Com a necessidade de novos investimentos no setor energético, e o emprego de técnicas que minimizem as agressões ao meio ambiente, a geração de energia elétrica a partir de fontes renováveis tem se mostrado importante na matriz energética brasileira. Diante da grande concentração de usinas de cana-de-açúcar no interior de São Paulo e considerando que a biomassa proveniente destas agroindústrias vem demonstrando grande importância na produção de energia, foi feita uma análise energética, exergética e ambiental, baseadas nos princípios da Termodinâmica, de sistemas de geração de energia elétrica em sucroalcooleiras do interior paulista. E ainda, foi realizada uma avaliação do melhor sistema de aproveitamento dos subprodutos da cana-de-açúcar proveniente deste setor. Nesse contexto, foram realizados estudos de caso em duas agroindústrias, indicando qual delas apresenta o melhor desempenho no sistema. A que mais se destacou foi aquela que emprega um sistema de alta e média pressão, utilizando-se apenas de duas caldeiras ao invés da outra que contém cinco. Os valores de eficiência energética foram de 82% e 75% para a de melhor e menor desempenho, respectivamente, e de performance exergética, de 31,02% e 26,15%, na mesma ordem. Mostrando, então, a diferença entre a utilização somente da Primeira Lei da Termodinâmica e ao aplicar também o Segundo Princípio para realizar um estudo mais aprofundado e, então, complementá-la. Na análise ambiental foram aplicados indicadores exergéticos que se apresentaram como viáveis instrumentos de avaliação de impacto ambiental, pelos quais foi classificada como sendo a de menor taxa de poluição para a usina que obteve a melhor eficiência termodinâmica na utilização do bagaço como insumo energético. / Due to necessity of new investments in the energy sector, using techniques that minimize environmental damages, the generation of electricity from renewable sources has shown important in the Brazilian energy matrix. Given the high concentration of sugar and alcohol mills in São Paulo and considering that the biomass from these agro-industries has presented great importance in energy production, it was made an energy, exergetic and environmental analysis, based on the laws of Thermodynamics, on systems of energy generation used in sugarcane industries in São Paulo State. And, it was made an evaluation of the best exploitation system from sugarcane sub-products of this sector. In this context, case-studies were conducted in two sugarcane power plants, denoting which of them had the best performance. The industry that uses a system of high and medium pressure was the plant that stood out, using only two boilers instead of one that uses five. The values of efficiency were 82% and 75% for the one that showed better accomplishment and for plant that produced a lower efficiency, respectively, and exergetic efficiency of 31.02% and 26.15%, in the same order. These results presented the difference between using only the First Law of Thermodynamics and to apply the Second Law also for the purpose of to make a more detailed study in order to complement it. For an environmental analysis, energy indicators were applied and they presented themselves as viable evaluators of environmental impact, which was presented as the lower rate of pollution to the plant that showed the greatest efficiency in the use of bagasse as an energy input.

Orientador: Maria Alvina Krahenbuhl / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-12T02:24:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ultchak_FlavianaSalles_M.pdf: 2164181 bytes, checksum: f1468bdd0cb3489326bd20f27ce9101c (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Dados de equilíbrio de fases são úteis no projeto e otimização de processos que envolvem separação de fases, como destilação e extração. Malonatos são substâncias orgânicas que atuam como importantes intermediários em várias reações, como na produção de tintas, fármacos, pesticidas e aromas. Mesmo assim, as propriedades físicas dos malonatos são escassas na literatura. Este trabalho tem como objetivo obter as curvas de equilíbrio líquido-vapor isobáricas para três sistemas: dimetilmalonato/n-butanol a 100 e 20OmmHg, dietilmalonato/n-butanol a 200mmHg. Foi utilizado um ebuliômetro de recirculação de fases, da marca comercial "Normag". As concentrações das fases líquidas e vapor foram obtidas por cromatografia gasosa. Observou-se que ocorria uma reação química durante os experimentos, mas que não impediu o desenvolvimento do trabalho. A consistência termodinâmica foi testada pelo método de van Ness-Fredenslund (1977) e os parâmetros de interação binária do coeficiente de atividade para os modelos Wilson, UNIQUAC e NRTL foram estimados pelo método da máxima verossimilhança de acordo com Stragevitch (1997). Apesar da reação química, os dados obtidos são consistentes de acordo com os critérios adotados, mas observou-se que com o aumento da ftação molar do malonato presente, a partir de 0,5, a qualidade dos dados foi prejudicada pela reação química / Abstract: Phase equilibrium data are useful in the project and optimization of process that inc1udes phases separation, such as distillation and extraction. Malonates are organic substances that participate as an important intennediate in production reactions, like as ink, pharmaceuticals, pesticides and ftagrances. However their properties are rare in scientific literature. In this work the isobaric curves ofvapor-liquid equilibrium were measured for three systems: (I) dimethyl malonate+l-butanol at 100 mmHg, (2) dimethyl malonate+l-butanol at 200 mmHg and (3) diethyl malonate+l-butanol at 200 mmHg. Each system was measured by means of an ebuliometer with phase circulation (NORMAG). The liquid and vapor phase concentration was obtained by gaseous chromatography. A chemical reaction was verified during the experiments, but it didn't impede the work development. The thermodynamic consistency of the data was tested using the van Ness-Fredenslund method (1977) and the binary interaction parameters ofthe activity coefficient for the WILSON, UNIQUAC and NRTL models were calculated by the Maximum Likelihood Method in agreement with Stragevitch (1997). However a reaction inside of the equipment occurred during the experimental measurements, the results were considered consistent in agreement with the adopted rules in this work, but was verified that the data quality was impaired by chemical reaction with the increase ofmolar ftaction ofthe malonate, after 0,5 / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: José de Alencar Simoni / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-25T19:40:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Martins_JoseRobertoSerra_M.pdf: 2469226 bytes, checksum: cd14cc6ad348a55b155eac21db7817f4 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Experimentos interdisciplinares constituem importante instrumento de ensino/aprendizagem. Partindo-se de um roteiro estruturado, realizou-se uma série de ensaios com o Lançador Termodinâmico de Projéteis (LTP). Os resultados dos ensaios realizados sugeriram a necessidade de se transformar a experimentação em experienciação, de roteiro semi-estruturado. Esta mudança poderia levar os estudantes a construir/compreender o conceito basilar de energia, os processos de transferência e as perdas de energia ocorridas durante os ensaios, tomando por base os princípios termoquímicos e termodinâmicos e estudando-os de modo integrado. Realizando atividades no contra-período com os alunos, logo se percebeu a dificuldade destes em entender certos aspectos do procedimento semi-estruturado, o que nos levou a iniciar o processo de experienciação com uma aula teórica sobre máquinas térmicas e outros aspectos relevantes da História das Ciências. Visando determinar se o processo de experienciação e a aula ministrada exerciam alguma influência sobre o processo de ensino/aprendizagem, dividiu-se uma classe em três grupos: o primeiro grupo (G1) ¿ de controle ¿ não participou da experienciação nem da aula, respondendo à questão relativa ao assunto na avaliação bimestral dissertativa obrigatória a partir de saberes obtidos durante as aulas regulares; o segundo grupo (G2) que, de todo o processo, apenas não participou da aula teórica e o terceiro grupo (G3) que cumpriu todas as etapas do processo. Constatou-se que a aula teórica e a mudança do tipo de roteiro propiciaram a ampliação dos elementos de cognição, constituindo-se, assim, em fatores facilitadores para a aprendizagem, o que pode ser sugerido pelo desempenho médio dos alunos de cada grupo / Abstract: Interdisciplinary experiments are an important tool for teaching / learning. Beginning with a structured script, we carried out a series of tests with Projectile Launcher Thermodynamic (LTP). The results of the tests suggested the need to turn the trial into experiencing, semi-structured script. This could lead students to build / understand the basic concept of energy transfer processes and energy losses occurring during the tests, based on thermochemical and thermodynamic principles and studying them in an integrated manner. Performing activities in counter-period with students soon realized the difficulty in understanding certain aspects of these semi-structured procedure, which led us to begin the process of experiencing with a lecture on heat engines and other relevant aspects of the history of Sciences. To determine whether the process of experiencing and classroom instruction exerted some influence on the process of teaching / learning, a class was divided into three groups: the first group (G1) - control - did not participate in class or experiencing, responding to matter relating to the subject in compulsory Essay bimonthly review from knowledge obtained during regular classes; the second group (G2) that the whole process, not only attended the lecture and the third group (G3) who fulfilled all stages of the process. It was noted that the theoretical class and change the type of script enabled the expansion of the elements of cognition, constituting thus on factors that facilitate learning, which may be suggested by the average performance of students in each group / Mestrado / Físico-Química / Mestre em Química

Orientador: Maria Alvina Krähenbühl / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-25T22:39:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Batista_MatheusMaciel_D.pdf: 6291864 bytes, checksum: b2aef4c09ed3d6ce4ce6e0de8c505d7d (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A busca por combustíveis alternativos vem ganhando destaque nas últimas décadas. A substituição de combustíveis fósseis tem sido impulsionada por fatores ambientais, econômicos e sociais, uma vez que toda a sociedade depende de seu uso. Neste contexto, uma alternativa que tem se destacado é o do biodiesel. O biodiesel representa uma alternativa renovável, biodegradável, não inflamável e de baixa toxicidade para o diesel. Os parâmetros de solubilidade tridimensional definidos por Hansen são baseados em forças de dispersão entre as unidades estruturais, interações entre os grupos polares e de ligação de hidrogênio. Estes parâmetros de solubilidade são propriedades importantes de várias substâncias e ferramentas muito úteis para a seleção de seus solventes ou a previsão de seu comportamento em diferentes aplicações. A sua concepção e avaliação baseia-se na regra básica de "similaridade" para solubilidade. Neste trabalho foram determinados os parâmetros de solubilidade de Hansen (?D, ?P e ?H) e raio da esfera de solubilidade do soluto (R0) para os óleos de soja, fritura, palma, coco e mamona; para os biodieseis provenientes desses óleos, diesel e blendas biodiesel-diesel (B10 e B20), usando 45 solventes e misturas de solventes. Os valores dos parâmetros de solubilidade obtidos para os óleos de soja e fritura foram idênticos e similares àqueles obtidos para os óleos de coco e palma. O óleo de mamona apresentou maiores valores ?P e ?H, devido à presença de uma hidroxila em sua estrutura carbônica. O mesmo comportamento foi observado para os biodieseis, ou seja, biodieseis de soja e fritura, com parâmetros de solubilidade idênticos, e similares aos biodieseis de palma e coco; o biodiesel de mamona exibindo valores de ?P e ?H mais elevados entre os biocombustíveis produzidos. Os parâmetros de solubilidade de Hansen de quatro biocombustíveis (soja, palma, coco e mamona) foram obtidos a partir dos valores da média dos parâmetros de solubilidade dos ésteres graxos metílicos, proveniente de cada óleo vegetal, utilizando os métodos de contribuição de grupos. Posteriormente, as solubilidades dos biocombustíveis foram preditas usando abordagens de van Krevelen, Greenhalgh e Bagley. O óleo diesel apresentou menores valores de ?D, ?P e ?H se comparado com os valores obtidos para os biodieseis. Os valores dos parâmetros de solubilidade do diesel, B10 e B20 foram semelhantes, aumentando os valores de acordo com a quantidade (em volume) de biodiesel adicionado ao combustível diesel / Abstract: The search for alternative fuels has been gaining attention in recent decades. The replacement of fossil fuels has been driven by environmental, economic and social factors, since the whole of society is dependent on their usage. In this context, one alternative that has been highlighted is that of biodiesel. Biodiesel represents a renewable, biodegradable, non-inflammable and low toxicity alternative to diesel. The three dimensional solubility parameters defined by Hansen are based on dispersion forces between structural units, interaction between polar groups and hydrogen bonding. These solubility parameters are important properties of the various substances and very useful tools in the selection of their solvents or the prediction of their behavior in different applications. Their design and evaluation are based on the basic rule of "similarity" for solubility. In this work the Hansen solubility parameters (?D, ?P and ?H) and the radii of the solubility spheres of the solutes (R0) were determined for soybean, frying, palm, coconut and castor oils, for the biodiesels obtained from these oils and diesel and the biodiesel-diesel blends (B10 and B20), using 45 solvents and solvent mixtures. The values obtained for the solubility parameters of the soybean and frying oils were identical and similar to those obtained for the coconut and palm oils. Castor oil showed higher ?P and ?H values due to the presence of a hydroxyl in its carbon structure. The same behavior was observed for the biodiesels, i.e. identical solubility parameters for the soybean and frying biodiesels which were similar to the palm and coconut biodiesels, the castor biodiesel showing the highest values for ?P and ?H of the biofuels produced. The Hansen solubility parameters for four biofuels (soybean, palm, coconut and castor) were obtained from the values of the average solubility parameter for the fatty acid methyl esters derived from any vegetable oil, using the group contribution methods. Subsequently, the values for the solubility of the biofuels were predicted using the van Krevelen, Greenhalgh, and Bagley approaches. Diesel presented lower values for ?D, ?P and ?H when compared to the values obtained for the biodiesels. The values of the solubility parameters of diesel, B10 and B20 were similar, the values increasing according to the amount (by volume) of biodiesel added to the diesel fuel / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Marco Aurélio Cremasco / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-26T01:42:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ferrari_WilsonMuriloCorreadaSilva_M.pdf: 1651565 bytes, checksum: 0f832d37a7639460ca0f629ffdc222f7 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: O ácido (RS)-2-(4-(2-metilpropil)fenil)propanoico, conhecido como ibuprofeno, é um importante fármaco anti-inflamatório não esteroidal, também notório por suas propriedades analgésicas e antipiréticas. A droga é comercializada em sua forma racêmica, no entanto em alguns países é empregado apenas o S-(+)-ibuprofeno que detém o princípio ativo. Além disso, o R-(-)-ibuprofeno provoca toxicidade devido à formação de triglicerídeos híbridos no organismo humano. Substâncias que desempenham funções biológicas no corpo necessitam de métodos eficazes de separação e purificação. Os métodos cromatográficos se apresentam como uma alternativa para obter as formas isoladas de enantiômeros com elevado grau de pureza. No presente trabalho, estudou-se estabelecer condições necessárias para a separação eficaz em escala analítica por meio da abordagem termodinâmica do fenômeno. A separação foi realizada com o método direto empregando uma coluna quiral recheada com sílica recoberta por tris (3,5-dimetilfenilcarbamato) de celulose. A fase móvel composta por n-hexano e isopropanol na proporção 99/1 foi definida com base nos parâmetros cromatográficos seletividade e resolução. O aditivo ácido trifluoracético também foi utilizado na fase móvel para melhorar a definição dos picos cromatográficos. Após a determinação das fases estacionária e móvel, iniciou-se a caracterização da adsorção envolvida na separação. A ordem de eluição dos enantiômero foi verificada por dicroísmo circular e polarimetria, desta forma constatou-se que o S-(+)-ibuprofeno é o composto mais retido. A porosidade total foi determinada com o método do primeiro momento utilizando o 1,3,5-tri-terc-butilbenzeno, um composto pequeno o suficiente para se difundir tanto entre as partículas do leito quanto em seus interstícios. O valor obtido foi de 0,647. A abordagem do primeiro momento do pulso cromatográfico também possibilitou a determinação da constante de equilíbrio de adsorção para cinco temperaturas entre 15 °C e 35 °C. Neste estudo utilizou-se a porosidade total e o comprimento do leito como parâmetros do método para realizar a linearização do tempo de retenção versus o inverso velocidade da fase móvel. Por fim, os parâmetros entálpicos e entrópicos de adsorção foram calculados por meio da abordagem cromatográfico da equação de van¿t Hoff. Este equacionamento possibilitou definir o fenômeno como endotérmico, no qual ocorreu adsorção física. O composto mais retido apresentou valor de 8,76 kJ mol-1 para a variação de entalpia, enquanto o R-(-)-ibuprofeno 7,21 kJ mol-1. A temperatura isoenantiosseletiva calculada foi 237,38 K / Abstract: The (RS)-2-(4-(2-methylpropyl)phenyl) propanoic acid, known as ibuprofen, is an important non-steroidal anti-inflammatory drug, notorious for its analgesic and antipyretic properties. The drug is commercialized in its racemic form. However in some countries only the S-(+)-ibuprofen is used, which it is the active isomer. Since the R-(-)-ibuprofen is toxic due to forms hybrid triglycerides in the human body. Substances with biological functions in the body must undergo effective methods of separation and purification. Chromatographic methods are an alternative for the separation of enantiomers with high purity. In the present study the necessary conditions for effective separation in analytical scale by means of thermodynamic approach of the phenomenon was studies. The separation was carried out employing a chiral column packed with silica coated with cellulose tris (3,5-dimethylphenylcarbamate). The mobile phase consisting of n-hexane and isopropanol in ratio 99/1 was defined on the basis in chromatographic parameters as selectivity and resolution. The trifluoroacetic acid additive also was used on the mobile phase to improve the resolution of the chromatographic peaks. After the determination of stationary and mobile phases, the characterization the adsorption involved in the separation was studies. The order of elution of the enantiomers was checked by circular dichroism and polarimetry. It was observed that the S-(+)-ibuprofen is the most retained compound. The total porosity was determined by first moment using 1,3,5-tri-tert-butylbenzene. This molecule is small enough to diffuse through the bed particles, but also the between the particles interstices. The value obtained was 0,647. The approach of first moment of the chromatographic pulse also allowed the determination of the adsorption equilibrium constant for five temperatures between 15 °C and 35 °C. In this study, the bed void and bed length were used as input parameters in the perform linearization of retention time versus the mobile phase inverse velocity. Finally, the enthalpy and entropy of adsorption were calculated by means of chromatographic approach usual the van't Hoff equation. The adsorptions of enantiomers were endothermic. Both molecules adsorbed physically. The enthalpy of the most retained compound was 8,76 kJ mol-1 and 7,21 kJ mol-1 for R-(-)-ibuprofeno. The enantioselective temperature was 237,38 K / Mestrado / Engenharia de Processos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Eduardo Augusto Caldas Batista / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-23T08:11:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Basso_RodrigoCorrea_D.pdf: 1825743 bytes, checksum: d974878d6fa879e716be9205980e326d (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Uma vez que a decantação é comumente usada na purificação do biodiesel, o conhecimento da distribuição dos componentes entre as duas fases líquidas formadas, dado pelo equilíbrio líquido-líquido (ELL), faz-se necessário. O comportamento deste biocombustível em motores e o dimensionamento de equipamentos para sua produção são dependentes de suas propriedades físicas. As informações referentes ao ELL e as propriedades físicas dos biodieseis etílicos são insuficientes na literatura científica, a despeito de sua importância como combustível completamente biorenovável. Deste modo, os objetivos do presente trabalho foram obter dados experimentais e modelar o ELL de sistemas contendo etanol + biodiesel etilíco + água ou glicerol; simular as etapas de decantação na purificação dos biodieseis; obter dados experimentais e estudar o comportamento da densidade, da viscosidade e do perfil térmico de biodieseis etílicos; desenvolver um modelo para o cálculo da viscosidade de ésteres etílicos e sistematizar uma metodologia preditiva para o cálculo das densidades de biodieseis. Os resultados mostraram que a temperatura teve pouco efeito no ELL de sistemas contendo glicerol + etanol + biodiesel etilíco de óleo de crambe. Os modelos NRTL e UNIQUAC descreveram o ELL dos sistemas com desvios globais menores que 1,22% e 1,07% para os sistemas contendo, respectivamente, água e glicerol. UNIFAC e UNIFAC-Dortmund apresentaram uma inadequada capacidade preditiva, com desvios globais maiores que 1,9% e 2,27% para os sistemas contendo, respectivamente, água e glicerol. A remoção parcial do etanol de sistemas contendo etanol + biodiesel etílico + glicerol reduziu o teor de glicerol na fase rica em biodiesel a concentrações inferiores ao mínimo requerido pelos padrões de qualidade do biodiesel. Usando um decantador para a separação do glicerol e dois conjuntos misturador/separador em contracorrente na lavagem do biodiesel, a quantidade de água requerida para a remoção de etanol e glicerol foi aproximadamente 1/4 da massa do biodiesel a ser purificado, e 1/8 da quantidade de água usada com um único conjunto misturador/separador. Os biodieseis de óleo de crambe e de óleo de coco tiveram, respectivamente, as maiores e as menores viscosidades, e o biodiesel de óleo de macauba teve o maior ponto de fusão entre os biodieseis analisados. A sistematização da metodologia predita para o cálculo de densidade resultou em desvios relativos menores que 0,89% e o modelo desenvolvido para o cálculo da viscosidade de ésteres etílicos resultou em desvios relativos médios menores que 14,73% / Abstract: Since settling is commonly used in the biodiesel purification, the knowledge of the component distribution between both liquid phases, given by the liquid-liquid equilibrium (LLE), is required. The biodiesel behavior in engines and the equipment design for its synthesis process are dependent on physical properties of this biofuel. Despite its importance as a completely renewable biofuel, experimental data in the scientific literature about LLE and physical properties of biodiesel produced by ethanolysis are scarce. Because of this, the aims of the present work were to obtain and to model LLE experimental data of systems containing ethanol + ethyl biodiesel + water or glycerol; to simulate the settling in the biodiesel purification; to determine experimental data and to evaluate the behavior of density, viscosity and thermal profile of ethyl biodiesels; to develop a new model for calculation of ethyl ester viscosity and to present a systematized methodology for biodiesel density calculation. The results showed little temperature effect on the LLE of the systems containing glycerol + ethanol + ethyl biodiesel from crambe oil. NRTL and UNIQUAC models described the LLE of the systems with overall deviations lower than 1.22% and 1.07%, for the systems containing, respectively, water and glycerol. UNIFAC and UNIFAC-Dortmund showed poor predictive capacity, with overall deviations higher than 1.9% and 2.27% for the systems containing, respectively, water and glycerol. Partial removal of ethanol from the systems containing ethanol + ethyl biodiesel + glycerol decreases the glycerol content in the biodiesel-rich phase to lower content than that required by biodiesel standard. Using a settler for glycerol separation and two sets mixer/settler in countercurrent for biodiesel water washing, the water content required for ethanol and glycerol removal was about 1/4 of the mass of biodiesel previous to settling, and 1/8 of the water content required for the biodiesel purification using only a single set mixer/settler. The biodiesels from crambe and coconut oil showed, respectively, the highest and the lowest viscosities, and the biodiesel from macauba pulp oil showed the highest melting point among the studied biodiesels. The systematized methodology resulted in relative deviations lower than 0.89% for the densities, and the developed model for the viscosity calculation showed relative deviations lower than 14.73% / Doutorado / Engenharia de Alimentos / Doutor em Engenharia de Alimentos

Orientador: José Vicente Hallak d'Angelo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-23T08:54:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Araujo_HugoValenca_M.pdf: 2457535 bytes, checksum: cf5a800ee51a5605b7d2cd69248ef52c (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A refrigeração e o condicionamento de ar representam um campo tecnológico em potencial para a adoção de medidas de economia de eletricidade. Nesse sentido, Sistemas de Refrigeração por Absorção (SRAs) figuram como uma opção interessante por serem adequados à produção de frio mediante um gasto significativamente menor de energia elétrica em comparação a Sistemas de Refrigeração por Compressão Mecânica (SRCMs) de vapor. Com a finalidade de gerar o efeito de refrigeração, o SRCM realiza uma compressão mecânica de vapor à custa do consumo de trabalho elétrico em um compressor; em contrapartida, a compressão no SRA é de natureza termofísica/química e promovida por energia térmica. No segmento de açúcar e álcool brasileiro, a etapa determinante da produção de etanol a partir da cana consiste na fermentação alcoólica do mosto em dornas. Tal etapa é exotérmica e, uma vez que a elevação descontrolada da temperatura desfavorece a produção de álcool, há a necessidade de remover o calor gerado por meio do resfriamento do meio em fermentação. Dessa forma, o objetivo geral do presente trabalho foi simular e analisar o desempenho termodinâmico (energético, COP, e exergético, ?ex) de SRAs com diferentes configurações, trabalhando com o par água/brometo de lítio (H2O/LiBr) e que satisfaçam a carga de refrigeração demandada por um processo fermentativo. Adicionalmente, um dos objetivos específicos foi investigar o risco de ocorrência da cristalização do LiBr, a qual resulta em depósitos, com o auxílio da curva de equilíbrio sólido-líquido (solubilidade) do par H2O/LiBr. As análises dos efeitos de variáveis de projeto e operação (realizadas no software Engineering Equation Solver - EES) demonstraram que os valores de COP das configurações de SRAs de duplo efeito são significativamente maiores do que aquele da configuração de simples efeito; no entanto, as eficiências exergéticas de todas as configurações são equiparáveis, o que pode ser atribuído à quantidade e à qualidade da energia térmica consumida nos respectivos geradores de primeiro efeito. Baixos desempenhos de Segunda Lei são devidos principalmente ao absorvedor, pois esse equipamento apresenta os maiores defeitos de eficiência em todos os SRAs estudados. Adicionalmente, avaliou-se a dependência do desempenho termodinâmico quanto às efetividades de trocadores de calor intermediários, a diferenças de pressão operacional e à cessão direta de calor externo a geradores de segundo efeito. Entre outros resultados, observou-se a existência de máximos do COP e da ?ex em função da temperatura no gerador de primeiro efeito. No que se refere à possibilidade de precipitação do LiBr, verificou-se menor iminência no SRA de duplo efeito com fluxo em paralelo. Em particular, observou-se que aumentos excessivos da temperatura no gerador de primeiro efeito, além de não favorecerem o desempenho termodinâmico, tornam o risco de cristalização do LiBr mais significativo / Abstract: Refrigeration and air conditioning represent a potential technological field for the adoption of measures to save electricity. In this way, Absorption Refrigeration Systems (ARSs) are an interesting option because they are suitable for the production of cold utilities with a significantly lower cost of electric power compared to Mechanical Compression Refrigeration Systems (MCRSs). In order to generate the cooling effect, the MCRS performs a mechanical vapor compression at the expense of the consumption of electrical work in a compressor. On the other side, the nature of the compression in ARSs is thermo physical/chemical and this process is promoted by thermal energy. In the Brazilian sugar and ethanol industry, the main stage of ethanol production from sugarcane is the alcoholic fermentation in vats. This stage is exothermic and since the uncontrolled elevation of temperature results in disadvantages to the ethanol production, it is necessary to remove the heat generated by the cooling of the fermentation medium. Thus, the general objective of this study was to simulate and analyze the thermodynamic performance (energy, COP, and exergy, ?ex) of ARSs with different configurations, working with the water/lithium bromide (H2O/LiBr) mixture, and satisfying the cooling load demanded by a fermentation process. Additionally, one of the specific objectives was to investigate the risk of LiBr crystallization, resulting in deposits, with the aid of the solid-liquid equilibrium (solubility) curve of the H2O/LiBr mixture. Analyses of the effects of design and operating variables (executed in the software Engineering Equation Solver - EES) have shown that the values of COP of the double effect configurations are significantly greater than that of the simple effect configuration; however, the exergetic efficiencies of all configurations are comparable, which can be attributed to the quantity and the quality of the energy consumed in the respective first effect generators. Low Second Law performances are mainly due to the absorber because this equipment has the highest efficiency defects in all ARSs studied. Additionally, it was evaluated the dependence of the thermodynamic performance regarding to the effectivenesses of intermediate heat exchangers, the differences in operating pressures and the direct supply of external heat to second effect generators. Among other findings, it was observed the existence of maximums of COP and ?ex as functions of the temperature in the first effect generator. With regard to the possibility of LiBr precipitation, it was verified lower imminence in the double effect ARS with parallel flow. In particular, it was observed that excessive rises in the temperature in the first effect generator, besides not favor the thermodynamic performance, makes the risk of LiBr crystallization more significant / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Janito Vaqueiro Ferreira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-23T13:13:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bosso_AndreLuizAparecido_M.pdf: 7894502 bytes, checksum: 2052586d161cac58f608acb2945fbd48 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Este trabalho tem como objetivo principal desenvolver um sistema alternativo para impulsionar o pistão em um motor de combustão interna que aciona um gerador de energia elétrica operando a uma rotação fixa. O sistema biela-manivela é substituído por um sistema eixo-cremalheira-engrenagem, que é capaz de realizar a inversão de movimento do pistão no ponto morto superior e no ponto morto inferior, sem que ocorra uma inversão de velocidade instantânea nesses pontos. Para garantir a eficiência desse sistema, análises cinemática e dinâmica são realizadas utilizando a modelagem de múltiplos corpos rígidos e a modelagem geométrica. Uma análise termodinâmica é realizada com o auxílio de um modelo de simulação computacional desenvolvido para um motor de combustão interna, com ignição por centelha e movido a etanol. O programa inclui a combustão com duração finita, transferência de calor instantânea e processos de admissão e escape, porém não considera o equilíbrio químico e a dissociação. Com os resultados obtidos é possível construir as curvas características do motor estudado e determinar sua melhor rotação de operação / Abstract: The main focus of this work is to develop an alternative system to drive the piston in an internal combustion engine which drives an electric power generator operating at a fixed speed. The connecting rod-crankshaft system is replaced by an axle-rack-gear system that is capable of performing the inversion of the piston movement in the top and the bottom dead center, without occurring an inversion of the instantaneous velocity in these points. In order to ensure the efficiency of this system, kinematic and dynamic analyzes are performed using rigid body and geometric modeling. A thermodynamic analysis is performed using a computer simulation model developed for a conventional ethanol-powered internal combustion engine with spark ignition. The program includes combustion with finite duration, instantaneous heat transfer and intake and exhaust processes, but does not consider the chemical equilibrium and dissociation. With the results it is possible to obtain the typical curves of the engine studied and determine its best operating speed / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Marco Aurélio Cremasco / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-23T11:02:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moreira_JeanVinicius_M.pdf: 3509735 bytes, checksum: 14df3cf30ed160fd0f79db993d4a1a65 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O piperonal (ou heliotropina) apresenta aplicações industriais no ramo de cosméticos como fixador de fragrâncias, além de ser matéria prima para componentes de maior valor agregado, como a piperina que é empregada como antiiflamatorio; a vanila que tem aplicações antioxidantes; o pirebidil e a L-dopa que são agentes anti Parkinson. A síntese do piperonal, a partir do óleo essencial da pimenta longa (Piper hispidinervum C. DC), não gera um produto 100 % puro, dessa forma vê-se a importância de estudar uma maneira de separar o piperonal dos demais compostos, safrol, isosafrol e terpinoleno, também presentes no produto final da síntese. Dentre os métodos de purificação há a cromatografia líquida de alta eficiência, que ao longo do tempo mostrou-se eficaz na purificação e separação de diversos compostos. O método de separação baseada em cromatografia líquida de alta eficiência depende de diversos fatores, tais como a escolha da fase estacionária e da fase móvel, bem como estudos preliminares para a posterior implementação das variáveis definidas em uma escala semi preparativa ou preparativa. Na presente Dissertação a fase estacionária utilizada foi à sílica C18 e a fase móvel uma mistura binária 70/30 (v/v) de etanol e água. A escolha da fase móvel binária deveu-se aos bons resultados de resolução obtidos entre o componente de interesse, o piperonal, e o safrol, isosafrol e terpinoleno. A resolução alcançada para o piperonal com relação aos demais componentes, safrol e isosafrol foi de 2,986 e para o terpinoleno 6,900, a literatura relata que valores acima de 1,5 representam uma completa separação. A estimativa de parâmetros chave para a coluna, como a porosidade da partícula e a fração de vazios do leito, foram obtidas por meio do método dos momentos e as isotermas de adsorção por análise frontal. As isotermas foram determinadas entre 20 e 35 ºC, com passo de 5 ºC, apresentaram uma configuração linear. De posse das isotermas, foi possível estimar os valores das constantes modificadas de Henry e as grandezas termodinâmicas ?G, ?H e ?S para o sistema, por meio do gráfico de van't Hoff. Os valores de entalpia apontam que o piperonal é o composto menos retido, pois apresenta uma entalpia igual a -1,134 KJ mol-1, o maior valor se comparado com os obtidos para o safrol, isosafrol e terpinoleno, o que demonstra a baixa interação com a fase estacionária, e consequentemente um baixo tempo de retenção do composto na coluna. Esse efeito foi comprovado com os resultados obtidos para a entropia, o piperonal foi o composto que apresentou o maior valor (6,812 J mol K-1). Ao passo que o terpinoleno apresentou um valor igual a -6,485 J mol K-1. Estes valores descrevem que a retenção do piperonal é menor se comparada com a retenção do terpinoleno. Essas distinções proporcionaram a separação entre os compostos / Abstract: Piperonal (or heliotropine) presents industrial applications in the field of cosmetics as fragrance fixative, besides being the raw material for value-added components such as piperine which is employed as anti-inflammatory, vanilla which has antioxidants applications, pirebidil and L -dopa which are anti Parkinson's disease. The synthesis of piperonal, from the Piper hispidinervum C. DC, does not generate 100% pure product, that way we can see the importance of studying a way to purify piperonal from the others compounds, safrole, isosafrole and terpinoleno, also presente in the final product of the synthesis. A method to be studied is high performance liquid chromatography, which has been proved as an effective in the purification and separation of various compounds. The separation method based on high performance liquid chromatography depends on several factors, such as the choice of stationary phase and mobile phase, as well as preliminary studies for further implementation of the defined variables in a semi-preparative or preparative scale. In the present study silica gel C18 was used as stationary phase and mobile phase was a binary mixture 70/30 (v / v) ethanol and water, respectively. The choice of the binary mobile phase was due to the good results of resolution between the component of interest, piperonal, and others; safrole, isosafrole and terpinolene. The resolution achieved for piperonal in relation to other components, safrole and isosafrole was 2.986 and 6.900 for terpinoleno. The literature reports that values above 1.5 represent a complete separation. The estimation of key parameters for the column, such as the porosity of the particle and the bed porosity were obtained by the moment method and adsorption isotherms by frontal analysis. The isotherms determined between 20 and 35 º C, with steps of 5 º C showed a linear configuration. With the isotherms in hands, it was possible to estimate the values of the Henry constants and the thermodynamics parameters for the system through the van't Hoff graphical. The enthalpy values point out that piperonal is the less retained compound, because it shows an enthalpy value equal to -1.134 KJ mol-1, the greater value if we compare to the safrol, isosafrol and terpinoleno values, this value demonstrate low interaction with the stationary phase and, consequently, a low retention time of the compound in the column. This effect was proved by the entropy values, piperonal showed the greater entropy (6.812 J mol K-1). The terpinoleno showed a value equal to -6.485 J mol K-1. These values describe that piperonal retention is smaller if we compare to terpinoleno retention. This difference makes possible the separation between the compounds / Mestrado / Engenharia de Processos / Mestre em Engenharia Química

Orientadores: Antonio José de Almeida Meirelles, Jürgen Gmehling / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-23T15:44:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Belting_PatriciaCastro_D.pdf: 4041052 bytes, checksum: 985b093f692b3bc9a1072474787582f8 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Propriedades termodinâmicas são úteis para a realização de projetos confiáveis, otimização e modelagem de processos que envolvam separação térmica e para a seleção de solventes usados em processos de extração. Tais propriedades são também necessárias no desenvolvimento de novos modelos termodinâmicos e no ajuste de parâmetros de modelos preditivos. Este trabalho de tese teve como objetivo principal ampliar o banco de dados de propriedades termodinâmicas para compostos graxos através da determinação sistemática do coeficiente de atividade à diluição infinita ( ), entalpia de excesso ( ) e dados de equilíbrio líquido-vapor (ELV) de sistemas contendo ácidos graxos e óleos vegetais. A primeira parte deste trabalho apresenta os dados de para vários solutos orgânicos diluídos em ácidos graxos saturados e insaturados, medidos pelo método de cromatografia gás-líquido na faixa de temperatura entre 303,13 K e 368,19 K. Através dos resultados obtidos, puderam ser identificadas diferentes tendências para compostos polares e não polares, tanto na série de ácidos graxos como também em relação à temperatura. Foi verificado que tanto a presença quanto o número de insaturações na cadeia carbônica do ácido graxo têm influência nas interações solvente-soluto e, consequentemente, nos valores de . A segunda parte deste trabalho tratou de medidas realizadas em sistemas contendo óleos vegetais refinados. Os óleos de soja, girassol e canola foram submetidos a determinações de , e ELV. As medidas de para n-hexano, metanol e etanol diluídos nos óleos vegetais foram determinadas pela técnica do Dilutor na faixa de temperatura entre 313,15 K e 353,15 K. Os dados experimentais obtidos foram comparados com os resultados gerados pelos métodos UNIFAC original e modificado (Dortmund) e para este último modelo, foi proposta uma extensão para os triacilgliceróis. Os dados de foram medidos para 11 misturas contendo solventes e os óleos vegetais relacionados anteriormente na faixa de temperatura de 298,15 K a 383,15 K. Todos os sistemas investigados apresentaram desvio em relação ao comportamento ideal e os valores de apresentaram-se, na maioria, positivos. Dados isotérmicos de ELV foram medidos para misturas entre os mesmos óleos vegetais e metanol, etanol e n-hexano a 348,15 K e 373,15 K através de um método estático. Para misturas com n-hexano, foi observado desvio negativo da lei de Raoult e um comportamento homogêneo, enquanto que as misturas com álcool apresentaram desvio positivo da idealidade e imiscibilidade. Os dados experimentais de ELV foram representados satisfatoriamente pelo modelo UNIQUAC, enquanto que os modelos UNIFAC modificado (Dortmund) e sua extensão proposta para triacilgliceróis foram capazes de predizer os sistemas apenas de forma qualitativa. Finalmente, dados isobáricos de ELV foram medidos para misturas com etanol + óleo de soja a 101,3 kPa e n-hexano + óleo de algodão a 41,3 kPa utilizando o ebuliômetro de Othmer modificado. Os resultados da correlação UNIQUAC também apresentaram boa concordância com os dados experimentais. Este trabalho resultou em um total de 1829 novos dados que irão expandir o banco de dados disponível para compostos graxos, permitindo uma descrição mais precisa do comportamento real de sistemas contendo tais substâncias / Abstract: Thermodynamic properties are useful for the reliable design, optimization and modelling of thermal separation processes as well as for the selection of solvents used in extraction processes. They are also required for the development of new thermodynamic models and for the adjustment of reliable model parameters. In order to improve the thermodynamic properties data bank of fatty compounds, the systematic determination of activity Coefficients at infinite dilution ( ), excess enthalpies ( ) and vapor-liquid equilibria (VLE) data of systems containing fatty acids and vegetable oils was performed. The first part of this work presents data for several organic solutes dissolved in saturated and unsaturated fatty acids measured by gas-liquid chromatography at temperatures from 303.13 K to 368.19 K and the comparison to available literature data. Different trends for polar and non-polar compounds could be identified both in the series of fatty acids and as function of temperature. It appears that both the presence and the number of cis double bonds in the fatty acid alkyl chain have influence on the solvent-solute interactions and hence on the values of . The second part of this work deals with measurements performed on systems with refined vegetable oils. Soybean, sunflower and rapeseed oils were submitted to measures of , , and VLE. The measurements of for n-hexane, methanol and ethanol dissolved in these vegetable oils were determined by gas stripping method (dilutor technique) in the temperature range of 313.15 K to 353.15 K. The experimental data were compared with the results of the group contribution methods original UNIFAC and modified UNIFAC (Dortmund) and an extension of the latter method to triacylglycerols was proposed. The data were measured for eleven mixtures containing solvents (organic and water) and the prior mentioned vegetable oils in the temperature range from 298.15 K to 383.15 K. All systems investigated showed deviation from the ideal behavior and their experimental data are mostly positive. Isothermal VLE data have been measured for methanol, ethanol, and n-hexane with the same vegetable oils at 348.15 K and 373.15 K using a computer-driven static apparatus. For mixtures with n-hexane it was observed a negative deviation from Raoult¿s law and a homogeneous behavior, while mixtures with alcohols had a positive deviation from ideal behavior and, in some cases, with miscibility gap. The experimental VLE data were satisfactorily represented by the UNIQUAC model, while the mod. UNIFAC (Dortmund) method and its proposed extension for triacylglicerols were capable of predicting the experimental data only in a qualitative way. Finally, isobaric VLE data were measured for mixtures of ethanol with refined soybean oil at 101.3 kPa and for n-hexane and cottonseed oil at 41.3 kPa using a modified Othmer-type ebulliometer. The results of the UNIQUAC correlation also showed good agreement with the experimental results. This work resulted in a total of 1829 new data that will expand the available fatty compounds data base, allowing a more accurate description of the real behavior of fatty systems / Doutorado / Engenharia de Alimentos / Doutora em Engenharia de Alimentos