A aglomeração de partículas é um processo muito usado na indústria, que permite melhorar as propriedades de instantaneização de produtos em pó sem alterar suas características nutricionais e sensoriais. O objetivo deste trabalho foi realizar o processo de aglomeração de partículas de farinha de banana verde com alto conteúdo de amido resistente, usando um leito fluidizado pulsado avaliando seu efeito sobre as características finais da farinha, para ser usada como ingrediente funcional na melhora do índice glicêmico e níveis de insulina plasmática no sangue. A matéria prima usada foi farinha de banana verde com alto conteúdo de amido resistente e um leito fluidizado, constituído com um sistema de pulsação proporcionado por uma válvula de esfera, trabalhando à frequência de 600 rpm. Solução de alginato de sódio (5 g/100 g, a 35°C) foi usada como agente ligante na atomização a uma vazão de 3,0 mL/min. As condições de processamento como temperatura, pressão, vazão de ar, e tempo total de processo, foram mantidas em 95°C, 1,0 bar, 0,3 m/s, 50 min., para amostras de 400 g. Resultados após o processo de aglomeração indicam que houve uma diminuição do teor de umidade, aumento do diâmetro médio das partículas e do índice de fluidez, assim como elevada porosidade da partícula com forma irregular, características decorrentes de um produto aglomerado. A farinha aglomerada apresentou conteúdo de amido resistente de 53,95 ± 0,22 % em comparação a 57,49 ± 0,43 % na matéria prima. Pode-se concluir que o processo de aglomeração não alterou as propriedades funcionais da farinha de banana verde mantendo os níveis do AR, resultando na melhora das propriedades de instantaneização das partículas e dispersão em água. / The powder agglomeration process is widely used in food industry, due to increases the instant properties, rapidly dissolving in liquids without altering their nutritional and sensory characteristics. The aim of this study was to assess the particle agglomeration process of the green banana four (GBF) with high resistant starch (RS) content, using a pulsed fluidized bed and evaluating its effect on the final characteristics of flour, to be used as a functional ingredient in improving glycemic and plasma insulin levels in the blood. It was used samples of 400 g of GBF and a fluidized bed constituted with a pulsation system provided by a sphere valve, working at frequency of 600 rpm. Solution of sodium alginate (5 g/100 g, 35°C) was used as the binder in the spray at a rate of (3.0 mL/min). The processing conditions such as temperature, pressure, air flow and total process time were maintained at 95°C, 1.0 bar, 0,3 m/s and 50 min. As results, they were seen a reduction of moisture content, an increase of average particle diameter, high flowability and porosity with irregular shape, typical characteristics from an agglomerated product. The agglomerated flour has RS content of 53.95 ± 0.22 % in comparison to 57.49 ± 0.43 % to the original content. In conclusion, the agglomeration process did not affect the functional properties of green banana flour, maintaining levels of resistant starch, and results in an improvement in the instant properties of the particles and dispersibility in water.

A granulação através do uso de dispersões sólidas é um recurso que pode ser utilizado para aumentar a solubilidade de fármacos pouco solúveis, como no processo de Hot Melt Granulation (HMG). Este processo pode ser realizado utilizando-se o aparelho de leito fluidizado, com a atomização de uma dispersão fundida de carreadores solúveis com fármacos pouco solúveis sobre um substrato efetuando sua granulação. Essa é uma alternativa em relação aos métodos de granulação tradicionais, sendo vantajoso por não utilizar solvente. O objetivo deste trabalho foi realizar a granulação de piroxicam por HMG em leito fluidizado com polietilenoglicol (PEG) na forma de dispersão fundida, usando lactose spray dried como substrato com o intuito de aumentar a solubilidade do fármaco que é pouco solúvel em água, classificado como classe 2 (baixa solubilidade e alta permeabilidade) no Sistema de Classificação Biofarmacêutica. Foi realizada também a avaliação de misturas físicas e dispersões sólidas dos excipientes e do fármaco para obter informações de pré-formulação. O processo de granulação em leito fluidizado foi realizado através de um planejamento fatorial do tipo Box-Behnken, no qual as variáveis de operação carga de substrato, vazão do ar do bico de atomização e altura do bico de atomização foram variadas para a caracterização do processo e o estudo do efeito das variáveis do processo sobre as propriedades dos grânulos também foi realizado. Os grânulos obtidos foram caracterizados pela avaliação das propriedades farmacotécnicas, doseamento, distribuição granulométrica e também pela determinação das propriedades físico-químicas através de análises de calorimetria exploratória diferencial (DSC), espectroscopia no infravermelho e difração de raios-X. O perfil de dissolução de cápsulas contendo os grânulos também foi determinado. De acordo com as análises realizadas, não ocorreram interações nas misturas físicas e dispersões sólidas, nem nos granulados obtidos. Em relação aos grânulos, o resultado da avaliação farmacotécnica demonstrou que a maioria apresentou valores de fluxo excelente e bom. Através da distribuição granulométrica e das imagens dos grânulos obtidas por microscopia eletrônica de varredura (M.E.V.), pode-se observar que ocorreu a aglomeração das partículas de lactose pela atomização da dispersão de piroxicam e PEG 4000. Na avaliação do perfil de dissolução, os grânulos mostraram-se com uma solubilidade superior ao piroxicam isolado, sendo a granulação por Hot Melt em leito fluidizado um processo vantajoso em relação aos métodos atuais de granulação. / Granulation through solid dispersions may be employed to increase drug solubility as in the Hot Melt Granulation (HMG). Fluidized beds are used in the procedure, which by atomizing a melted dispersion of soluble carriers and low solubility drugs on a substrate produces the desired granulation. This is an advantageous alternative to traditional granulation methods since solvents are not involved. The objective of this study was to granulate the low solubility drug, piroxicam, by HMG in a fluidized bed with polyethylene glycol (PEG) in the form of a melted dispersion and dried lactose spray as the substrate. The drug has low aqueous solubility and is classified as Class 2 (low solubility and high intestinal permeability) in the Biopharmaceutical Classification System (BCS). Physical mixtures and solid dispersions of excipients and drug were previously tested as to obtain pre-formulation data. A factorial planning of the Box-Behnken type was used for the granulation in a fluidized bed, with the operation variables as substrate load, air stream velocity through the atomizing outlet and its height being varied to characterize the process and to verify their effects on the granule properties. Characterization of the granules was by evaluation of pharmacotechnical properties, dosage of active principle, granule size distribution and also by physicochemical analyses. These were by differential scanning calorimetry (DSC), infrared spectroscopy and X-ray diffraction. Interactions in the physical mixtures, solid dispersions and granules were not detected. The dissolution profile of capsules containing the granules was determined. Evaluation results showed that most granules had excellent to good flux properties. Granulometric distribution and scanning electron microscopy (SEM) images indicated agglomeration of lactose particles by the atomization of the piroxicamPEG dispersion. Evaluating the granule dissolution profiles it was shown that they were more soluble than piroxicam only. These results suggest that granulation by Hot Melt in a fluidized bed is process with advantages when compared to methods currently used.

Orientadores: Osvaldir Pereira Taranto, Marcello Nitz / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-19T18:12:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Albanez_Roberta_M.pdf: 3222892 bytes, checksum: 3764421c1c9d6cfda6a9a56e6ed056e4 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Os pellets apresentam muitas vantagens biofarmacêuticas e são ideais para aplicação de recobrimento. Quando o recobrimento é funcional, um dos principais objetivos é formação de uma barreira que modifique o perfil de liberação da droga (liberação controlada ou gastrorresistente). Neste trabalho pellets de diclofenaco de sódio foram produzidos por extrusão/esferonização e, em seguida, foram recobertos em leito fluidizado tipo Wurster. Esse tipo de leito é um dos sistemas mais adequados para o recobrimento de partículas. Dentre suas vantagens destaca-se a não formação de zonas mortas. Este trabalho teve como objetivo estudar o recobrimento dos pellets produzidos com duas suspensões poliméricas aquosas comerciais entéricas, Advantia® Performance e Acryl-Eze® MP. O estudo do processo de recobrimento foi realizado por meio de um planejamento experimental 2³. As variáveis estudadas foram: temperatura do ar de entrada, vazão da suspensão e polímero de recobrimento. As variáveis de resposta foram: eficiência do processo, resultados acima de 78,2%, e fração de aglomerados, resultados inferiores a 8%. O efeito do tipo de polímero de recobrimento foi o que mais influenciou as variáveis de resposta, sendo que o Advantia® Performance resultou numa maior eficiência e uma maior fração de aglomerados. Determinou-se também o ganho de massa mínimo para atingir a gastrorresistência - Acryl-Eze® MP: 9,7% e Advantia® Performance: 8,6%. Os pellets revestidos passaram por testes de teor, dissolução e estabilidade. No teste de estabilidade os pellets recobertos com Advantia® Performance mantiveram seu perfil gastrorresistente. Porém, os pellets recobertos com Acryl-Eze® MP apresentaram um aumento da gastrorresistência após a exposição às condições de estabilidade, o que pode indicar que a coalescência das partículas do polímero aconteceu durante a estocagem. As suspensões foram caracterizadas quanto à sua reologia e ângulo de contato. O tempo de instantaneização do pó polimérico também foi testado / Abstract: Pellets have many biopharmaceutical advantages and are suitable for coating. When the coating is performed for functional purpose, one of the major goal is to form a barrier that modifies the drug release profile (controlled or enteric release). In this work, diclofenac sodium pellets were produced by the extrusion / spheronisation process and then coated in a fluidized bed coater column with a Wurster insert. This type of bed is one of the best suited systems for the coating of particles. One of the main advantages is that it avoids dead zones. This work aimed to study the coating of pellets produced with two commercial aqueous enteric polymer suspensions, Advantia® Performance and Acryl-Eze® MP. The study of the coating process was accomplished through a 2³ experimental design. The variables studied were: inlet air temperature, suspension flow rate and coating polymer. The response variables were: process efficiency, results above 78.2%, and agglomeration fraction, values below 8%. The effect of polymer coating type was the variable that influenced the response variables the most. The polymer Advantia ® Performance resulted in a better efficiency and increased the agglomerate fraction. The minimum mass gain to achieve the enteric profile was also determined - Acryl-Eze® MP: 9.7% and Advantia® Performance: 8.6%. The coated pellets were tested for content, dissolution and stability. In the stability test, pellets coated with Advantia® Performance maintained the enteric profile. However, the pellets coated with Acryl-Eze® MP presented a better enteric profile after the exposure to conditions of stability, which may indicate that coalescence of the polymer particles occurred during storage. The suspensions were characterized by rheology and contact angle. The static wettability of the polymeric powder was also tested / Mestrado / Engenharia de Processos / Mestre em Engenharia Química

Orientadores: Araí Augusta Bernárdez Pécora, Emerson dos Reis / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-20T09:39:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RuedaOrdonez_YesidJavier_M.pdf: 20999298 bytes, checksum: 60bf64ff246a3515b0455a01ccb8e817 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Este trabalho apresenta o estudo de um equipamento para determinação das características dinâmicas de sistemas de medida de flutuações de pressão para aplicação em sistemas fluidizados. O equipamento foi projetado para gerar ondas de expansão ou rarefação dentro de um tubo no qual estão instalados dois sistemas de medição de pressão: um transdutor de referência ou padrão e outro composto por um sistema de medição que está sendo calibrado. Para a sua validação como sendo adequado para realizar calibrações, o equipamento foi sujeito a diferentes condições variando em dois níveis os seguintes parâmetros: (i) pressão interna do equipamento (15 e 30 kPa); (ii) espaçamento entre os transdutores (12 e 24 mm); (iii) material do diafragma (papel alumínio e papel celofane); e (iv) instrumento de rompimento manual do diafragma (estilete e agulha). Para cada condição testada foi avaliado o comportamento da onda gerada e de sua variação, quando foram consideradas duas faixas de limite de desvio da Função de Resposta em Frequência (FRF) de ±2% e ±10%, representada como a razão do módulo dos sinais no espaço da frequência registrados pelos transdutores de pressão. Nesta etapa, os resultados mostraram que para uma faixa de desvio da FRF de ±2%, o sistema é adequado para calibrações para a faixa de frequências de até 56 Hz, mas que tal faixa será maior se a faixa de desvio permitida for maior. Para uma faixa de desvio da FRF de ±10% o tubo de rarefação é apto para avaliar os sinais dinâmicos registrados por transdutores de pressão bem como verificar as características de um sistema de medida de pressão composto por tomada de pressão, mangueiras e transdutor eletrônico na faixa de frequência de 0 a 100 Hz. A melhor condição operacional encontrada foi a que utilizou papel celofane como material do diafragma, lâmina de aço para o rompimento do mesmo e pressão interna do sistema igual a 30 kPa. Numa segunda etapa, foram realizados: (v) testes para averiguação das tomadas de pressão e do comprimento de mangueiras sobre o desempenho do sistema de medida de pressão; e (vi) calibração dinâmica de um sistema de medida de pressão com sensor capacitivo SMAR LD-301. Nesta etapa os resultados mostraram que a mangueira de 0,1 m de comprimento afeta o sinal apenas para componentes de frequência acima de 18 Hz para faixa de desvio de ± 2% da FRF, caindo para 4 Hz (mangueira de 2m) e 3 Hz (mangueira de 4m), e que o SMAR LD-301, em dois modelos diferentes, é adequado para medir flutuações de pressão de até 14 Hz com faixa de desvio da FRF de ± 2% com tempo de resposta dos medidores, determinado através de análise dos sinais no tempo, de cerca de 0,15 s / Abstract: This work presents a study of a device to determine the dynamic characteristics of pressure fluctuations measurement systems to be used in fluidized beds. The device was developed to generate expansion or rarefaction waves into a tube where two pressure sensors were installed: a reference or standard one and another one being calibrated. In order to validate this device, it was subject to different conditions, at two levels the following parameters: (i) internal pressure in the device (15 and 30 kPa); (ii) distance between the sensors (12 and 24 mm); (iii) diaphragm material (aluminum foil and cellophane); (iv) manual bursting instrument of the diaphragm (paper knife and needle). The behavior of the generated wave and its variation were evaluated for each tested condition. Two limit deviation ranges were considered regarding the frequency response function (FRF), ±2% and ±10%, represented by the ratio of the signals amplitude in the frequency domain measured by the pressure transducers. At this stage, the results showed that for a deviation range of ±2% FRF, the system is appropriate for calibrations in the frequency range of 0 to 56 Hz. This frequency range increases with the deviation range increment. For a deviation range of ±10% FRF the rarefaction tube is a suitable device for the dynamic calibration of pressure transducers, as well as for the verification of the characteristics of pressure fluctuations measurement systems composed by pressure tap, hose and pressure transducer in a frequency range of 0 to 100 Hz. The best operational condition was found with cellophane as diaphragm material, paper knife as diaphragm bursting instrument and internal pressure in the tube of 30 kPa. In a second stage, the following tests were conducted: (v) experiments for evaluation of the pressure taps and length of the hoses on the performance of the pressure fluctuations measurement system, and (vi) dynamic calibration of a pressure measurement system with a capacitive pressure sensor SMAR LD301 - D2. At this stage the results showed that the hose with 0,1 m length only affects the signal for frequency components above 18 Hz, in a deviation range of ± 2% FRF, decreasing to 4 Hz (hose with 2m) and 3 Hz (hose with 4m) and the SMAR LD301 - D2, in two different models, is appropriate for the pressure fluctuations measurements up to 14 Hz in a deviation range of ± 2% FRF, presenting response time, determined through signal analysis in time domain, around 0,15 s / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Sandra Cristina dos Santos Rocha / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-04T03:16:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Felipe_CarlosAlbertoSevero_D.pdf: 11064996 bytes, checksum: 96ee7e87f6529505d5bd6fe14757d329 (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: A análise espectral de séries de tempo de flutuações de pressão, cujos espectros de potência são calculados através da Transformada de Fourier Discreta (FFT), revelou-se uma técnica eficiente na monitorização on Une de regimes de fluidização gás-sólido. Por meio de trabalho experimental verificou-se que tal ferramenta permitiu a identificação e distinção de diferentes regimes de contato. A referida metodologia baseia-se na avaliação de flutuações de pressão no domínio da freqüência, onde são identificadas a freqüência dominante, a amplitude e a largura dos espectros de potência para um dado regime de contato. Três tipos de partículas de Geldart (C, A e B) foram empregadas nos experimentos, os quais foram realizados em duas colunas circulares, com diâmetros internos de 11cm e 14cm, operadas a temperatura e pressão do fluido ambiente. Efetuaram-se os experimentos em condições fluidodinâmicas típicas, objetivando a coleta de séries de tempo de pressão em cada um dos regimes obtidos. Os dados foram tratados e registrados em um sistema de aquisição, composto de transdutores de pressão, condicionador de sinal, placa de aquisição, software e microcomputador. A variedade de sólidos e a ampla faixa experimental com que se trabalhou permitiram a obtenção dos seguintes regimes de fluidização: leito fixo, fluidização particulada, regime borbulhante simples, múltiplo e explosivo, fluidização slugging de parede e flutuante, e também fluidização apresentando canais preferenciais, verificada com sólidos do tipo C. Os resultados obtidos de toda esta variedade de condições experimentais possibilitaram constatar que espectros de potência distintos são obtidos para cada regime fluidodinâmico, e que a análise espectral permite acompanhar a estabilidade dos estados de fluidização, além de identificar as transições entre os regimes. Outro objetivo desta tese foi o estudo da determinação da velocidade de mínima fluidização (Umf) através de medidas de flutuação de pressão. Por intermédio da relação linear entre o desvio padrão da variação da pressão e a velocidade do fluido, foi possível estimar a Umf de sólidos A e B de Geldart com satisfatória precisão. A verificação da precisão do método estudado foi efetuada a partir da comparação entre os resultados de Umf obtidos por intermédio do mesmo e os resultados alcançados através da forma tradicional (curva fluidodinâmica), comparação esta que apresentou baixos desvios percentuais / Abstract: Power spectra obtained through Fast Fourier Transform (FTT) from time series of pressure fluctuation, showed to be an effective technique for on line monitoring of typical fluidization regimes of gas-solid bubbling columns. It was experimentally verified that the methodology permitted the identification and distinction of different contact regimes. This methodology is based on the evaluation of pressure fluctuation on frequency domain, where the dominant frequency, the amplitude and the width of the power spectrum are identified for a given contact regime. Three types of partic1es, Geldart c1assification A, B and C, were used in the experiments, which were conducted in two circular columns, with internal diameters of 11 cm and 14cm, with the fluid at room pressure and temperature. Typical fluid dynamic conditions were set in the experiments, aiming the acquisition of pressure time series for each one of the established regimes. The experimental data were treated and recorded in an acquisition system, composed of pressure transducers, conditioning signal, acquisition board, software and microcomputer. The variety of solids and the broad experimental range allowed the obtaining of the following fluidization regimes: fixed bed, particulate fluidization, single bubbling, multiple bubbling and exploding bubbling regimes, wall and flat slugging and channeling fluidization, this last gained with type C solids. The results obtained for all the experimental conditions permitted to check that distinct power spectra are obtained for each fluid dynamic state, and that spectral analysis permit to verify the stability of fluidization state, beyond to identify the transition between the regimes. Another objective of this thesis was to study the determination of minimum fluidization velocity (Umf) with the use of pressure fluctuation measurements. It was possible to estimate, with good precision, the value of Umf of A and B Geldart solids through linear relationship between standard deviation of pressure variation and fluid velocity. The verification of accuracy of the applied method was made by the comparison with the results Of Umf got through the fluid dynamic curve / Doutorado / Engenharia de Processos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Florencia Cecilia Menegalli / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-04T04:16:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dacanal_GustavoCesar_M.pdf: 2777471 bytes, checksum: b80c63182ebc03483ba92c58dcd7ddb9 (MD5) Previous issue date: 2005 / Mestrado / Engenharia de Alimentos / Mestre em Engenharia de Alimentos

Orientadores: Araí Augusta Bernárdez Pécora, Emerson dos Reis / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-24T13:04:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RuedaOrdonez_DiegoAndres_M.pdf: 19506541 bytes, checksum: 0bbc753dfedabd5800a9c9bd05c71077 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Neste trabalho, foi utilizada uma metodologia para a análise dos sinais de flutuações de pressão visando estudar a fluidização e o fenômeno da segregação em leitos fluidizados contendo misturas binárias de partículas de diferentes tamanhos e massas específicas. As medidas foram feitas para caracterizar o comportamento fluidodinâmico do leito fluidizado contendo misturas binárias e encontrar as velocidades inerentes ao fenômeno da segregação. Para tanto, primeiramente foram estudados os comportamentos de cada material isolado para posterior comparação com o comportamento observado para as misturas contendo tais materiais.Três tipos de sólidos particulados foram utilizados neste trabalho: microesferas de plástico (diâmetro médio de Sauter de 971 µm) e microesferas de vidro (diâmetros médios de Sauter de 462 e 959 µm).O sistema experimental utilizado consiste de uma coluna, de 0,1 m de diâmetro e 2,5 m de altura, equipada com um distribuidor de gás tipo placa porosa e possuindo seções de vidro,acrílico e aço carbono intercaladas, o que permitiu acompanhar visualmente o processo, e adquirir imagens por meio de uma câmera fotográfica. Medidas de flutuações de pressão foram feitas em diferentes velocidades superficiais do gás para cada material ou mistura estudados. Os sinais de pressão foram medidos em três pontos na coluna do leito, sendo um no plenum e dois na coluna, situado a 0,035 e a 0,115 m acima da placa distribuidora.Em todos os testes a altura do leito foi mantida fixa em 0,150 m. As flutuações de pressão foram analisadas no domínio do tempo e no domínio da frequência aplicando a transformada rápida de Fourier (FFT) o que permitiu diferenciar o comportamento dinâmico das misturas em cada velocidade superficial do gás estudada.Os resultados permitiram identificar regiões com diferentes comportamentos fluidodinâmicos e velocidades inerentes ao processo de segregação como as velocidades de fluidização inicial, fluidização completa, de segregação e de mistura completa. Este trabalho procura contribuir para melhorar o entendimento sobre a fluidização de misturas binárias e sobre o fenômeno de segregação normalmente presente em tais sistemas / Abstract: A methodology for analysis of pressure fluctuations signals was used, in the present work, to study the ?uidizing and segregation phenomena in fluidized beds containing granular binary mixtures with different sizes and densities. Pressure measurements have been made to characterize the dynamic behavior of fluidized beds and to find the velocities involved in the segregation phenomena. The analysis of each single studied material was made before analyzing of the mixtures containing such materials. Three types of solid particles were used in this work: plastic microspheres (971 µm Sauter mean diameter) and glass microspheres (462 and 959 µm Sauter mean diameters). The experimental system presents a column, 0.1m diameter and 2.5 m height, equipped with a porous plate gas distributor. The column was made by glass, acrylic and carbon-steel sections to allow visual observations of the process and acquiring images by a camera. Measurements of pressure fluctuations were made in different gas superficial velocities for each studied material or mixture. The pressure signals were measured at three points in the column: one at plenum and two above the distributor plate, at 0.035 and 0.115 m above the distributor plate. The height of the bed material was fixed in 0.15 m regarding all performed tests. Pressure fluctuations were analyzed on the time domain and on the frequency domain using the fast Fourier transform (FFT) which allows differentiating the dynamic behavior of the mixtures in each superficial gas velocity studied. The results allowed the identification of regions with different fluid dynamic behaviors as well as the determination of gas velocities inherent to the segregation process as the initial fluidization, complete fluidization, segregation and complete mixing velocities. This paper aims to contribute on understanding the fluidization process of binary mixtures and on the phenomenon of segregation normally present in such systems / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-10-17T16:51:04Z No. of bitstreams: 1 VIMÁRIO SIMÕES SILVA - TESE PPGEP 2004..pdf: 7946663 bytes, checksum: d4d441a16d5722370a6af66bb77ae188 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-17T16:51:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 VIMÁRIO SIMÕES SILVA - TESE PPGEP 2004..pdf: 7946663 bytes, checksum: d4d441a16d5722370a6af66bb77ae188 (MD5) Previous issue date: 2004-08-31 / Os microrganismos, além de sua importância industrial na obtenção por via biotecnológica de diversos produtos, podem ser utilizados diretamente como alimento para humanos e animais. Neste contexto, vem crescendo o interesse pelo aproveitamento de fontes proteicas não tradicionais, na formulação de ração animal. A utilização de leveduras, tem por meta suprir a carência de proteínas e vitaminas BI. A operação de secagem é importante porque prepara o produto com as características necessárias para atender as exigências de mercado e dentro deste contexto, o leito de jorro e leito fluidizado podem ser utilizados como mais uma opção dentro dos diversos tipos de secadores ora empregados nesta operação. A matéria prima utilizada neste trabalho foi à levedura do gênero Saccharomyces cerevisiae prensada do tipo comercial (fermento biológico fresco da marca Fleischmann"), com umidade média de 70% em base úmida, de cor creme, e granulometria média de 0,991 mm. Os experimentos de secagem de levedura foram realizados em leito de inertes constituído de partículas de poliestireno de 3,26 mm em coluna de 10,3 cm de diâmetro e 25,3 cm de altura. Inicialmente foram levantados dados de equilíbrio higroscópico da levedura a 25, 30, 40 e 49 °C e as isotermas de dessorção obtidas foram ajustadas pelos modelos de GAB e BET Numa segunda etapa, foi estudada a fluidodinâmica do leito de jorro e leito fluidizado para analisar o efeito da presença de leveduras sobre o comportamento do leito de inertes e definir as condições mínimas de operação de modo a estabelecer a matriz de planejamento fatorial. Com o objetivo de analisar e comparar o desempenho dos leitos fluidodinamicamente ativos foi estudada a secagem em leito de jorro e leito fluidizado. Para isto, foi seguido um planejamento fatorial tendo como variáveis de entrada a velocidade do ar e a quantidade de leveduras alimentada, e, como respostas, o rendimento, retenção, perdas, umidade do produto e teor de proteínas. A temperatura foi fixada entre 38 e 44 °C. para todos os experimentos. As taxas instantâneas de evaporação de água apresentaram flutuações na maioria dos ensaios, tanto em leito de jorro como em leito fluidizado, as eficiências energéticas de secagem foram relativamente baixas nos dois processos, em torno de 5 a 50%. A cinética de produção de pó mostrou comportamento crescente e praticamente linear em todos os experimentos. Foi obtido nos ensaios em leito de jorro, um conteúdo de umidade no produto entre 11,65 a 31,34%, em base úmida, e teor proteínas entre 50,09 e 52,68%. Para o leito fluidizado em 7,98 a 48,72% de umidade e 40,6 a 49,7% de proteínas Diante do exposto, o secador de leito de jorro apresentou melhor desempenho, visto que, na qualidade do produto, a umidade e teor de proteínas apresentaram melhores resultados, e um maior rendimento e menor retenção de pó. Comparado com outros secadores, apresentou desempenho maior em termos de proteínas e performance, sendo recomendado estudar o processamento com temperaturas maiores de modo a reduzir o teor de umidade do produto. / Microorganisms, aside from their industrial importance in obtaining several products by biotechnology, can be used directly as food for humans and animals. In this context, an interest in non-conventional sources of protein for animal feed has been growing. The use of yeasts has the aim of supplying the proteins and vitamin B1 requirement. The drying operation is important because it prepares the product with the characteristics necessary for attending to the market demands and in this context the spouted bed and the fluidized bed can be used as one more option in the various types of dryers used in this operation. The raw material used in this work was pressed Saccharomyces cerevisiae commercial type yeast (fresh biological Fleischmann yeast), with an average moisture of 70% in a wet base, cream-colored, and an average size of 0.991 mm. The yeast drying experiments were performed in inert beds constituted by polystyrene particles of 3.26 mm in a column of 10.3 cm of diameter and 25.3 cm of height. The yeast was fed at the top of the column in an intermittent regime. Initially data of hygroscopic equilibrium of the yeast were studied at 25. 30, 40 and 49 °C and the obtained desorption isotherms were adjusted by the GAB and BET models. In a second stage, the fluid dynamics of the spouted bed and the fluidized bed was studied to analyze the effect of the presence of yeast on the behavior of the inert particles bed and to define the minimal operating conditions so that the matrix of factorial design was established. With the objective of analyzing and comparing the performance of the dynamically active beds, the drying of yeast in the spouted and the fluidized bed was studied. For this, a factorial experimental design was followed. The input variables were the velocity of the air and the quantity of yeast fed and as response variables the product yield, retention, loses, moisture and protein content of the dried yeast. The temperature was fixed between 38 and 44 °C for all the experiments. The instant water evaporation rate presented fluctuations in most of the experiments, both in the spouted bed and in the fluidized bed. The drying energy efficiency was relatively low in both processes, in turn of 5 and 50 %. The powder production kinetics showed an increasing and practically linear behavior in all the experiments. The moisture content of the product varied between 11.65 and 31.34% in a wet base and a protein content between 50.09 and 52.68% was obtained in the spouted bed tests. For the fluidized bed a 7.98 to 48.72% moisture and 40.6 to 49.7% proteins were obtained. The spouted bed dryer presented a better performance, inasmuch as, in the quality of the product, the moisture and the protein content presented best results and a greater yield and less retention of powder. Compared to other dryers, it presented a better operation in terms of protein and performance. It is recommended to study the process in a higher temperature interval so as to reduce the moisture content of the product.

CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / A presente tese e voltada à investigação da dinâmica das partículas em um riser de leito fluidizado circulante (CFB). Os leitos fluidizados sao comumente encontrados em aplicações de diversas areas industriais, como na secagem e revestimento de partículas, na polimerizaçao, na combustao e gaseificacao de carvão ou biomassa, no craqueamento catalítico de gasóleo. Dada a importancia da compreensão fenomenologica dos mecanismos que ocorrem nestes equipamentos, este trabalho utiliza de experimentacães física material e numerica para investigar, descrever e prever o escoamento gas-solido ascendente em escala piloto. Para isso, a Unidade Piloto de Riser e Ciclones foi projetada e construída, bem como seu controle e sistema de medicão optica, a Anemometria por Efeito Doppler (PDA). O escoamento tambem foi avaliado por Fluidodinamica Computacional, como um segundo pilar sobre o qual a presente tese esta suportada, atraves da solucao de um modelo matematico euleriano-lagrangeano transiente de partícula pontual, que considera colisães entre partículas e delas com paredes rugosas do riser, implementado no codigo UNSCYFL3D. Os resultados de ambas simulacoes física material e numerica dos estudos de caso propostos, evidenciaram a formaçcaão de estruturas de macro e mesoescala, derivadas de efeitos geometricos e fluido dinâmicos, respectivamente. Ocorre segregacao do escoamento da fase sólida na base do riser e recirculacao no topo, devido a saída em T. A PDA evidenciou: a formacao da estrutura core-annulus desde a alimentacao das partículas nos maiores carregamentos, a tendâencia de segregaçcãao radial e axial de diametros de partículas e a deposiçao nas regioes próximas à parede, onde as partículas tem maior flutuacao de velocidade. As soluçoes numericas indicaram pouca influencia das forcas de Saffman e Magnus, porem grande influencia da rugosidade da parede e do efeito da turboforese. O modelo matematico foi comparado frente as mediçoes físicas, mostrando bom grau de validacao para concentraçao de partículas no centro do riser e para velocidade axial media das partículas. / This thesis is focused on the particle phase dynamics in a circulating fluidized bed riser (CFB). Fluidized beds are commonly encountered in many industrial applications such as drying and coating of particles, polimerizations, combustion and gasification of coal and biomass, gasoil fluid catalytic cracking. Given the importance of the physical understanding about CFBs, in this work experiments and simulations are carried out to explore, describe and predict the upward gas-solid flow in pilot scale. Therefore, the Pilot Unit of Riser and Cyclones was designed and built, as well as its control and optical measuring systems, the last one by using Phase Doppler Anemometry (PDA). Besides that, the flow was solved by Computational Fluid Dynamics, as the second pillar on which this thesis is based, through the solution of an Eulerian-Lagrangian unsteady point-particle model, with inter-particles collisions and impact on rough walls, implemented on the in-house code UNSCYFL3D. The results from both experiments and simulations have shown the macro- and meso-scale structures formation, caused by geometrical and fluid dynamics effects, respectively. Particle phase flow segregation occurs near the particle inlet and also recirculation at the top of the riser, due to the T shape outlet. The PDA results show the core-annulus structure formation from the bottom of the riser in the higher mass loadings, the tendency of radial and axial segregation of particle diameters and the particle deposition near the riser wall, where the discrete phase has higher velocity fluctuations. On the other hand, the simulation results show little influence of Saffman and Magnus forces over the particles flow, however great impact of the roughness wall model and of the turbophoresis effect. About the model validation, good agreement is found mainly to particle concentration at the riser centre and to the particle phase axial velocity. / Tese (Doutorado)

O estado de São Paulo produz cerca de 58.700 t/dia de resíduos dividido pelos seus 645 municípios nas vizinhanças de aproximadamente 170 usinas de açúcar e álcool. Diante deste fato, é evidente o potencial para se fazer o uso consorciado destes dois combustíveis na geração de energia. Este trabalho investigou os possíveis efeitos deletérios que a presença de cloro, flúor, sódio e potássio possam trazer nas caldeiras voltadas para a produção de energia elétrica, utilizando bagaço de cana e combustível derivado de resíduo (CDR). Foi realizada uma busca criteriosa na literatura internacional a fim de possíveis efeitos deletérios em caldeiras de biomassa para a produção de energia em razão do uso consorciado de resíduo, no aspecto da integridade da caldeira, principalmente no papel desempenhado pelos elementos, cloro, flúor, sódio e potássio, e em seguida uma análise criteriosa dos resultados encontrados. Esta análise foi realizada através de um estudo de caso, considerando uma caldeira de leito fluidizado borbulhante (BFB) de 60MW, queimando bagaço e parte do resíduo de uma cidade de 600.000 habitantes. Verificou-se que o resíduo que a cidade produz pode ser transformado em CDR que irá alimentar a caldeira como combustível auxiliar, produzindo energia elétrica de forma limpa e sustentável. Um parâmetro utilizado para se definir a quantidade máxima de CDR queimada na caldeira, foi o cloro específico, calculado pela razão entre o teor de cloro e o poder calorífico inferior (PCI) do combustível. Com base na literatura encontrada, limitou-se o cloro específico em 40 mg/MJ, para que não haja danos a integridade do equipamento. A combustão consorciada de bagaço de cana e CDR pode ser uma alternativa para o estado de São Paulo reduzir o problema da falta de aterros para descarte de resíduos e uma possibilidade para as usinas de açúcar e álcool produzirem energia elétrica por um período mais extenso no ano, economizando bagaço de cana. / The state of São Paulo produces about 58,700 tons/day waste divided by its 645 municipalities in the vicinity of about 170 sugar and alcohol mills. Given this fact, the potential is evident to make the consortium use of these two fuels in power generation. This paper investigated the potential deleterious effects that the presence of chlorine, fluoride, sodium and potassium can bring the boilers focused on the production of electric power using bagasse and refuse derived fuel (RDF). A thorough search in the international literature with the view to possible deleterious effects on biomass boilers for power generation because of consortium use of residue in the boiler integrity aspect, particularly the role played by the elements chlorine, fluorine, sodium and potassium, and then a careful analysis of the results. This analysis was conducted through a case study, considering a bubbling fluidized bed (BFB) boiler of 60 MW, burning bagasse and part of the residue of a city of 600,000 inhabitants. It was found that the residue that the city produces can be turned into RDF which will feed the boiler as an auxiliary fuel, producing electricity in a clean and sustainable manner. A parameter used to set the maximum amount of burned RDF in the boiler, was the specific chlorine, measured by the ratio between the chlorine content and the lower heating value (LHV) of the fuel. Based on the literature found, the specific chlorine was limited to 40 mg/MJ, so there is no damage to the integrity of the equipment. The consortium combustion of bagasse and RDF can be an alternative to the state of São Paulo reduce the problem of landfills for waste disposal and a possibility for the sugar and alcohol mills producing electric power for a longer period in the year, saving bagasse.