cm3, e operaram com velocidade ascensional igual a 1,3 vezes da vazão de mínima fluidização. A concentração de fenol variou de 100 a 400mg/L na alimentação de cada sistema, apresentando resultados de remoção de fenol de 97%, 98% e 97,5% e remoção de DQO de 84%, 88,5% e 87%, respectivamente para os reatores com poliestireno, PET e PVC, os quais operaram com tempo de detenção hidráulico relativo a altura do leito, correspondente ao volume reacional dos reatores (TDHr) de 22 h, 10,6 h e 20,4h, respectivamente. A quantificação de polímeros extracelulares mostrou melhores resultados para as partículas de PVC que apresentou 0,2 mgCarboidrato/gPartícula e 0,06 mgProteina/gPartícula. No entanto, deformações nessas partículas prejudicaram o desempenho do reator, definindo como melhor suporte as partículas de PET, sendo que neste reator a porcentagem de remoção de fenol foi maior para um menor TDHr.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6472.pdf: 2357652 bytes, checksum: b48a2e541ddf343b775996e49d4e7f1f (MD5) Previous issue date: 2014-03-31 / Financiadora de Estudos e Projetos / Cyclodextrins (CDs) are cyclic oligosaccharides that show the ability to encapsulate a large number of organic molecules at the molecular level. Thus, they have large application in pharmaceutical, food, and cosmetics industries. CDs may have different sizes; however the most common are formed by 6, 7, and 8 glucose units, called α, β and γ-CD, respectively. These compounds are produced from starch by hydrolysis catalyzed by cyclodextrin glycosyltransferase ( CGTase - EC 2.4.1.19 ) enzyme. CGTase is commonly produced from bacteria of the genus Bacillus and Klebsiella pneumoniae. Due to the commercial importance of this enzyme and of the microorganisms producing CGTase whose enzyme is capable to produce only one CD, this work aimed to evaluate the CGTase production by the bacterium Paenibacillus sp. F37. The experiments aimed to assess the potential for enzyme production by Paenibacillus sp. F37 strain and also the characterization and classification of the enzyme. Analysis of enzymatic activity was accomplished by cyclization activity of the supernatant of the culture medium, which was monitored by the production rate of β-CD at 50°C, pH 8.0 using a solution of dextrin as substrate. Initially it was evaluated the effect of the pH (6.0 to 10.0) over the microorganism growth into solid Horikoshi medium without starch. It was observed that the microorganism grew better at pH 8.0, being this pH adopted for assays using liquid Horikoshi medium without starch. In this step it was established the following conditions to the bacterium growth: 10h, 37oC, and agitation of 120 rpm in an incubator. The CGTase production step was performed into Horikoshi medium containing 1% (m/v) soluble starch (enzyme inducer), and pH and production time were evaluated. Under standard conditions (37oC, 120 rpm, 16h, and culture medium prepared in 0.1 M tris-HCl buffer pH 9.0) the volumetric activity from the culture medium achieved about 800 U/L, corresponding to a productivity of 50 U/L.h-1. The characterization of the crude enzyme showed that the CGTase from Paenibacillus sp. F37 strain has maximum cyclization activity around 50oC and pH 6.0. Under these conditions the enzyme showed to have a half-life time around 2 h. At the growth conditions (37oC, pH 9.0), the enzyme show to have a half-life time around 3h, being almost inactivated around 5h. Thus, the enzyme production in a medium where pH starts at 9.0 and is decreased to around 6.0 during the growth showed to be a good strategy to prevent denaturation of the enzyme. The CD production into batch reactor and their characterization by colorimetric and chromatographic methods allowed classifying the enzyme as a β-CGTase (ratio α-:β-:γ-CD of 0:1:0.26). At the CD-production conditions (50oC, pH 8.0, 50 g/L of dextrin, 1.6 U/g of dextrin, and 92 h) it was achieved β-CD productivity around 100 mg/L.h. These results showed that Paenibacillus sp. F37 strain is a promising microorganism for producing CGTase. / Ciclodextrinas (CDs) são oligossacarídeos cíclicos de grande importância comercial e que apresentam amplo emprego industrial nos setores farmacêutico, alimentício, de cosmético, dentre outros, por terem a capacidade de encapsulamento ao nível molecular de um grande número de moléculas orgânicas. CDs podem apresentar diversos tamanhos, sendo as que têm 6, 7 ou 8 unidades de glicose, denominadas α, β e γ-CD, respectivamente, são as mais conhecidas. Estas são obtidas a partir da hidrólise do amido pela ação da enzima ciclodextrina glicosiltransferase (CGTase EC 2.4.1.19). A CGTase geralmente é produzida por bactérias do gênero Bacillus e Klebsiella pneumoniae. Levando em consideração a importância comercial desta enzima e a busca por microrganismos produtores de CGTase que produzam predominantemente uma CD de interesse, esse trabalho buscou avaliar a produção de CGTase a partir de Paenibacillus sp. F37. Os experimentos tiveram como objetivo a avaliação do potencial de produção da enzima por esse microrganismo, bem como a caracterização e a classificação da enzima. A análise de atividade enzimática foi realizada pela atividade de ciclização do sobrenadante do meio de cultivo, que foi monitorada pela taxa de produção de β−CD a 50°C, pH 8,0, usando uma solução de dextrina como substrato. Avaliou-se inicialmente a influência do pH (6,0 a 10,0) no crescimento do microrganismo em meio Horikoshi sólido, sem amido. Observou-se melhor crescimento em pH 8,0, definindo-se esse valor para ensaios de crescimento em meio Horikoshi líquido, sem amido. Nessa etapa definiram-se as condições de crescimento como 10 h, 37ºC e agitação de 120 rpm em câmara incubadora. A etapa de produção da CGTase foi realizada em meio Horikoshi com amido solúvel 1%, m/v (indutor da enzima), avaliando-se pH e tempo de cultivo. Sob condições padronizadas (37ºC, 120 rpm, 16 h e meio de produção preparado em tampão tris-HCl 0,1 M, pH 9,0) atingiu-se uma atividade volumétrica no meio de produção da ordem de 800 U/L, correspondendo a uma produtividade de aproximadamente 50 U/L.h-1. A caracterização da enzima bruta mostrou que a CGTase de Paenibacillus sp. F37 apresenta atividade máxima de ciclização em 50ºC, pH 6,0. Nessas condições a enzima apresentou meia-vida aproximada de 2 h. Nas condições de cultivo (37ºC, pH 9,0), a enzima apresentou baixa estabilidade, com meia-vida em torno de 3 h, sendo praticamente inativada em 5 h. Por isso, produzir a enzima em meio cujo pH inicial é 9,0 e esse reduz-se ao longo do cultivo para em torno de 6,0, mostrou-se uma boa estratégia para prevenir a desnaturação da enzima. A produção de CDs em reator batelada e a sua caracterização colorimétrica e por CLAE permitiram a classificação da enzima como uma β-CGTase (razão α-:β-:γ-CD de 0:1:0,26). Nas condições de produção de CDs (50ºC, pH 8,0, 50 g/L de dextrina, 1,6 U/g de dextrina e 92 h) atingiu-se uma produtividade de β-CD da ordem de 100 mg/L.h. Os resultados indicam, portanto, que Paenibacillus sp. F37 é um microrganismo promissor na produção de CGTase.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6597.pdf: 4764954 bytes, checksum: 5414abc6292e5e2fc5ec8124840f6a6b (MD5) Previous issue date: 2015-02-20 / Universidade Federal de Sao Carlos / In this work, different commercial carbon materials that could be used as electrodes for capacitive deionization were investigated: carbon cloth, carbon foam, carbon felt, carbon fiber, carbon veil and activated carbon powder (AC). The materials were characterized by scanning electron microscopy (SEM), surface resistivity, wettability and cyclic voltammetry (CV). The performance in terms of electrosorption of NaCl was evaluated for different cell potentials. The AC electrode showed the best capacity of removing ions, and presented good values of charge efficiency (QE) and specific energy consumption (η) and, thusly, it was chosen to be modified using different techniques in an attempt to improve its characteristics aiming better results of electrosorption. Part of the strategies was the addition of carbon black and sodium chloride in order to improve the electrode conductivity and its macroporosity, respectively. A factorial experimental design was used to evaluate the effect of the AC mass, NA, mass of sodium chloride used in the electrode preparation and also the cell potential, on the capacity of removing ions (R), QE and η. The variables that showed the greatest effect on the CDI process was the cell potential and the AC mass (that create different thickness for the electrode). In spite of increasing the electrode conductivity, the NA did not show any improvement on the electrosorption of the electrode. Afterwards, an individual analysis showed that the use of sodium chloride to increase electrode macroporisity improved the capacity of the electrode to remove ions but just for the thickest electrode. However, it was verified that the increase of the thickness did not implied in a linear increase of the ion removal capacity. This behavior may be attributed to the non-uniform distribution of the electric field on the porous film. Thusly, even the thicker electrode showing a better capacity of removing ions, a great part of its mass was not being used for electrosorption. Additionally, the increase of the thickness led to a decrease on desorption. Those results indicate that the electrode thickness must be optimized. Another strategy to improve the electrode wettability and capacitance was the deposition of silica and alumina. It was observed an improvement on the wettability of the electrode, however those electrodes voltammograms showed an increase on the resistivity and as result, besides not presenting any improvement on the capacity of electrosorption, there was still a reduction of the ion removal kinect. Finally, the last strategy used to improve the AC electrode was the addition of the conducting polymer polypyrrole aiming to improve the electrode capacity of removing ions through the pseudo capacitance effect. The addition of polypyrrole increased the total of ions removed from solution, however, in all the cases, the values of QE and η were worse than those observed for the AC electrode. Due to the polypyrrole characteristics, the drying temperature used to prepare the electrode was reduced from 130°C to 80°C and when this temperature was reduced, it was verified that this variable had a strong effect on improving the capacity of removing ions and the energy efficiency of the AC electrode. / Neste trabalho foi realizado o estudo de diferentes materiais de carbono disponíveis comercialmente e que poderiam ser utilizados como eletrodos para deionização capacitiva. Dentre eles estão o tecido de carvão ativado, espuma de carbono, feltro de carbono, fibra de carbono, véu de carbono e pó de carvão ativado (CA). Esses materiais foram caracterizados por microscopia eletrônica de varredura, resistividade superficial, molhabilidade e voltametria cíclica. O desempenho dos diferentes eletrodos em termos da eletrossorção de cloreto de sódio foi avaliado para diferentes potenciais de célula. O material que apresentou melhor capacidade de remoção de íons e ao mesmo tempo apresentando bons valores de eficiência de carga (QE) e consumo energético específico (η) foi o eletrodo preparado usando pó carvão ativado. Desta forma, este material foi selecionado para estudos posteriores em que diferentes estratégias de modificação deste eletrodo foram avaliadas para tentar otimizar suas características visando melhores resultados de eletrossorção. Dentre essas estratégias, adicionou-se negro de acetileno e cloreto de sódio na preparação do eletrodo visando melhorar sua condutividade e aumentar sua macroporosidade, respectivamente. Um planejamento fatorial de experimentos foi utilizado a fim de verificar o efeito da massa de CA, negro de acetileno e cloreto de sódio usadas na preparação do eletrodo e também do potencial de célula sobre as variáveis dependentes remoção total de íons (R), QE e η. Observou-se nesta etapa que as variáveis que tiveram o maior efeito no processo de deionização capacitiva foram o potencial de célula e a massa do eletrodo (que por sua vez determina a sua espessura). Constatou-se que a adição de negro de acetileno ao eletrodo, apesar de aumentar a condutividade (como já era esperado), causava uma diminuição da área superficial específica através do entupimento de poros e como consequência, não verificou-se melhoria da eletrossorção, algo que seria esperado pela melhoria da condutividade do eletrodo. Posteriormente, foi realizada uma análise individual do efeito da macroporosidade e da espessura de eletrodo. Os resultados mostraram que o aumento da macroporosidade decorrente do uso de NaCl durante a preparação do eletrodo levou a um aumento da capacidade de eletrossorção somente para o eletrodo mais espesso, porém, na análise da influência do aumento da espessura do eletrodo, verificou-se que não houve um aumento linear na quantidade de íons removidos da solução em função do aumento da espessura, o que pode ser atribuído à nãouniformidade do campo elétrico no filme poroso. Desta forma, apesar do filme mais espesso ter capacidade de remover mais íons, uma grande parte da massa de CA utilizada estava inativa. Adicionalmente, o aumento da espessura levou a uma diminuição da cinética de dessorção. Estes resultados indicam que a espessura do eletrodo deve ser otimizada. Uma outra estratégia analisada para tentar melhorar a molhabilidade e a capacidade de eletrossorção do eletrodo de CA foi a deposição de sílica e alumina. Observouse que houve realmente uma melhoria da molhabilidade, mas por outro lado, os voltamogramas destes eletrodos mostraram um aumento de sua resistividade e como consequência, além de não se verificar uma melhoria na capacidade de eletrossorção, houve ainda uma piora da cinética do processo. Finalmente, a última estratégia utilizada para melhorar o eletrodo de CA foi a adição do polímero condutor polipirrol visando melhorar sua capacidade de remoção de íons através da introdução de pseudocapacitância. A adição de polipirrol causou um leve aumento no total de íons removidos da solução, porém, em todos os casos, os valores de QE e η foram piores do aqueles observados para o eletrodo de CA. Devido às característicos do polipirrol, a temperatura de secagem do eletrodo teve que ser reduzida de 130°C para 80°C e quando se reduziu esta temperatura verificou-se que esta variável desempenhava um papel importante na melhoria da capacidade de remoção de íons e da eficiência energética do eletrodo de CA.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6598.pdf: 1532468 bytes, checksum: 47d0f044a2793766edc91418c57d3a64 (MD5) Previous issue date: 2015-03-04 / Financiadora de Estudos e Projetos / In order to contribute to the improvement of the drying process, the objective of this work was the experimental study on the drying of barley. Barley (Hordeum vulgare) grains of the variety Cauê have been used in this study, as consequence of the scarce information about this material, thus its characterization was necessary, due to the importance of the knowledge of the physical characteristics of the material, such as dimensions, shape, specific mass and porosity, as well as its dependence on different initial moisture contents. The study of the drying kinetics was carried out in a fixed bed dryer with upward air flow in a thin layer. Preliminary experiments were performed to determine the operating conditions of the equipment and to determine the thickness of the thin layer. Drying experiments consisted of obtaining moisture data and temperature versus time, evaluating the influence of the main process operating variables. Based on these data obtained in the drying experiments, carried out at temperatures from 40 to 50°C and air velocity from 0.8 to 4.0 m/s, the influence of the air velocity and temperature drying was evaluated, as well as the procedure of rehumidification of barley grains on the drying kinetics. Kinetic models (Diffusive, Page, Lewis, Herderson and Pabis and Overhults) were fit to drying experimental data. Although the determination coefficient data obtained by the diffusive model are higher than 0,9, experimental data of dimensionless moisture content are underestimated at the intermediate stage to the end of the drying process. The Page model and the Overhults model were appropriate to represent the grains dimensionless moisture content as a function of drying time, but showed an overestimation of the data at the end of the process. / Visando contribuir para o desenvolvimento do processo de secagem, este trabalho teve por objetivo o estudo experimental sobre a secagem de grãos de cevada. Foram utilizadas neste estudo grãos de cevada (Hordeum vulgare) da variedade Cauê, material cujas informações na literatura são escassas, o que tornou necessária sua caracterização, pois é de grande importância o conhecimento das propriedades físicas do material como dimensões, forma, massa específica e porosidade, assim como sua dependência em relação a diferentes umidades iniciais. O estudo da cinética de secagem foi realizado em secador de leito fixo em camada fina com escoamento de ar ascendente. Ensaios preliminares foram realizados para determinação das condições operacionais do equipamento e para determinação da espessura da camada fina. Os experimentos de secagem consistiram na obtenção de dados de umidade e temperatura em função do tempo, avaliando a influência das principais variáveis operacionais de processo. A partir dos resultados obtidos nos experimentos de secagem, conduzidos com temperaturas de 40 a 50°C e velocidade do ar de 0,8 a 4,0 m/s, efetuou-se uma avaliação da influência da velocidade e da temperatura do ar de secagem, bem como, a maneira de reumidificação dos grãos de cevada sobre a cinética de secagem. Ajustaram-se modelos cinéticos (Modelo Difusivo, Page, Lewis, Herderson e Pabis e Overhults) aos dados experimentais. Embora os dados de coeficiente de determinação obtidos pelo Modelo Difusivo sejam maiores do que 0,9, os dados experimentais de umidade adimensional são subestimados na etapa intermédia até o final do processo de secagem. O Modelo de Page e o Modelo de Overhults são apropriados para representar a relação da umidade adimensional dos grãos em função do tempo de secagem, mas apresentaram uma superestimação dos dados ao final do processo.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6651.pdf: 7342156 bytes, checksum: 24286846097025ed263bb2f4e4b6dfb6 (MD5) Previous issue date: 2015-02-19 / Universidade Federal de Sao Carlos / Distillation is one of the most important industrial separation techniques. It requires high quantity of energy, corresponding to around 40% of the total energy consumption of chemical industries. As such, the optimization of a distillation column is indispensable, and it is only possible from the knowledge of the fluid dynamics phenomena occurring within the column. Some of models used for this, such as the models based on equilibrium and non-equilibrium stage concepts, usually provide useful results, but consider empirically many of the fluid dynamics phenomena by assuming a perfect mixture in each phase. In recent years, the advent of the high-speed computers combined with the development of accurate numerical methods for solving physical problems has revolutionized the way we deal with fluid dynamics phenomena. Computational fluid dynamics (CFD) techniques allow a microscopic description of the physical characteristics of the fluid motion. The main purpose of this study was develop a computational fluid dynamics model for gas-liquid flows that was able to predict the hydrodynamics and mass transfer on a sieve tray. A two-phase, three-dimensional and transient model, in an Eulerian-Eulerian framework was proposed for air/water (25°C) and ethanol/water systems at 1 atm. The continuity, momentum and mass equations were used to describe the gas and liquid phases. The sieve tray geometry simulated was based on experimental work of Solari e Bell (1986). The variables predicted were the velocity profiles, volume fraction of each phase, clear liquid height, recirculation areas, mass fraction and efficiency. The hydrodynamic and mass transfer model predictions were compared with experimental and numerical data from some authors and presented good agreement. This study shows that CFD can be used as a powerful tool for sieve tray simulation. / Destilação é uma das técnicas industriais de separação mais importante. Este processo requer grande quantidade de energia, correspondendo a aproximadamente 40% do consumo total de energia de indústrias químicas. Dessa forma, a otimização de colunas de destilação é indispensável, e para isso é necessário o conhecimento dos fenômenos fluidodinâmicos que ocorrem dentro da coluna. Alguns modelos utilizados nesses equipamentos, tais como os modelos baseados em conceitos de estágios de equilíbrio e não-equilíbrio, geralmente fornecem resultados úteis, mas consideram empiricamente muitos fenômenos fluidodinâmicos e assumem uma mistura perfeita em cada fase. Nos anos recentes, com o advento de computadores mais potentes combinado ao desenvolvimento de métodos numéricos precisos para a resolução dos problemas físicos, houve uma revolução no modo como lidamos com os fenômenos de fluidodinâmica. As técnicas de fluidodinâmica computacional permitem uma descrição microscópica das características físicas do escoamento dos fluidos. O principal objetivo deste estudo foi desenvolver um modelo de fluidodinâmica computacional para escoamentos líquido-vapor que fosse capaz de predizer a hidrodinâmica e a transferência de massa em pratos perfurados. Um modelo bifásico, tridimensional e transiente, numa abordagem Euleriana-Eulariana, foi proposto para os sistemas ar/água (25ºC e 1atm) e etanol/água a 1atm. As equações da continuidade, de momento e da transferência de espécies químicas foram utilizadas para descrever as fases líquida e gasosa. A geometria do prato perfurado simulado foi baseada no trabalho experimental de Solari e Bell (1986). As variáveis preditas foram o perfil de velocidades, a fração volumétrica de cada fase, a altura de líquido claro, áreas de recirculação, frações mássicas e eficiência. As predições do modelo para a hidrodinâmica e transferência de massa foram comparadas com dados experimentais e numéricos de alguns autores e apresentaram boa concordância. Este estudo mostra que o CFD pode ser utilizado como uma ferramenta poderosa para a simulação de pratos perfurados.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6664.pdf: 4562284 bytes, checksum: 86f11a0656db23f159ea20aca3d6a8c6 (MD5) Previous issue date: 2015-02-27 / Universidade Federal de Minas Gerais / In Brazil, ethanol is produced from fermentation route, being a process well consolidated and largely used for decades in the production units without facing significant changes in its design. In order to increase the productivity in this process, few studies have evaluated ethanol recovery using CO2 to strip it from the vine of the fermentation stepwise and from the vine without yeasts. Thus, in the fermentation stepwise, there is a possibility of prolonging the yeast s activities, by maintaining the ethanol concentration below the inhibition limit of action of this type of organism for more time, causing a higher ethanol production in this step. Besides that, the stripped ethanol from the vine without yeast arises a san alternative to the first distillation step, impacting in a reduction of the energy consumption in the process due to the least necessity of water vapor use. Under these conditions, the generated gas would be mainly a mixture between CO2 gas and ethanol-water vapor. Because of this, it was proposed to evaluate the ethanol recovery in this gaseous mixture by absorption unit operation. Then, it was assembled a system containing a saturated gaseous mixture generation in ethanol, passing continuously in countercurrent flow with the recirculated liquid into a absorption column, before being released to the environment. Through recirculated liquid samples over time, it was possible to follow the effects caused of some absorbents indetermined concentrations and determined gaseous mixture and absorbent flows. As absorbents were evaluated aqueous solutions of ethylene glycol, diethylene glycol and glycerol. With the work results was possible to compare solute concentration over time in each absorbent, to measure the ethanol recovery level, to estimate the controller phase(gaseous or liquid) and to calculate the overall volumetric mass transfer coefficients of the liquid phase (KLa), proposing correlations for that and for the ethanol recovery level in the studied conditions. Ethanol concentration until 63% (w/w) and recovery values closer than90% were observed. Besides that, it was proposed a method to determine KLa and it were got and evaluated 24 equations to estimate it and more 22 in order to estimate the ethanol recovery level. / No Brasil a produção de etanol é realizada pela rota fermentativa, sendo um processo amplamente consolidado e empregado há décadas nas unidades de produção sem sofrer alterações significativas no seu formato. A fim de aumentar a produtividade nesse processo, alguns estudos avaliaram a recuperação do etanol utilizando CO2 para arrastá-lo do vinho da etapa de fermentação alcóolica e do vinho delevedurado. Com isso, no meio fermentativo, há a possibilidade de prolongar a atividade das leveduras, ao manter a concentração do etanol presente no meio abaixo do valor limite de inibição de ação deste tipo de organismo por um período maior de tempo, acarretando uma maior produção de etanol nesta etapa. Além disso, o arraste do etanol do vinho delevedurado surge como uma alternativa à primeira etapa de destilação, impactando em uma redução do consumo energético no processo pela menor necessidade de uso de vapor d água. Nessas condições,uma mistura entre gás CO2 e vapores de água e etanol é gerada. Desta forma, neste trabalho foi avaliada a recuperação do etanol presente nessa mistura gasosa pela operação unitária de absorção. Assim, montou-se um sistema com a geração de uma mistura gasosa saturada e metanol, passando continuamente em fluxo contracorrente com o líquido absorvente recirculado em uma coluna de absorção, antes de ser liberada para o ambiente. Por meio de amostras do líquido recirculado com o passar do tempo, foi possível acompanhar os efeitos causados pelo uso de alguns absorventes em determinadas concentrações, em diferentes vazões da mistura gasosa e do absorvente. Como absorventes foram avaliadas soluções aquosas de etilenoglicol, dietilenoglicol e glicerol. Através dos resultados do trabalho foi possível comparar a concentração do soluto ao longo do tempo em cada absorvente, medir a recuperação do etanol em cada ensaio, inferir sobre a etapa controladora (gasosa ou líquida) e calcular os coeficientes globais volumétricos de transferência de massa da fase líquida (KLa), propondo correlações para as estimativas destes e do valor de recuperação de etanol nas condições estudadas. Concentrações de até 63% em massa de etanol e recuperações próximas de 90%foram observadas. Além disso, foi proposto um método para a determinação de KLa e obtidas e avaliadas 24 equações para estimá-lo e 22 para estimar a recuperação de etanol.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 623.pdf: 1119771 bytes, checksum: 03ec886c5b7c1e6b64f80f767a197553 (MD5) Previous issue date: 2005-03-28 / Financiadora de Estudos e Projetos / The importance of the airlift bioreactor has grown in the biotechnology field by aspects as high oxygen transfer, with power input low. In this work were study the conditions heat and mass transfer, as well as the condenser efficiency in the water retention, of an airlift bench bioreactor of internal circulation of useful capacity 6 L. Such bioreactor is endowed with hollow draft tube working as a heat charger for temperature control and of aspersor type crosspiece for aspersion of air. Values of the heat transfer global coefficient (U) were certain in different operation conditions starting from applied energy balance in the system after the same to reach the steady state. Values of U varied in the range from 300 to 700 W.m-2.°C-1, showing that the device of thermal change proposed was efficient to heat removal. The results were correlated with the water flow inside the draft tube and with the feeding air flow in the bioreactor. After this stage, it was evaluated water drags of the bioreactor system plus condenser in different conditions of air flow and temperatures in the bioreactor and in the condenser. The condenser was shown efficient in the water retention, obtaining efficiency superior values to 80%, but it didn't solve the problem of water loss by water drag for the high air flows in that the airlift bioreactor is operated. The variable air flow was the variable that influenced more significantly water drags. The transfer oxygen was evaluated through the oxygen transfer volumetric coefficient (kLa). For comparison, kLa values were obtained in the airlift bioreactor operated in a range of specific feeding air flow from 1 to 5 vvm and in conventional bioreactor of 4 L, in different agitation conditions (600, 800 and 1000 rpm) and aeration (0,5 and 1,0 vvm). Two methods for kLa determination were employees, the sulfite method and the dynamic method considering the delay of the electrode answer. This last one that generated results between 2 and 6 times inferior, depending of bioreactor type, because it evaluates the kLa in coalescent media, similar to most of the media fermentation. Finally, to validate the use of the system as bioreactor, cultivations with Streptomyces clavuligerus seeking to the production of clavulanic acid, a potent inhibitor of β-lactamase, enzyme producted by patogenics microorganism that broke β-lactamic rings of antibiotics. Four cultivations were accomplished, two in airlift bioreactor and two in bioreactor conventional (Bioflo III) in two different conditions of oxygen transfer (kLa) and the results were compared in terms of clavulanic acid production. The maximum clavulanic acid concentrations obtained in the cultivations in airlift bioreactor were superior those obtained in conventional bioreactor, with minors consistence index (K), showing larger shear rate in the airlift bioreactors in the same conditions of transfer oxygen. In global terms, the obtained results suggest that bioreactor as the most appropriate for this cultivation type, justified for the appropriate heat and mass transfers formed an alliance with the smallest energy consumption. / A importância do biorreator airlift tem crescido no campo da biotecnologia por aspectos como a sua alta transferência de oxigênio, obtida através de consumo de potência. No presente trabalho foram avaliadas as condições de transferência de calor e massa, bem como a eficiência do condensador na retenção de água, de um biorreator airlift de circulação interna, onde o ar é injetado pelo centro do tubo interno, de bancada de 6 L de capacidade útil. Tal biorreator é dotado de tubo interno ( draft tube ) oco funcionando como um trocador de calor para controle de temperatura e de aspersor tipo cruzeta para aspersão de ar. Valores do coeficiente global de transferência de calor (U) foram determinados em diferentes condições de operação a partir de balanço de energia aplicado no sistema após o mesmo atingir o estado estacionário. Valores de U variaram na faixa de 300 a 700 W.m-2.°C-1, mostrando que o dispositivo de troca térmica proposto foi eficiente na remoção de calor.Os resultados foram correlacionados com a vazão de água no interior do tubo interno e com a vazão de alimentação de ar no biorreator. Após esta etapa, avaliou-se o arraste de água do sistema biorreator mais condensador em diferentes condições de vazão de ar e de temperaturas no biorreator e no condensador. O condensador mostrou-se eficiente na retenção de água, obtendo valores de eficiência superiores a 80%, mas não solucionou por completo o problema de perda de água do sistema por arraste pelos altos fluxos de ar em que se opera o biorreator airlift. A variável vazão de ar foi a variável que influenciou mais significativamente o arraste de água. A transferência de oxigênio foi avaliada através do coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio (kLa). Para efeito de comparação, valores de kLa foram obtidos no biorreator airlift operado numa faixa de vazão específica de alimentação de ar de 1 a 5 vvm e em biorreator convencional de 4 L, em diferentes condições de agitação (600, 800 e 1000 rpm) e aeração (0,5 e 1,0 vvm). Dois métodos para determinação do kLa foram empregados, o método do sulfito e o método dinâmico considerando o atraso da resposta do eletrodo. Este último que gerou resultados entre 2 e 6 vezes inferiores, dependendo do tipo do biorreator, pois avalia o kLa em meios coalescentes, similares à maioria dos caldos de fermentação. Por fim, para validar a utilização do sistema como biorreator, foram realizados cultivos com Streptomyces clavuligerus visando à produção de ácido clavulânico, um potente inibidor de β-lactamases, enzimas produzidas por microrganismos patogênicos que clivam o anel dos antibióticos β-lactâmicos. Foram realizados quatro cultivos, dois em biorreator airlift e dois em biorreator convencional (Bioflo III) em duas diferentes condições de transferência de oxigênio (kLa) e os resultados foram comparados em termos de produção do ácido clavulânico. As concentrações máximas de ácido clavulânico obtidas nos cultivos em biorreator airlift foram superiores àquelas obtidas em biorreator tipo tanque agitado e aerado, com menores índices de consistência (K), mostrando maior cisalhamento nos biorreatores airlift nas mesmas condições de transferência de oxigênio. Em termos globais, os resultados obtidos sugerem esse biorreator como o mais adequado para este tipo de cultivo, justificado pelas adequadas transferências de calor e massa aliadas ao menor consumo de energia.