Orientador: Liliane M. Ferrareso Lona / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-03T18:36:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RoseroMesa_PaolaViviana_M.pdf: 5952280 bytes, checksum: 09b01c247830a67ec0b6df187b843097 (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: Neste trabalho foi desenvolvido um modelo matemático para a polimerização via radical livre controlada em presença de radicais nitróxidos (NMRP), que inclui a obtenção dos pesos moleculares médios e o índice de polidispersidade para polímeros de estrutura linear. Por ser a polimerização via radical livre (FRP) uma das polimerizações mais estudadas, este trabalho contemplou o estudo do processo FRP em sistemas homogêneos como base para a modelagem da polimerização via radical livre controlada (LFRP). A LFRP se destaca por ser capaz de obter polímeros com polidispersidade perto de 1,0 e distribuições de peso molecular estreitas. Existem diferentes mecanismos LFRP, dos quais se destaca o mecanismo NMRP, o qual consegue obter polímero com peso molecular controlado mediante a adição de um radical nitróxido à polimerização via radical livre, gerando uma reação reversível capaz de bloquear as cadeias em crescimento. Para obtenção dos pesos moleculares médios e a distribuição do peso molecular (MWD) no processo FRP, foram utilizados o método instantâneo e o método dos momentos; já no novo processo (NMRP) foi usado o método dos momentos para a obtenção dos pesos moleculares médios e o índice de polidispersidade. O modelo matemático foi baseado nas constantes cinéticas de taxa e na teoria do volume livre para o processo FRP e nas constantes cinéticas no processo NMRP. Os resultados foram comparados com dados experimentais para avaliar o modelo. Como casos estudo foram analisadas as polimerizações de estireno e de metilmetacrilato para o processo FRP e as polimerizações de estireno no processo NMRP. Os resultados de validação obtidos mostraram que o modelo sugerido é capaz de modelar o processo monomolecular e bimolecular NMRP a diferentes condições de temperatura e concentração de espécies. Os resultados do modelo também mostraram como no processo NMRP, a espécie polimérica morta surge de radicais poliméricos que não conseguem ser capturados no processo. Foi mostrado como radicais nitróxidos menos estáveis geram resultados mais favoráveis em termos de produtividade e qualidade de produto / Abstract: A practical methodology for the computer modeling of number-and weight-averages molecular weight and molecular weight distribution of polymer with linear structure obtained from nitroxide mediated radical polymerization (NMRP) has been developed. Since free-radical polymerization (FRP) is one of the most important chain-growth polymerization, this work embraces a free-radical polymerization in homogeneous systems as reference point to model the "Iiving" free-radical polymerization. The "living" free-radical polymerization (LFRP) emphasizes the production of polymers with highly controlled structures, narrows MWD and polydispersity index closed to 1.0. Different mechanisms have been proposed to carry out LFRP, among them, Nitroxide-mediated radical po/ymerization (NMRP), which attains polymers with controlled molecular weight by mediated nitroxide radicais acting as trapping agent, in which the polymer chain that is growing are reversibly trapped. To obtain number- and weight-averages molecular weight and molecular weight distributions (MWD) for FRP process the instantaneous and moments methods were used. On the other hand, for the process NMRP the method of moments was used to obtain the number- and weight-averages molecular weight and polydispersity index. The mathematical model was based on kinetics constant rates and free-volume theory for FRP and kinetics constant rates for NMRP. Simulations were compared with experimental data to validate the model. Styrene and methylmethacrilate was analyzed as cases studies for FRP process and styrene polymerization for NMRP process. The model was able to modeling monomolecular and bimolecular NMRP process to different conditions of temperature and species concentrations. It showed the dead polymer chain appear by live polymeric chain not captured by nitroxide radicais in the NMRP processo. Then, NMRP can obtain "Iiving" characteristic if exists enough quantity of nitroxide radical. This permits the radicais created to be captured. Nitroxide radicais more unstable generate best results in relation to productivity and product quality / Mestrado / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Rubens Maciel Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-25T19:23:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Toledo_EduardoCoselliVascode_D.pdf: 6989061 bytes, checksum: 7e4c9efd95963e164e67dee467cae49d (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: Neste trabalho são apresentados modelos pseudo-homogêneos bi e unidimensionais de reatores catalíticos de leito fixo, os quais incorporam as capacidades térmicas do fluido e do sólido, (pCp)f e (pCp)s, respectivamente. Os modelos propostos reproduzem o comportamento dinâmico esperado de um reator catalítico de leito fixo, inclusive o fenômeno da resposta inversa. A solução dos modelos bidimensionais geralmente requerem excessivo tempo computacional, uma vez que uma descrição detalhada das variáveis é levada em conta na formulação do modelo, resultando em modelos matemáticos de difícil solução. Para superar esta dificuldade, fez-se uso de técnicas de redução de modelos, as quais permitem gerar modelos com dimensões espaciais menores (com redução dimensional) ou cuja solução se torna menos complexa (sem redução dimensional). Portanto, neste trabalho também é apresentado um estudo comparativo do desempenho destas técnicas. Com relação aos modelos reduzidos, alguns apresentaram uma boa concordância com o modelo bidimensional, possibilitando a utilização segura e rápida dos mesmos para estudos de controle e otimização. Outro estudo realizado neste trabalho foi a análise de sensibilidade paramétrica do reator catalítico de leito fixo visando obter o conhecimento dos efeitos primários e de interação dos parâmetros operacionais do reator necessários à implementação da estratégia de controle no reator de forma adequada. Para obter estes conhecimentos utilizou-se o método do planejamento fatorial, o qual foi capaz de captar os efeitos primários e de interação no comportamento dinâmico do reator. Outro detalhe importante é que o método do fatorial completo forneceu também os efeitos ao longo do tempo, conhecimento este não disponível quando se utiliza, por exemplo, o método do RGA. Finalmente, após o desenvolvimento de modelos dinâmicos adequados para aplicações em tempo real e de posse dos conhecimentos do comportamento dinâmico e da análise de sensibilidade paramétrica, realizou-se o estudo da análise de desempenho de alguns algoritmos de controle avançados. Utilizou-se para o estudo da análise de desempenho dos controladores avançados, os algoritmos de controle preditivos, DMC ("Dynamic Matrix Control") e GPC ("Generalized Predictive Control"), e o adaptativo preditivo, STGPC (GPC acoplado ao identificador de parâmetros RLS), tanto na forma monovariável, SISO, como multivariável, MIMO. Estes controladores também foram comparados com o controlador clássico PI. Observou-se que os controladores GPC e STGPC proporcionaram os melhores resultados, mostrando a necessidade de se utilizar controladores avançados para obter um comportamento seguro e eficiente do reator catalítico de leito fixo / Abstract: In this work, pseudo-homogeneous bi- and uni-dimensional fixed bed catalytic reactors are presented. Such models incorporate the fluid and solid thermal capabilities, (pCp)f e (pCp)s, respectively. The proposed models reproduce a dynamic behaviour expected in a fixed bed catalytic reactor, including the inverse response phenomenon. The bi-dimensional models solution usually requires excessive computing (CPU) time since a detailed description of the variables is considered in the formulation of the model, which results in mathematical models of difficult solution. To circumvent this difficulty, techniques of model reduction were used, which permitted the generation of smaller space dimensions (with dimension reduction) or whose solution is less complex (without dimension reduction). Therefore, a comparative work of both techniques performance is also presented in this work. Some of the reduced models presented a good agreement with the bi-dimensional model, thus enabling their safe and fast utilization for studies of control and optimization. Another study performed in this work was the parametric sensitivity analysis of the fixed bed catalytic reactor, with the purpose of knowing the primary effects and the interaction of the reactor operating parameters, which are necessary for the implementation of a suitable control strategy. A method of factorial planning was used to acquire this knowledge. It was capable of getting the primary and interaction effects on the reactor dynamic behaviour. Another important detail is that the complete factorial method also provided some effects against time; this kind of knowledge is not available when the method RGA is used. Last, with the development of dynamic models for applications in real time and with the knowledge of the dynamic behaviour and the parametric sensitivity analysis, an analysis of the performance of some advanced control algorithms was made. In the study of the analysis of the performance of advanced controllers, the control algorithms used were predictive, DMC and GPC, and adaptive predictive, STGPC (GPC coupled to the parameters identifier RLS), both in the monovariable (SISO) and multivariable (MIMO) forms. These controllers were also compared to the classic controller PI. It was observed that the controllers GPC and STGPC provided the best results, showing the need of using advanced controllers to obtain a reliable and efficiente behaviour for the fixed bed catalytic reactor / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Made available in DSpace on 2014-06-12T23:14:58Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo8995_1.pdf: 64094 bytes, checksum: 421daf7b36b2601f39cffec1f9116864 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2003 / A análise de reatores químicos trifásicos de leito fixo requer desenvolvimento de soluções de sistemas de equações diferenciais parciais com aplicação de métodos numéricos. Através dessas ferramentas têm sido possível simular o comportamento desses reatores, permitindo avaliações de seus componentes, constituindo importantes previsões para as realizações dos seus projetos individuais. A estimação de perfis de concentrações dos componentes presentes nas fases dos sistemas trifásicos caracteriza a quantificação das análises, garantindo informações completas a respeito do comportamento do sistema. No presente trabalho, o método das diferenças finitas é aplicado ao modelo que descreve o sistema reativo de hidrogenação e ao modelo que descreve o sistema da produção de ácido láctico. Busca-se analisar o comportamento de reatores de leito fixo, operando sob regime de leito gotejante. As equações de balanços de massa, juntamente com as condições iniciais e de contorno, são utilizadas para descrever os sistemas estudados, tendo suas soluções originadas das equações discretizadas conforme o método das diferencias finitas. O modelo desenvolvido permite, como 1a aplicação, a simulação do comportamento experimental do processo da produção de ácido láctico. De forma mais completa, procedese a modelagem do processo de hidrogenação do α-ME, simulando-se os comportamentos dos reagentes H2 e α-ME nas fases presentes no reator de leito gotejante. Simulações dinâmicas, com estímulos de concentrações na alimentação das fases gasosa e líquida do reator foram realizadas, destacando perfis de concentrações ao longo do reator e as respostas transientes. Evoluções das concentrações dos reagentes H2 e α-ME nas fases, sensibilidade do modelo e um exemplo de operação periódica forçada foram estudados

Orientadores: João Alexandre Ferreira da Rocha Pereira, Cesar Augusto Moraes de Abreu / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-31T16:35:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Maranhao_LaisseCarvalhodeAlbuquerque_D.pdf: 8945514 bytes, checksum: 7999b6853d75f92fb52f1895246b978b (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Visando-se a produção de polióis em pequena e média escalas por processos catalíticos contínuos e objetivando-se a valorização de matérias-primas abundantes em sacarídeos, procedeu-se à otimização operacional e quantificação cinética dos processos de hidrogenação da glicose e sacarose em presença de catalisador de níquel (14,75%p.p.) suportado em carvão ativado. Processamentos de reações de hidrogenação de glicose, frutose e sacarose em temperaturas de 373K, 393K e 413K, sob pressão de 24atm em reator de leito de lama, ressaltaram seletividades em sorbitol e manitol. As transformações foram representadas por modelos do tipo Langmuir-Hinshelwood propostos com base em mecanismos catalíticos heterogêneos de formação de polióis. Através da avaliação dinâmica experimental, segundo a técnica de distribuição de tempos de residência (DTR), foram quantificados parâmetros hidrodinâmicos em sistemas trifásicos operando em regime de leito gotejante. A análise do processo foi efetuada através da aplicação de um modelo pistão heterogêneo com dispersão axial em regime transiente, a qual via função de transferência possibilitou a estimação dos parâmetros hidrodinâmicos da fase líquida, fornecendo ordens de grandeza de fe=[0,34 a 0,56] para o fator de molhabilidade; hL=[0,16 a 0,25] para a retenção líquida e Dax=[3,77 x 1O-4m2/s a 2,42 x 1O-4m2/s] para a dispersão axial. Hidrogenações de glicose e sacarose em reator trifásico contínuo de leito gotejante (dR=42mm, Z=800,Omm) em presença do catalisador Ni(14,75%p.p.)/C granulado (dp=4,57mm) operadas em temperaturas de 373K a 413K e lOatm de hidrogênio, com vazão da fase líquida de 5LIh a 15L1h e vazão da fase gasosa de 100LIh e 300LIh, garantiram um regime estacionário de conversão de sacarídeos, atingido após 1 hora de reação. O processamento das reações da glicose e da sacarose no reator de leito gotejante assegurou transposição do processo trifásico descontínuo para o processo contínuo, fornecendo perfis experimentais que confrontados com as previsões do modelo proposto demonstraram boa concordância, significando possibilidade de desenvolvimento em escalas superiores na direção da aplicação industrial / Abstract: To produce polyols in small and medium scales by continuous catalytic processes and to valorize saccharide abundant raw materials, operational optimization and quantification of the kinetics of the hydrogenation processes of glucose and saccharose in the presence of nickel (l4,75%wt.) supported on active carbon were performed. Hydrogenation reactions of glucose, fructose and saccharose at temperatures of 373K, 393K and 413K under apressure of24atm performed in a slurry bed reactor showed strong seletivities for sorbitol and manitol. Based on the heterogeneous catalytic mechanism of the polyols production a Langmuir-Hinshelwood model was proposed. From experimental dynamic evaluations based on residence time distribution (RTD) hydrodynamic parameters of the three-phase systems operating in trickle flow pattem were obtained. The analysis of the process was made using an heterogeneous piston model with axial dispersion in transient regime. It was possible via a transfer function to predict the hydrodynamic parameters of the liquid phase as: wetting efficiency, fe=[0,34 to 0,56]; liquid holdup, hL=[O,16 to 0,25] and axial dispersion, Dax=[3,77xlO-4m2/s to 2,42xlO-4m2/sl The hydrogenation of glucose and saccharose in the continuous three-phase trickle-bed reactor (dR=42mm,Z=800,Omm) in the presence of Ni(l4,75%wt.)/C granulated catalyst (dp=4,57mm) was performed at temperatures in the range of 373K to 413K and under a pressure of 10atm of hydrogen and a flow rate in the range of 5L1h to 15L1h for the liquid phase and 100LIh to 300Llh for the gas phase, steady state conditions of saccharide conversions were reached after one hour of reaction. The processing of the glucose and saccharose reactions in the trickle-bed reactor allowed the reaction transposition from the I discontinuous process to the continuous one providing experimental profiles which compared with the proposed models showed a good agreement, indicating the possibility of the development of scale-up to the industrial applications / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Mario de Jesus Mendes / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-17T11:25:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CesarFilho_JoaoCarlosLeite_M.pdf: 3287753 bytes, checksum: 65f9387fd7cb8a8e00baade99c5a72cb (MD5) Previous issue date: 1992 / Resumo: No presente trabalho é apresentado uma metodologia do Controle Digital Direto de reatores batelada multiproduto exotérmicos com trajetórias de Temperatura pré-definidas, para reações do tipo consecutivas e reversíveis. A apresentação do processo via computador recorre a um algoritmo de integração numérica do modelo simplificado de um reator com camisa de vapor e serpentina de resfriamento e das transformações químicas que nele ocorrem. A técnica de controle desenvolvida, baseada num combinação de malhas de Antecipação e Realimentação e na estimação ¿on-line¿ do calor de reação, é sustentada apenas em medidas de temperatura diretamente do processo. Pode-se verificar, pelos resultados de simulações em malha fechada, que esta estrutura é robusta e apresenta um excelente desempenho / Abstract: A method of Direct Digital Control for exothermic multiproduct batch reactor with predefined temperature tracking is present in this work. The consider two types of characteristic reactions: consecutive and reversible. The process computer simulation is obtained by numerical integration solution of a simplified reactor model and its chemical reactions. The mentioned reactor is fitted with a vapor jacket and a cooling coil. The developed control technique using a feedback-feedforward combination loop of the on-line reaction heat esimation is based on direct temperature measurements of the real process. The closed loop simulation results show a robust and excellent performance of the proposed strategy / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientador : Ulf Schuchardt / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-19T06:38:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nobre_MarcosAntonio_M.pdf: 4313417 bytes, checksum: 95957428b7225c6a185095671b7d5dff (MD5) Previous issue date: 1994 / Mestrado

Os reservatórios de águas, tais como rios e lagos são de extrema importância a manutenção da vida através do fornecimento de água para as necessidades básicas dos seres humanos. Além disso, também servem como destino final dos subprodutos das atividades humanas através dos efluentes domésticos e industriais. Em razão de possuírem duas funções opostas é necessário o desenvolvimento de tecnologias capazes de minimizar o impacto poluidor dos subprodutos das atividades humanas. O tratamento por processos convencionais nem sempre é eficiente, por isso os processos oxidativos avançados tem sido o foco de vários estudos. Dentre esses processos a fotocatálise heterogênea tem se destacado. Esta dissertação de mestrado descreve a avaliação do Ag3PO4 como catalisador no processo de fotocatálise heterogênea visando à degradação do poluente modelo fenol. O trabalho avaliou primeiramente o material na degradação do fenol em presença de uma fonte de irradiação artificial de xenônio. Na ausência de oxigenação do sistema, houve uma melhora na taxa média de degradação utilizando o catalisador Ag3PO4 comparado ao TiO2 P25. Com 120 minutos de reação pode ser observada a degradação total do fenol utilizando o catalisador Ag3PO4, enquanto, utilizando o TiO2 P25, foi possível observar menos de 30% de degradação no mesmo tempo. Além dos testes com luz artificial, foram feitos testes utilizando um reator solar do tipo CPC para comparar os resultados. Considerando algumas dificuldades encontradas foi possível obter resultados satisfatórios em relação à utilização do Ag3PO4 em fotorreatores solares. Para obter melhores resultados comparativos seria necessário modificações no sistema utilizado, como o aumento na vazão, para tentar utilizar efetivamente toda a massa de catalisador, pois no sistema utilizado ocorre sedimentação de parte da massa utilizada. Os resultados foram positivos indicando a possibilidade de ativar o catalisador Ag3PO4 com radiação solar, o que indica um caminho importante no desenvolvimento de tecnologia para processos de fotodegradação catalítica em reatores solares. / Water reservoirs, such as rivers and lakes are extremely important to maintain life through the provision of water for basic needs of human beings. Moreover, they also serve as the final destination of the byproducts of human activities such as domestic and industrial effluents. Since they have opposite functions it is necessary to develop technologies capable of minimizing the pollution impacts of the byproducts of human activities. Since the treatment of waste waters by conventional processes is not always effective, advanced oxidation processes have been the focus of several studies. Among these processes, heterogeneous photocatalysis has found an outstanding rule. This study aims at an evaluation of Ag3PO4 as a catalyst in the heterogeneous photocatalysis to degrade phenol dissolved in water. Phenol-in-water solutions has been adopted as a model contaminant in this study. The performance of the catalyst was evaluated using a xenon lamp as the source of artificial irradiation. In the absence of oxygenation, total degradation of phenol was observed in 120 minutes of reaction using the Ag3PO4 catalyst, while only 30% of the initially contained phenol was degraded when the conventional TiO2 P25 catalyst was used. Tests were also carried out in a solar reactor with CPC type collectors. These tests indicated that the Ag3PO4 catalyst can be a feasible alternative to conventional catalysts. The tests also indicated the need for further development of the catalyst production process, in order to generate smaller particles, with less tendency to settle down, and with larger specific surface area, The results were positive indicating the possibility of activating the catalyst Ag3PO4 with solar radiation, which indicates an important pathway in the development of technology for catalytic photodegradation in solar reactors.

Orientador: Carlos Alberto Gasparetto / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-10-19T19:10:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bencke_SoniaGiraldi_D.pdf: 2648612 bytes, checksum: a853580b4dd1dacc49ef76089fdef908 (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: Este é um trabalho de modelagem e simulação de um reator do tipo loop para a hidrogenação de óleo de soja. Considerando as vantagens oferecidas por esse tipo de reator e a inexistência de estudos que modelem a hidrogenação de óleos, três modelos são propostos para descrevê-lo: o primeiro propõe que o reator opere em batelada; o segundo propõe uma associação de um reator de mistura em série com um reator tubular e o terceiro utiliza uma associação de um reator de mistura maior com uma série de reatores de mistura menores. Para descrever o processo foram utilizadas as equações de conservação da massa e energia, um modelo cinético de reações consecutivas e dados experimentais de outros autores. As propriedades do óleo foram avaliadas pela teoria da contribuição de grupos, considerando-se os efeitos de temperatura e da composição em ácidos graxos, em cada instante do processo. O sistema de equações do caso batelada foi resolvido analiticamente e os demais utilizando um método de diferenças finitas. Os coeficientes de transferência de massa foram avaliados com base naqueles dados experimentais. O coeficiente gás-líquido resultou inferior ao esperado para um reator desse tipo mas, coerente com reatores em escala piloto. O coeficiente líquido-sólido apresentou valores semelhantes àqueles reportados na literatura. Como esperado, a resistência à transferência de massa líquido-sólido é muito pequena comparada à resistência gás-líquido. Verificou-se que a resistência à difusão do hidrogênio dentro dos poros do catalisador é desprezível. O modelo que, aparentemente, melhor se ajustou aos dados experimentais foi o da associação de reatores de mistura em série. Entretanto a análise estatística de variância mostrou que não há diferença significativa entre esses três modelos. Apesar dessa diferença ser pequena, a consideração do tempo de indução melhorou os ajustes / Abstract: This is a thesis on modeling and simulation of a loop reactor for hydrogenation of soybean oil. Considering the advantages offered by jet loop reactors and the modelling lack for oils hydrogenation, three models are proposed to describes it: the first is a batch reactor; the second is an association of a CSTR in series with PFR and the third is an association of a large CSTR with a series of smaller CSTR. The process was described through the mass and energy balance equations, a model for kinetic reactions and third parties experimental data. Dil properties were evaluated through group contribution theory, taking into account temperature and fatty acids composition occurring during the process Batch model equations were solved analytically and the others were solved using a finite difference method. Mass transfer coefficients were evaluated according to experimental data. Gas-liquid coefficients were lower than the expected ones for a reactor of this kind, but they were close to the pilot unities. Liquid-solid coefficients showed similar behavior to those reported in the literature. As expected, the liquidsolid mass transfer resistance showed to be very small when compared to gasliquid. Hydrogen diffusion inside catalyst's pores was negligible. The association of reactors in series seemed to be the best model although statistical variance analysis showed no significance for the difference among the three models used. Although there was a slight difference when comparing the three models, the induction time correction enhanced the process modelling / Doutorado / Engenharia de Alimentos / Doutora em Engenharia de Alimentos

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:37:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3588.pdf: 4810572 bytes, checksum: c51e71c8f61cca06e7029f62d4eed751 (MD5) Previous issue date: 2011-02-11 / Aiming to contribute to the technological development of our country and meet the domestic demand for photochemical reactors, we have considered the possibility of developing a national product. The development of this project required the acquisition of knowledge to master the technology employed in the construction and application of photochemical reactors. This process was followed by refinement and implementation of the innovations that would make them more competitive and versatile to meet the demands of today s market. In the elaboration of the reactor, appropriate tools and the latest computing resources, comprising all stages of the project, namely structural design, loaded electronic and firmware were employed. Then it was possible to construct a virtual prototype with all the benefits of a real product, which enabled the construction of a physical one. As a result, the user could benefit from the combination of nice design and functional structure together with smart and efficient electronics and simple, intuitive interface. Results have proved not only the equivalence, but also the increase in the luminous efficiency through the substitution of the traditional radiation source of the fluorescent light by the LED light source (Light Emitting Diodes). So, through the implementation of the LED technology to this equipment, important and fundamental innovations were made, as follows. Clean, mercury-free and recyclable technology. Greater efficiency in turning electrical energy into luminous energy, leading to reduced electricity consumption and low heat generation. Greater durability of LED light sources, up to 1000 times higher when compared to fluorescent bulbs. Implementation of microcontroller systems, promoting control of luminous intensity, time-programmed excitation, temperature checking, graphical interface etc. The completion of this project resulted in the construction of a photochemical reactor which will bring a number of technological innovations to our country. / Com a finalidade de contribuir para o desenvolvimento tecnológico de nosso país e suprir a demanda interna de reatores fotoquímicos, vislumbramos a possibilidade de desenvolver um produto nacional. A premissa para desenvolvimento deste projeto teve como base adquirir conhecimento necessário para dominar a tecnologia empregada na construção e aplicação de reatores fotoquímicos, aperfeiçoar e implementar inovações que o tornem mais versátil e competitivo para atender as demandas atuais do mercado. Na elaboração do reator foram aplicadas ferramentas apropriadas e recursos computacionais de última geração, que contemplaram todas as etapas de desenvolvimento do projeto: design estrutural, eletrônica embarcada e firmware. Assim, foi possível construir com precisão um protótipo virtual com todas as prerrogativas de um produto real, viabilizando a construção de um protótipo físico. Dessa forma, conseguimos unir um design agradável a uma estrutura funcional que atendesse as necessidades do projeto e uma eletrônica inteligente e eficiente a uma interface simples e intuitiva para o usuário do equipamento. Com a obtenção de resultados que comprovam não só a equivalência, mas também o aumento na eficiência luminosa através da substituição da fonte de radiação luminosa tradicional das lâmpadas fluorescentes pelas fontes compostas por LEDs (Diodos Emissores de Luz), conseguimos implementar e viabilizar uma importante e fundamental inovação a este equipamento com todas as vantagens proporcionadas pela tecnologia dos LEDs, tais como: Tecnologia limpa livre de mercúrio e reciclável. Maior eficiência na conversão de energia elétrica em energia luminosa, consequentemente um menor consumo de eletricidade e menor geração de calor. Maior durabilidade da fonte de luz LEDs, até 1000 vezes maior quando comparadas as lâmpadas fluorescentes. Implementação de sistemas microcontrolados, promovendo controle de intensidade luminosa, tempo de excitação programado, verificação de temperatura, interface gráfica etc. Finalizamos este trabalho com a construção de um reator fotoquímico nacional que traz consigo várias inovações tecnológicas.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-04-25T04:03:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 344688.pdf: 1774238 bytes, checksum: eca4a5e907f9467f830c24ac1dc046d9 (MD5) Previous issue date: 2016 / A utilização de nanopartículas tem recebido especial atenção devido às suas propriedades físicas e químicas e diversas aplicações. No campo da engenharia química, os nanomateriais tem aplicação fundamental no desenvolvimento de catalisadores e em revestimentos nanoestruturados aplicados a sensores. Nesse sentido, a tecnologia de reatores de chama tem-se mostrado uma via atrativa e de alto rendimento para a síntese de nanopartículas com propriedades e funcionalidades sofisticadas. A fabricação de nanofilmes pela deposição das nanopartículas provenientes da fase gasosa é uma abordagem promissora e, nesse aspecto, técnicas de expansão do fluxo, em particular, o uso de lentes aerodinâmicas, apresentam uma série de vantagens que auxiliam no seu processo de deposição. Contudo, para promover uma elevada taxa de produção sem comprometer as características finais das nanopartículas, uma compreensão da sua dinâmica e síntese é necessária. Através da resolução numérica das equações que governam os fenômenos envolvidos na síntese e deposição das nanopartículas, pode-se obter muitas informações a respeito da distribuição e transporte das variáveis de interesse, bem como os parâmetros geométricos que afetam o funcionamento do reator e as características dos nanomateriais formados. Neste trabalho é apresentada a investigação numérica do comportamento fluidodinâmico do processo de formação e deposição de nanopartículas em reator de chama de difusão acoplado ao sistema de lentes aerodinâmicas. A performance do sistema foi investigada através da análise dos perfis de velocidade, temperatura e concentração das espécies químicas, a fim de validar os dados experimentais e fornecer informações sobre o processo. Através da alteração da geometria do sistema, diferentes configurações foram avaliadas com o objetivo de determinar o funcionamento ideal do reator para a deposição das partículas. Os resultados mostram que o sistema de lentes aerodinâmicas é capaz de restringir o fluxo principal a uma região muito estreita em comparação ao reator de chama sem lentes, sendo esta uma característica essencial para o controle da deposição das nanopartículas e para o desenvolvimento de nanomateriais com novas propriedades funcionais e estruturais.<br> / Abstract : The nanoparticles use has received particular attention due to their physical and chemical properties and various applications. In the chemical engineering field, the nanomaterials have an important application in the development of catalysts and nanostructured coatings applied to sensors. Thus, the flame reactor technology has shown to be an attractive route with high performance for the synthesis of nanoparticles with sophisticated properties and functions. The nanofilms manufacturing by the deposition of nanoparticles from a gas phase is a promising approach and, in this sense, the flow expansion technique, in particular the use of aerodynamic lenses, shows many advantages, which help their deposition process. However, to promote a high production rate without compromising the final characteristics of the nanoparticles, an understanding of their synthesis and dynamic is required. Through the numerical solution of the equations that govern the main phenomena involved in the nanoparticles synthesis and deposition, a lot of information about the distribution and transport of the interest variables can be obtained, as well the geometric parameters that affect the reactor operation and the nanomaterials characteristics. This paper presents the fluid dynamic numerical investigation of the nanoparticle formation and deposition process in a diffusion flame reactor coupled to an aerodynamic lens system. The system performance was investigated by the analysis of the velocity, temperature and chemical species concentration profiles to validate the experimental data and provide information about the process. Changing the system geometry, different configurations were evaluated in order to determine the optimal reactor operation mode for the nanoparticle deposition. The results show that the aerodynamic lens system is able to restrict the main flow to a much narrow region when compared to the flame reactor without lenses, being this an essential feature to control the deposition of the nanoparticles and to development of new nanomaterials with structural and functional properties.