Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Vision, the human being s favorite sense, and its great capacity to obtain, to process and to interpret great amount of visual nature data has been throughout the years a great inspiration for development of techniques and technological devices that reproduce it into a computational system. In welding processes, vision can supply information in inspection and welded joint s quality, in the parameters monitoring, in trajectory correction and even, finally, in the study of the phenomena involved in the process. However, the luminosity/radiation emitted from the weld arc represents a barrier for these studies based in the process visualization. One of the forms currently used to visualize the process, without the interference of the arc s light, consists of illuminating the process with the near infrared light and, using band pass (interference) filters, around this exactly wave length, during the acquisition of the images. A solution for the near infrared illumination, of increasing application, involves the use of laser diodes of high power, with low cost and less complex installation than conventional lasers. Therefore, the proposal of this work is the project, construction and assessment of a vision system for welding processes with low cost and high flexibility. It is based on characterization of the spectrum of the weld arc, definition of a drive topology for the laser diode within its limitations of use and maximizing the emitted luminous power, built of control circuits, selection of optics equipment and components and, finally, project and application of a prototype for visualization of different arc-welding processes. The electrical system was validated by computational simulations and experimental burnout and stress tests. The final assessment of the whole vision system was carried out during TIG and MIG/MAG welding. Although, during the welding, the system was not capable of overcome the arc radiation, it provides a homogenous illumination in synchronism with the camera, which represents the main limitation due to its large shutter. Eventually, it s suggested to employ the developed vision system for helping joint tracking. / A visão, o sentido predileto do ser humano, e sua grande capacidade de captar, processar e interpretar grandes quantidades de dados de natureza visual tem sido, ao longo dos anos, um grande estímulo para o desenvolvimento de técnicas e de dispositivos tecnológicos que a reproduzam um sistema computacional. Nos processos de soldagem, a visão pode fornecer dados desde na inspeção e qualidade da junta soldada, no monitoramento de parâmetros, na correção de trajetórias até, por fim, no estudo dos fenômenos envolvidos no processo. Porém, a radiação luminosa emitida pelo arco representa uma barreira para tais estudos baseados na visualização do processo. Uma das formas utilizadas atualmente para se obter a visualização do processo, sem a interferência do arco, consiste em iluminar o processo com o infravermelho próximo e utilizar filtros de interferência (passa-faixa), em torno deste mesmo comprimento de onda, durante a aquisição das imagens. Uma solução para a iluminação infravermelha, de aplicação crescente, envolve o uso de diodos laser de alta potência, com baixo custo e menor complexidade de instalação do que os lasers convencionais. Desta forma, a proposta deste trabalho foi a criação de um sistema de visão dos processos de soldagem a arco, de baixo custo e alta flexibilidade, indo desde a caracterização dos espectros de emissão luminosa do arco, passando pela criação de uma topologia de acionamento para o diodo de alta potência no infravermelho próximo, respeitando suas limitações de uso e maximizando a potência luminosa emitida, criação dos circuitos de controle, escolha dos equipamentos e componentes ópticos e, por fim, projeto e aplicação de um protótipo em processos de soldagens. O sistema elétrico foi validado por simulações computacionais e testes experimentais de burnout e de stress, e as limitações do sistema de visão, como um todo, foram encontradas através e sua aplicação com soldagens TIG e MIG/MAG. Nestes ensaios, embora não tenha sido capaz de sobrepor a luz do arco, o sistema desenvolvido proporcionou uma iluminação homogênea e em sincronia com a câmera, onde a principal limitação foi o grande tempo de exposição da câmera disponível. Sugere-se, ao final, utilizar o sistema na forma de um seguidor de juntas. / Mestre em Engenharia Mecânica

Made available in DSpace on 2015-05-14T13:21:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1844293 bytes, checksum: 0e84f52f0411baa501886d3c448e0d2f (MD5) Previous issue date: 2011-04-29 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This work evaluates the use of overtone regions (NIR) for the classification and determination of biodiesel content in diesel/biodiesel blends adulterated with vegetable oil. For this purpose, NIR spectra were obtained using three different optical paths: 1.0 mm (9000-4000 cm-1); 10 mm (9000-6300 cm-1) e 50 mm (7500-6300 cm-1). Principal Component Analysis (PCA) and Linear Discriminant Analysis (LDA) with the Successive Projections Algorithm (SPA) were employed to build screening models to identify adulteration of diesel/biodiesel blends with vegetable oils. The multivariate calibration models (Partial Least Square - PLS, Partial Least Square with significant regression coefficients selected by Jack-Knife algorithm - PLS/JK and Multiple Regression Linear with variable selection by Successive Projections Algorithm - MLR/SPA) were developed to determine the biodiesel content. The results showed that the overtone regions with the classification strategy LDA/SPA can be used in preliminary studies to detect adulteration of diesel/biodiesel blends with vegetable oil. This strategy showed positive results for classifying, with a correct classification rate of 86% for the optical paths of 10 mm and 50 mm. In addition, the work demonstrated the potential of overtone regions with MLR/SPA regression strategy to determine biodiesel content in diesel/biodiesel blends, in the range from 0.0% to 10.0%v/v, considering the possible presence of raw oil as a contaminant. This strategy is simple, fast and uses a fewer number of spectral variables. Considering this, the overtone regions can be usefull to develop low cost instruments for the quality control of diesel/biodiesel blends, considering the lower cost of optical components for this spectral region. / Neste trabalho foi avaliado o uso da região espectral de sobretons (NIR) para classificação e determinação do teor de biodiesel em misturas diesel/biodiesel adulteradas com óleo vegetal (in natura). Para tanto, foram utilizados espectros NIR registrados em diferentes caminhos ópticos: 1,0 (9000-4000 cm-1), 10 (9000-6300 cm-1) e 50 mm (7500-6300 cm-1). A Análise de Componentes Principais (PCA) e a Análise Discriminante Linear com seleção de variáveis pelo Algoritmo das Projeções Sucessivas (LDA/SPA) foram utilizadas na identificação de adulteração de misturas diesel/biodiesel com óleo vegetal. Os modelos de calibração multivariada (Regressão por Mínimos Quadrados Parciais - PLS, Regressão por Mínimos Quadrados Parciais com coeficientes de regressão selecionados pelo algoritmo Jack-Knife - PLS/JK e Regressão Linear Múltipla com seleção de variáveis pelo Algoritmo das Projeções Sucessivas - MLR/SPA) foram desenvolvidos para determinação do teor de biodiesel. Os resultados obtidos demonstraram que a região espectral de sobretons aliada à estratégia de classificação LDA/SPA pode ser utilizada em estudos preliminares para detecção de adulteração de misturas diesel/biodiesel por óleos vegetais in natura, visto que apresentou bons resultados de classificação, com índice de acerto de 86% para os caminhos ópticos de 10 mm e 50 mm. Além disso, foi demonstrada a aplicabilidade da região de sobretons associada à estratégia de regressão MLR/SPA para determinação do teor de biodiesel em misturas diesel/biodiesel na presença de óleos vegetais in natura, na faixa de 0,0 a 10,0% v/v. Tal estratégia é simples, rápida e utiliza poucas variáveis espectrais. Neste contexto, a região espectral de sobretons pode ser útil na construção de instrumentos de baixo custo para controle de qualidade de misturas diesel/biodiesel, considerando-se o menor custo dos componentes ópticos para essa região espectral.

Made available in DSpace on 2015-05-14T13:21:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 15006665 bytes, checksum: 541b3c9095c1006563486163e559d5fd (MD5) Previous issue date: 2014-02-03 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The search for a better quality of life has led to increased consumption of foods with fewer calories, high in fiber and vitamins, and obtained from different forms of cultivation. Amid these foods, there are cereal bars and lettuce, foods that are easily accessible, widely consumed and have high nutritional values. Like any other food, require efficient methods that can ensure its quality. Thus, the need for rapid, accurate analytical methods and low cost, which can help to identify and classify these foods safely arises. Within this perspective, this paper makes use of Near Infrared Spectroscopy (NIR) combined with Linear Discriminant Analysis (LDA) to classify samples of cereal bars and lettuce. A total of 121 samples of cereal bars, three distinct types (conventional, diet and light) and 104 samples of three different types of lettuce cultivation (conventional, organic and hydroponic) was used. The acquisition of the spectra was made on equipment Spectrum 400 (Perkin Elmer) with accessory NIRA (Near Infrared Reflectance Acessory) in the range 10000 - 4000 cm-1. Classification models were constructed by combining the LDA algorithms and variable selection: Stepwise (SW), Successive Projections Algorithm (SPA) and Genetic Algorithm (GA). Strategies for pre - processing data were evaluated and the efficiency of the models was determined from the of correct classification rate (CCR) for the full set of samples and the test set. For both matrices the model that generated a better CCR was the GA-LDA valued 95% to matrix of the cereal bars and 97.1 % for array of lettuces, both based on the total set of samples (training, validation and testing). Regarding the set of test models presented results of CCR with performance of 90.3 % and 95.4 % for matrices of cereal bars and lettuce respectively. / A busca por uma melhor qualidade de vida tem levado ao aumento do consumo de alimentos com menos calorias, ricos em fibras e vitaminas, e obtidos de formas de cultivo diferenciadas. Em meio a esses alimentos, encontram-se as barras de cereais e as alfaces, que são alimentos de fácil acesso, muito consumidos e que possuem altos valores nutricionais. Como qualquer outro alimento, necessitam de métodos eficientes que possam assegurar sua qualidade. Assim, surge a necessidade de métodos analíticos rápidos, precisos e de baixo custo, que possam ajudar a identificar e classificar com segurança a esses alimentos. Dentro desta perspectiva, este trabalho faz uso da Espectroscopia no Infravermelho Próximo (NIR) aliada a Análise Discriminante Linear (LDA) para classificar amostras de barras de cereais e alfaces. Um total de 121 amostras de barras de cereais, de três tipos distintos (convencional, diet e light) e 104 amostras de alface de três diferentes tipos de cultivo (convencional, orgânico e hidropônico) foi utilizado. A aquisição dos espectros foi feita no equipamento Spectrum 400 (Perkin Elmer) com acessório NIRA (Near Infrared Reflectance Acessory) na faixa de 10.000 a 4.000 cm-1. Modelos de classificação foram construídos através da associação da LDA e algoritmos de seleção de variáveis: Stepwise (SW), Algoritmo das Projeções Sucessivas (SPA) e Algoritmo Genético (GA). Estratégias de pré-processamento de dados foram avaliadas e a eficiência dos modelos foi determinada em relação à taxa de classificação correta (TCC), para o conjunto total das amostras e para o conjunto de teste. Para as duas matrizes o modelo que gerou um melhor TCC foi o GA-LDA com valor de 95% para matriz das barras de cereais e 97,1% para matriz das alfaces, ambos baseados no conjunto total das amostras (treinamento, validação e teste). Em relação ao conjunto de teste os modelos apresentaram resultados de TCC com desempenho de 90,3% e 95,4% para as matrizes das barras de cereais e alfaces respectivamente.

Made available in DSpace on 2015-05-14T13:21:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 6846990 bytes, checksum: aec1aa41c1eb06b9173fca41e6af79b0 (MD5) Previous issue date: 2014-06-02 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Concern about environmental problems triggered the search for new sources of energy and consequently caused an increase in the use of gaseous fuels such as natural gas (NG) and liquefied petroleum gas (LPG). Given this reality, there is growing demand for quality monitoring and supervision of this type of fuel. This paper proposes a flow system for the screening of samples of LPG and NG by near infrared spectrometry (NIR) analysis in order to verify the quality of these fuels in relation to its major concentration of hydrocarbons, propane and methane, respectively. For this, one spectrophotometric flow cell for gas, seven NG containers collectors and one flow system for injection and mixture of gases, as well as its automation (SAIMG) and building management software (GasMixer) were developed. The gas handling equipment and systems for flow enabled the development of SPA-LDA and SIMCA models for screening analysis of samples of LPG and NG. The classification models were constructed and tested with commercial samples that have been previously grouped and analyzed by gas chromatography. Adulterated NG mixtures with nitrogen, compressed air, ethane and lighter fluid were also created. LPG samples were grouped into two different classes depending on the concentration of propane, which have been termed "rich LPG" and "poor LPG" The NG samples were analyzed according to the specified limit for the concentration of methane, which resulted in negative cases ( NG -) and positive (NG +) when they are considered respectively higher or lower than the limits set limit. The results showed that the screening analysis was efficient and robust, reaching 100% accuracy compared samples of LPG and NG test. In addition, the automation of the flow system optimizes all stages of the analysis and enhances their use in future applications / A preocupação com os problemas ambientais impulsionaram a busca por novas fontes de energia e consequentemente provocaram um aumento no uso de combustíveis gasosos como o gás natural veicular (GNV) e gás liquefeito de petróleo (GLP). Diante dessa realidade, cresce também a demanda pelo monitoramento da qualidade e fiscalização desse tipo de combustível. Esse trabalho propõe um sistema em fluxo para a análise screening de amostras de GLP e GNV através da espectrometria no infravermelho próximo (NIR), a fim de verificar a qualidade desses combustíveis em relação a concentração de seus hidrocarbonetos majoritários, o propano e o metano, respectivamente. Para tanto, foram desenvolvidos uma célula espectrofotométrica de fluxo para gás, sete recipientes coletores de GNV e um sistema em fluxo para introdução e mistura de gases, bem como sua automação (SAIMG) e criação de um software de gerenciamento (GasMixer). Os equipamentos de manipulação gasosa e o sistemas em fluxo possibilitaram o desenvolvimento dos modelos SIMCA e SPA-LDA para análise screening de amostras de GLP e GNV. Os modelos de classificação foram construidos e testados com amostras comerciais que foram agrupadas e analisadas previamente por cromatografia gasosa. Também foram criadas misturas adulteradas de GNV com nitrogênio, ar comprimido, etano e fluido de isqueiro. As amostras de GLP foram agrupadas em duas classes distintas em função da concentração de propano, as quais foram denominadas GLP rico e GLP pobre . As amostras de GNV foram analisadas de acordo com o limite especificado para a concentração de metano, o que resultou em casos negativos (GNV !) e positivos (GNV +) quando são considerados respectivamente superiores ou inferiores aos limites estabelecidos. Os resultados demonstraram que a análise screening foi eficaz e robusta, alcançando 100% de acerto em relação as amostras de teste de GLP e GNV. Além disso, a automação do sistema em fluxo otimiza todas as etapas da análise e potencializa seu uso em aplicações futuras.

Au cours de ces travaux de thèse, la synthèse de BODIPYs émettant dans le rouge et le proche infrarouge a été réalisée. Un premier travail d’extension de la conjugaison électronique (soit par introduction de groupements aromatiques sur le corps du BODIPY, soit par dimérisation) a permis d’atteindre les basses énergies du spectre électromagnétique. La validation d’une méthode de synthèse de BODIPYs à l’aide d’orthoesters a permis une mise en oeuvre aisée et une nette amélioration de leurs rendements. Parmi les fluorophores obtenus, les dithiényl-BODIPYs émettant dans la fenêtre thérapeutique (650-900 nm) présentent des propriétés optiques et électrochimiques intéressantes. Ils ont été utilisés pour des applications dans le domaine biologique. Après leur solubilisation dans les milieux aqueux par introduction de groupements ammoniums, la détection d’un acide aminé, la cystéine, a pu être réalisée par spectroscopies d’absorption et de fluorescence mettant en évidence un système ratiométrique. De plus, le marquage d’une protéine modèle, le sérum d’albumine bovine, permet d’envisager l’utilisation de ce type de BODIPYs pour l’imagerie biologique grâce à un rendement quantique de fluorescence élevé en milieu physiologique. / During this thesis the synthesis of red and near-infrared emitting BODIPYs was realized. First, the electronic conjugaison was extended by introducing aromatic groups on the BODIPY core or by dimerization in order to archieve these low energies of the electromagnetic spectrum. The validation of a synthetic method of BODIPYs with orthoester allowed to have an efficient synthesis with a clear enhancement of the reaction yield. Among the obtained dyes dithienyl-BODIPYs which display an emission in the therapeutic window (650-900 nm) present interesting optical and electrochemical properties. They have been used for applications in the biological field. After their water-solubilization with ammonium groups the detection of an amino-acid (the cysteine) was archieved with a ratiometric system observed in absorption and fluorescence spectrocopies.Moreover the labelling of a model protein, the bovin serum albumine, allows to consider the use of this type of BODIPYs in biological imaging because of a red emission and a high quantum yied in physiologic medium.

Orientadores: Eduardo Augusto Caldas Batista, Antonio Jose de Almeida Meirelles / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-10T02:56:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Priamo_WagnerLuiz_M.pdf: 1151319 bytes, checksum: 0c097b45fca5039b53924a7b27cd3e1a (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: A extração de óleos vegetais com solvente possui a vantagem de operar a temperaturas menores em relação às usadas na extração mecânica, permitindo também a extração de outros compostos desejáveis da semente oleaginosa. Hexana é, geralmente, utilizada para extrair óleo por lixiviação, porém é inflamável e suspeita de causar danos à saúde humana. Alguns estudos surgiram com o intuito de investigar a mudança deste solvente. O processo de refino dos óleos vegetais brutos envolve a dessolventização, degomagem, branqueamento, desacidificação e desodorização. Óleos vegetais podem ser desacidificados por processos convencionais, como o refino químico e físico. O refino químico é aplicado para todos os óleos brutos, entretanto, proporciona grandes perdas de óleo neutro. Para óleo de alta acidez, o refino físico é também uma possibilidade, mas pode causar alterações indesejáveis na cor e na estabilidade oxidativa. Uma alternativa é a desacidificação por extração líquido-líquido, o qual é um processo mais brando, ocorrendo à temperatura ambiente e pressão atmosférica, causando menores perda de óleo neutro. Ainda, destaca-se a produção de biodiesel a partir de matrizes vegetais, onde este pode ser produzido pela transesterificação de triacilgliceróis com metanol ou etanol gerando metil ou etil ésteres. A baixa solubilidade dos triacilgliceróis em álcoois aponta para a necessidade do uso de outros solventes que proporcionem um sistema monofásico e melhorar a difusão dos reagentes. O conhecimento do comportamento de fases destes sistemas compostos por óleo vegetal bruto/solventes à diferentes temperaturas, configura o principal tópico em operações de transferência de massa e catálise. Levando isto em consideração, este trabalho teve por objetivo determinar experimentalmente dados de equilíbrio líquido-líquido de sistemas ternários compostos por óleo de farelo de arroz refinado/etanol anidro/n-hexano e quaternários compostos por óleo de farelo de arroz refinado/ácido oléico comercial/etanol anidro/n-hexano, usando a técnica de espectroscopia por infravermelho próximo para a quantificação dos componentes das fases em equilíbrio. A partir dos resultados obtidos, verificou-se que a solubilidade dos sistemas é afetada pelo teor de ácido graxo livre presente no óleo de farelo de arroz, onde com o aumento deste acarreta numa diminuição da região heterogênea. O mesmo fato ocorreu no estudo realizado para os sistemas ternários, onde o aumento da temperatura promoveu um aumento da solubilidade, devido ao fato de a solubilidade mútua entre o óleo de farelo de arroz e etanol aumentar com o aumento desta variável. Em todos os sistemas, verificaram-se maiores desvios no balanço de massa para o componente ácido oléico comercial e n-hexano, enquanto que para os demais componentes, óleo de farelo de arroz e etanol anidro, seus desvios foram baixos. Através dos dados obtidos nesse trabalho verificou-se que o método proposto pode ser utilizado na quantificação dos componentes nas fases em equilíbrio para sistemas ternários e quaternários apresentando algumas vantagens em relação a outras técnicas, como por exemplo, a cromatografia. Os dados de equilíbrio líquido-líquido foram usados para ajustar os parâmetros do modelo de NRTL, com desvio médio relativo de 1,06 % para os sistemas a 25 ºC e de 0,26 % para o sistema ternário a 40 ºC / Abstract: Solvent extraction has the advantage of operating at lower temperatures and also can extract other desirable components from oilseeds when compared to mechanical extraction. Commercial hexane is the usual solvent to extract oil by leaching, but it is highly flammable and it can cause hazard to human health. Some studies have begun to investigate the change of this solvent. The refining processes of crude vegetable oils involve solvent stripping, degumming, bleaching, deacidification and deodorization. Vegetable oils can be deacidified by conventional processes, such as chemical and physical refining. Chemical refining is applicable for all raw materials; however, it can result in large losses of neutral oil. For high acidity oils, physical refining is also a possibility, but can cause undesirable alterations in color and stability to oxidation. An alternative is the deacidification by liquid-liquid extraction, process carried out at room temperature and atmospheric pressure and that causes lower loss of neutral oil. Biodiesel is a renewable energetic source and it is gaining acceptance and market. The most common way to produce biodiesel is by transesterification of triacylglycerols with methanol or ethanol, generating methyl or ethyl esters. The low solubility of triacylglycerols in alcohols presents the necessity of using some another solvent to create a system of one phase and to improve the diffusion of the reagents. The knowledge of the behavior of all these systems of crude vegetable oil / solvents at different temperatures configures the principal topic in mass transfer operations and catalysis. Taking, these points into account, this work aims to determine experimental data for liquid-liquid equilibrium of ternary systems containing refined rice brain oil / anhydrous ethanol / n-hexane and quaternary systems containing refined rice brain oil / commercial oleic acid / anhydrous ethanol / n-hexane, using Near Infrared Spectroscopy (NIR) for quantification of the components in each phase in equilibrium. For the quaternary systems, the increasing in the oleic acid composition in rice brain oil increases the solubility of the systems and decreases the biphasic region. For the ternary systems, the results showed that the increase in the temperature promotes a reduction of the two phase region, given by the increase of the mutual solubility of refined rice brain oil and anhydrous ethanol. In all systems higher deviations of mass balance for the commercial oleic acid and hexane were found, while for the other components, refined rice brain oil and anhydrous ethanol, the deviations were lower. According to the results obtained, we concluded that the Near Infrared Spectroscopy is highly accurate, with some advantage in relation to other analytical methods. The experimental data were correlated using the NRTL model, and for the systems at 298.3 K, the global deviation was 1.06 %; for the ternary system at 313.3 K, the global deviation was 0.26 % / Mestrado / Mestre em Engenharia de Alimentos

Orientador: Rubens Maciel Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-16T11:19:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MartinezArias_EdgarLeonardo_M.pdf: 60155872 bytes, checksum: 6edb8dbfd65cb71ea0a617a741e58925 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: A tecnologia da microreação é um importante método de intensificação de processos que oferece numerosos benefícios para a indústria de processos químicos. A elevada razão área superficial-volume aumenta as taxas de transferência de massa e energia, melhorando a eficiência e o desempenho dos reatores, e permitindo um aumento na segurança resultante do baixo hold-up em comparação com o reator convencional. O fluxo de líquidos imiscíveis nos microreatores tem mostrado uma intensificação da transferência de massa através da aplicação de estruturas internas que servem como misturadores passivos, o que aumenta a difusão e, conseqüentemente, aumenta a taxa de reação observada. Nesta dissertação, destaca-se o estudo da hidrodinâmica e da influência dos parâmetros de reação na intensificação da produção contínua de biodiesel em três microreatores com configurações diferentes, através de técnicas experimentais e computacionais. Experimentos foram realizados para caracterizar o óleo de mamona como potencial matéria prima para a produção de biodiesel. Testes reológicos, calorimetria diferencial de varredura (DSC), termogravimetria (TG/DTG) e cromatografia gasosa foram utilizados para determinar as propriedades físicas e químicas do óleo vegetal. Cromatografia de exclusão de tamanho (HPLC/SEC) foi utilizada para avaliar as diferentes variáveis que afetam a reação de transesterificação de óleo de mamona com etanol anidro tendo o hidróxido de sódio como catalisador em um reator em batelada. O efeito da temperatura, razão molar álcool/óleo, concentração de catalisador e tempo de reação foram analisados, observando a variação da composição do meio de reação. Um modelo matemático foi aplicado para descrever a cinética química de transesterificação. Tecnologias de microfabricação convencionais, tais como fotolitografia e litografia macia foram aplicadas na fabricação de microreatores utilizando fotorresiste SU-8 e polidimetilsiloxano (PDMS). Várias dificuldades no processamento do fotorresiste SU-8 para obter estruturas complexas através do processo de fotolitografia foram discutidas. No processo de litografia macia o molde foi fabricado com base em técnicas de fotolitografia, onde o fotorresiste SU-8 foi usado para construir a estrutura dos moldes dos microreatores. Experimentos foram realizados para a análise da influência da geometria do microreator. Três diferentes estruturas foram construídas: T, Omega e Tesla. A mistura dentro dos microreatores para baixos números de Reynolds foi avaliada mediante procedimentos experimentais e simulações de dinâmica de fluidos (CFD). A caracterização qualitativa da mistura foi realizada através da observação da evolução da mistura do óleo de mamona/etanol para diferentes razões de fluxo com base na taxa de transferência de um corante solvatocrômico entre os dois líquidos imiscíveis. Além disso, mediante simulações CFD foi possível caracterizar as circulações internas e capturar o mecanismo de geração de mistura, melhorando a compreensão dos resultados obtidos experimentalmente. Finalmente, a produção contínua de biodiesel foi estudada nos microreatores, a fim de avaliar a influência de parâmetros tais como: geometria, massa de catalisador, temperatura de reação, razão molar etanol/óleo e tempo de residência no rendimento da reação. Os resultados obtidos mostraram que o microreator Tesla exibiu maior mistura e alta conversão para baixos números de Reynolds em comparação com os microreatores T e Omega. Uma conversão de etil ésteres de aproximadamente 98,9% foi obtida no microreator Tesla, enquanto, para os microreatores T e Omega a conversão foi ao redor de 79,1% e 96,2%, respectivamente. Além disso, uma fibra óptica conectada ao espectrômetro portátil no infravermelho próximo foi utilizada para avaliar a possibilidade do monitoramento on-line da reação de transesterificação. / Abstract: Microreactor technology is an important method of process intensification which offers potential benefits to the chemical process industries due to the well-defined high specific interfacial area available for heat and mass transfer, which increases transfer rates, improves efficiency and reactor performance, and enhances safety resulting from low holdups when compared to the conventional reactors. The immiscible liquid-liquid two-phase flow has shown a better intensifying of mass transfer through application of internal structures that serve as passive mixers in microreactors, which enhances diffusive penetration and consequently increases the reaction rates observed. The present work highlights the hydrodynamics and the influence of process parameters in the intensification of the continuous biodiesel production using an alkaline catalyst in three different microreactors through complementary experimental and computational techniques. Initially, experiments were carried out to characterize the castor oil as potential feedstock for biodiesel production. Rheological test, differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetric analysis (TG/DTG) and gas chromatography were performed. Size-exclusion chromatography (SEC) was used to evaluate the different variables that affect the transesterification reaction of castor oil with anhydrous ethanol and sodium hydroxide as catalyst in a jacketed glass batch reactor. The effects of temperature, ethanol/castor oil molar ratio, catalyst concentration, and reaction time were analyzed by observing the variation of the reaction medium composition. A mathematical model was applied to describe chemical kinetic of transesterification based on the reversible mechanism of the reactions. Traditional micromanufacturing technology such as photolithography and soft lithography using SU-8 photoresist and polydimethylsiloxane (PDMS) respectively were employed for fabrication of microreactors. Several difficulties of SU-8 processing to obtain complex structures through the photolithography process have been discussed. In the soft lithography process the mold was fabricated based on photolithography techniques, and SU-8 photoresist was used to construct microreactor structure templates. Experiments were carried out to allow an examination of the influence of reactor path geometry. Three different templates were applied for evaluation: T-, Omega, and Tesla-shaped microreactors. The mixing inside of microreactors at low Reynolds number was evaluated with experimental procedures and computational fluid dynamics simulations (CFD). A qualitative characterization of the mixing was firstly carried out by observing the mixture evolution of castor oil/ethanol at different rate flow ratios on basis of the transfer of a solvatochromatic dye between the two immiscible fluids. In addition, CFD methodologies were developed to characterize internal circulations and to capture the generation mixing mechanism without chemical reaction, improved the understanding of immiscible ethanol/castor oil system. Finally, continuous biodiesel production was studied in the microreactors in order to evaluate the influence of the geometrical parameters, catalyst amount, reaction temperature, molar ratio ethanol to oil, and residence time on performance of the reaction. The Tesla-Shaped microreactor exhibited higher conversions at low Reynolds number when compared with T- and Omega-shaped microreactors. Ethyl ester conversion was about 98.9% in Tesla-shaped microreactor, whereas for T- and Omega-shaped microreactor it was only about 79.1% and 96.2% respectively. On the other hand, fiber-optic near infrared spectroscopy was used to evaluate the possibility of monitoring quantitatively the transesterification reaction on-line. / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Celio Pasquini / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-06T07:12:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pereira_ClaudeteFernandes_D.pdf: 2102754 bytes, checksum: 94aabfeb5b023dd70dc648a8f2343f52 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: A espectroscopia de correlação bidimensional (2D) foi utilizada neste trabalho como ferramenta de seleção de variáveis espectrais na região do infravermelho próximo (NIR) para a determinação dos seguintes parâmetros de qualidade de gasolinas: teor de etanol, MON e RON. Para tanto, foi sugerido um sistema de perturbação de concentração em fluxo. Tal sistema apresenta algumas vantagens em relação aos sistemas de perturbação em batelada: os experimentos são realizados em sistema fechado; uma maior velocidade na aplicação da perturbação é obtida, além de se trabalhar em micro-escala. Em outra etapa do trabalho, sugeriu-se a construção de um espectropolarímetro baseado em Filtro Óptico Acústico Sintonizável (AOTF) que opera na região do Infravermelho próximo (800 ¿ 1600 nm). A medida de rotação óptica no instrumento proposto é feita utilizando-se a razão entre os dois feixes difratados pelo AOTF (espectro de rotação óptica), a qual é proporcional ao ângulo de rotação da luz polarizada imposto pela amostra. O instrumento foi empregado na obtenção de espectros de rotação óptica na região NIR de sacarose, glicose, frutose e cânfora. Esses espectros são proporcionais às concentrações das espécies estudadas e curvas analíticas com bons coeficientes de correlação foram obtidas / Abstract: The two-dimensional correlation spectroscopy was used in this work as a tool for spectral variable selection in the near-infrared (NIR) region aiming the determination of the following quality parameters of gasoline: ethanol content, MON (Motor Octane Number) and RON (Research Octane Number). To achieve this objective, it was developed a flow system to automated the perturbation by concentration. This system presents some advantages in relation to batch systems employed to the same purpose: the experiments are accomplished in a closed system; a greater velocity in the application perturbation can be obtained and the experiments are made in micro-scale. In another part, this work presents the construction of a spectropolarimeter based on the acousto-optic tunable filter (AOTF), which works on the near-infrared region (800 ¿ 1600 nm). The measure of optical rotation on the instrument is made using the ratio between two diffracted beams by the AOTF (optical rotation spectrum), which is proportional to the rotation angle of the polarized light imposed by the sample. The instrument was applied in the investigation of NIR optical rotation spectra of sucrose, glucose, fructose and camphor. These spectra are proportional to the concentration of species studied and analytical curves with good correlation coefficients were obtained. / Doutorado / Quimica Analitica / Doutor em Ciências

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:48:08Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:07:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 09302.pdf: 3407854 bytes, checksum: 9ad0354f272b3e3c59f9432ff90a5c98 (MD5) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Orientador: Eduardo Augusto Caldas Batista / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-12T23:16:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dalmolin_IredeAngelaLucini_M.pdf: 1335976 bytes, checksum: d9b7b355cbf37e6ff34460cbdc41bfd5 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: A extração do óleo do farelo agrega valor à produção de arroz. Este óleo possui propriedades nutricionais e nutracêuticas, portanto, o interesse de indústrias em seu uso. A desacidificação do óleo pode ser realizada por extração líquido¿líquido com baixas perdas de óleo neutro, principalmente no caso de óleo com alto conteúdo de ácidos graxos livres. Nestes processos, um solvente parcialmente miscível, como etanol ou etanol hidratado, é utilizado para extrair os ácidos graxos livres do óleo bruto. Por outro lado, questões ambientais e energéticas têm voltado à atenção para o uso de óleos vegetais na produção de biodiesel por reação de transesterificação. O conhecimento do equilíbrio líquido¿líquido como de sistemas graxos é uma importante etapa na otimização da produção de óleo comestível por extração líquido¿líquido ou de produção de biodiesel por reação de transesterificação. Deste modo, este trabalho teve por objetivo determinar experimentalmente dados de equilíbrio líquido-líquido de sistemas compostos por óleo de farelo de arroz refinado / etanol anidro / água / hexano a (25 e 40) ºC e ajustar os parâmetros do modelo NRTL aos dados experimentais. A técnica de espectroscopia no infravermelho próximo (NIR) foi utilizada para quantificar os componentes nas fases. Para evitar a separação de fases na amostragem dos sistemas a 40 ºC, a diluição com tetrahidrofurano das amostras das fases foi investigada. Todos os sistemas estudados neste trabalho apresentaram desvios de balanço de massa global menores que 0,5 %, e desvios na correlação pelo modelo NRTL menores que 1,0 %. Estes resultados indicam a boa qualidade dos dados experimentais e que a técnica de espectroscopia no NIR fornece bons resultados mesmo quando os componentes estão em pequeno conteúdo na mistura / Abstract: The extraction of oil from rice bran aggregates value to the rice production. This oil has nutritional and nutraceutical properties, therefore, the interest of the industries in its use. The oil deacidification can be carried out by liquid¿liquid extraction with lower loss of neutral oil, mainly in the case of oil with high content of free fatty acid. In this process, a partially miscible solvent, such as ethanol or hydrated ethanol, is used to extract the free fatty acids from crude oils. Moreover, environmental and energy issues have focused attention to the use of vegetable oils in biodiesel production by transesterification reaction. The knowledge of the liquid¿liquid equilibrium of such fatty systems is an important stage in the optimization of the production of edible oil by liquid¿liquid extraction or the production of biodiesel by transesterification reaction. Thus, this work aims to determine experimental data from liquid-liquid equilibrium of systems containing refined rice bran oil / anhydrous ethanol / water / hexane at (298.15 and 313.15) K and to adjust the parameters of NRTL model to the experimental data. The technique of near infrared spectroscopy (NIR) was use to quantify the components in the phases. To avoid phase separation in sampling for system at 313.15 K, the dilution of the phases with tetrahydrofuran was investigate. All systems studied in this work presented overall mass balance deviations lower than 0.5 % and deviations in correlation by NRTL model lower than 1.0 %. These results indicate the good quality of the experimental data and that the NIR gives good results even when the components are in low content in the mixture / Mestrado / Mestre em Engenharia de Alimentos