Orientador: Roger Josef Zem / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-11T09:38:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dal'Boit_Silvia_M.pdf: 447965 bytes, checksum: c94324c82fb6fa904907ff7875b11ae1 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo : Esse trabalho tem como objetivo o estudo da viabilidade de se utilizar se redes neurais artificiais (RNAs) para a predição de equilíbrio líquido-vapor (EL V), utilizando a abordagem do método de contribuição de grupos, método UNIF AC. Foram feitas duas propostas de trabalho, uma substituindo o método UNIF AC para o cálculo do coeficiente de atividade (?) pelas RNAs e outra calculando diretamente a composição da fase vapor (y) através das RNAs. A principal vantagem da utilização de uma rede neural reside na sua capacidade de modelar o sistema em equilíbrio sem a necessidade da definição prévia de um modelo de equilíbrio específico, como ocorre, por exemplo, no método UNIF AC. Foram estudados dois sistemas, um sistema constituído de misturas binárias álcoois água com cinco grupos funcionais UNIF AC e outro com misturas binárias de: álcoois, água, aldeídos e cetonas, com oito grupos funcionais UNIF AC. Foram usadas redes neurais do tipo feedforward com uma camada escondida. Utilizou-se o software Matlab 7.0 como ferramenta para esse trabalho. Nesse trabalho o número de neurônios na camada escondida foi estimado por três métodos diferentes. No entanto, os melhores resultados não foram obtidos por nenhum .destes e sim por redes com números de neurônios bem menores. Esse resultado demonstrou a independência de teorias e postulados na área de redes neurais artificiais, já que não existe como prever o seu desempenho e nem como escolher através de uma forma ótima e única os seus algoritmos e funções. Os resultados obtidos mostraram uma. boa capacidade de predição da rede, com desvios na mesma ordem de grandeza que os métodos baseados no uso de um modelo específico para a descrição do comportamento de equilíbrio líquido-vapor, mas sem a necessidade de se definir um modelo ou de seretp calculados parâmetros de interação ou constantes ajustáveis. Esse resultado é relevànte, uma vez que os sistemas estudados apresentam não idealidades acentuadas / Abstract : In this work the suitability of artificial neural networks (ANN) for the prediction of vapour-liquid equilibrium (VLE) is analyzed, using molecular groups that describe the components as input. Two different approaches were studied. In the first proposal the ANN is used to predict activity coefficients, in a similar way as done by the UNIF AC method. In the second proposal, vapour composition and equilibrium temperature are computed by the neural network without intermediate activity coefficient calculation. The main gain of the neural network is it capability to model the VLE without a previous definition of a specific equilibrium mo dei, like the UNIF AC mode!, for instance. Two different systems were studied, one of these is consisting of only binary mixtures for alcohols-water components with five UNIF AC functional groups. The other one is composed of binary mixtures of alcohols, water, aldehydes and ketones components with eight UNIF AC functional groups. The ANN used in this work is a feedforward network with one hidden layer, the networks was implemented in Matlab 7.0 software. In this work the numbers of hidden layers was estimating by three different methods. However the best results weren't found by none of these methods, but by a . smaller number of neurons than the indicated methods. These results show the independency of theories and postulates in the ANN area. There isn't a simple way to preview the network performance nor hüw to chose the optimum and unique form its algorithms and functions. The results showed that the proposed networks are capable of predicting VLE within a reasonable error margin, comparable to methods using specific thermodynamic models, without the necessity to define a mo dei, to calculate interaction parameters or adjustables constants. This result is relevant, respecting the systems presented here have a highly non-ideal behaviour / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

O estudo de soluções proteicas visando à modelagem e à simulação de processos de recuperação e purificação de bioprodutos passa necessariamente pelo estudo da não idealidade, em sentido termodinâmico, destas soluções. Para sistemas em que a concentração de proteína seja baixa, situação comumente presente nestes processos, a principal maneira de avaliar experimentalmente a não idealidade é por meio da determinação da pressão osmótica gerada pela proteína. Deste modo, os objetivos deste trabalho foram: estudar a influência de co-solventes na pressão osmótica de soluções proteicas, verificar a integridade das estruturas secundária e terciária das proteínas nessas soluções, e modelar termodinamicamente os dados de pressão osmótica obtidos. A pressão osmótica foi determinada diretamente por osmometria de membrana, usando soluções de referência com mesma concentração de co-solvente e pH, mas isentas de proteínas. Obtiveram-se dados de pressão osmótica, em função da concentração proteica, de cinco diferentes proteínas (albumina de soro bovino, imunoglobulina G humana, ovalbumina, -lactoglobulina e lisozima) em soluções contendo co-solventes como o polietileno glicol (de diversos tamanhos de cadeia) e sais (sulfato de amônio, sulfato de sódio e cloreto de sódio). Cada conjunto de dados foi obtido em pH e concentração de co-solvente constantes. Observou-se que a presença de co-solventes altera a pressão osmótica, mas este efeito é dependente da proteína, do co-solvente e sua concentração, e do pH da solução. Medidas de fluorescência e de dicroísmo circular das mesmas proteínas permitiram confirmar que elas mantêm sua integridade estrutural nesses meios, o que justifica o uso de equações volumétricas de estado com parâmetros constantes. Os dados de pressão osmótica em função da concentração proteica foram correlacionados por meio de uma equação volumétrica de estado, que combina um termo de esferas rígidas adesivas e um termo de perturbação de ordem zero (aproximação aleatória). O modelo proposto, embora simples, foi suficiente para correlacionar adequadamente o comportamento experimental. / The study of protein solutions aiming at the modeling and simulation of downstream processes entails the study of non-ideality (in thermodynamic sense) of these solutions. For systems wherein the protein concentration is low a situation often encountered in these processes the most important technique to experimentally evaluate this non-ideality is the determination of the osmotic pressure generated by the protein in solution. Thus, the objectives of this work were: to study the influence of co-solvents on the osmotic pressure of protein solutions, to verify the absence of change in the secondary and tertiary structure of proteins in these solutions, and to thermodynamically model the obtained osmotic pressure data. The osmotic pressure was directly measured through membrane osmometry, using protein-free reference solutions with the same pH and co-solvent concentration. The data of osmotic pressure were obtained as a function of protein concentration for five different proteins (bovine serum albumin, human immunoglobulin G, ovalbumin, - lactoglobulin and lysozyme) in solution with co-solvents such as polyethylene glycol (of various chain sizes) and salts (ammonium sulfate, sodium sulfate and sodium chloride). Each data set was obtained at constant pH and co-solvent concentration. It was observed that the presence of co-solvents do shift the osmotic pressure, but this effect is dependent on the protein, the co-solvent and its concentration, and the solution pH. Measurements of fluorescence and circular dichroism of these proteins confirmed that they maintain their structure unchanged in the media, which corroborates the use of volumetric equations of state with constant parameters. The osmotic pressure data as a function of protein concentration were correlated using a osmotic equation of state comprising a repulsive term of adhesive hard spheres and a zero-order perturbation term (random approximation). The proposed model, though simple, was sufficient to properly correlate the experimental behavior.

O principal programa de pesquisa do Grupo de Diagrama de Fases e Termodinâmica Computacional do DEMAR/EEL-USP é o estudo de estabilidade de fases em ligas dos sistemas Me-Si-B (Me = Metal Refratário), os quais apresentam um interesse crescente na área de ligas com potencial para aplicações em altas temperaturas. Destes estudos, este Grupo está construindo uma base de informações termodinâmicas com a finalidade de extrapolá-las para sistemas de ordem superior. Diversos sistemas já foram ou estão sendo estudados. Dando continuidade a este programa, os objetivos principais deste trabalho são a avaliação experimental do sistema ternário Ta-Si-B em sua região rica em Ta e a modelagem termodinâmica dessa mesma região. A projeção liquidus e a seção isotérmica a 1900 ºC, ambas na região rica em Ta, de Ramos (2005), são as únicas informações experimentais para o sistema ternário Ta-Si-B encontradas na literatura. Ramos (2005) identifica em várias de suas amostras a presença de uma nova fase ternária, denominada φ, de estrutura ainda não determinada. A pesquisa de Ramos (2005) foi realizada sempre com amostras produzidas por fusão em forno a arco, a partir de pedaços de Ta, Si e B puros. Nessa condição de preparação das amostras, houve dificuldade em se alcançar o equilíbrio termodinâmico, mesmo após tratamentos térmicos prolongados (1900 oC por 48 horas). Já, neste trabalho, as amostras foram, em sua maioria, produzidas por tratamento térmico de pastilhas prensadas a partir de pós de Ta, Ta5Si3 e TaB. Com essa mudança na forma de confeccionar os experimentos conseguiu-se maior facilidade na obtenção da condição de equilíbrio termodinâmico das amostras durante os tratamentos térmicos, embora ainda com resultados não totalmente satisfatórios. De uma forma geral, os resultados de Ramos (2005) são confirmados no presente trabalho. Uma proposta de relação de fases a 2000 ºC é apresentada para a região envolvendo as fases TaSS, Ta2B, T2, Ta3B4 e TaB. A estabilidade da fase D88, proposta por Nowotny, Lux e Kudielka (1956), também é confirmada e os resultados sugerem que sua estequiometria seja Ta5Si3B. Nenhuma modelagem termodinâmica para este sistema ternário é encontrada na literatura. A otimização do sistema binário Ta-B é realizada por Kaufman (1991) e Chad (2003). A otimização do sistema binário Ta-Si é realizada por Vahlas, Chevalier e Blanquet (1989) e Kaufman (1991). A otimização do sistema binário Si-B é realizada por Fries e Lukas (1991), Zaitsev e Kodentsov (2001) e Fiorani e Coelho (2006). A única otimização adotada completamente é a de Fiorani e Coelho para o sistema binário Si-B. Para o sistema binário Ta-B é adotada a otimização de Chad (2003) com a inclusão de uma nova fase, denominada φ, de alta temperatura, a mesma do sistema ternário, que teria sua origem nesse sistema binário. Já, para o sistema binário Ta-Si é necessária uma nova otimização, por haver algumas inconsistências termodinâmicas nas otimizações anteriores, que poderiam levar a uma descrição inadequada das relações de fases no sistema ternário Ta-Si-B e em sistemas de ordem superior. Neste trabalho é apresentada uma proposta para a modelagem termodinâmica do sistema ternário, que reproduz satisfatoriamente os resultados experimentais disponíveis. / Currently, the main research program of the Phase Diagram and Computational Thermodynamics Group of DEMAR/EEL-USP is the study of phase stability in ternary Me-Si-B systems (Me = Refractory Metal), which presents an increasing interest in the area of alloys with potential for applications at high temperatures. It includes the development of a thermodynamic database to evaluate systems of higher order. Several systems have already been studied. Giving continuity to this program, the main objectives of this work are the experimental evaluation of the ternary Ta-Si-B system in the Ta-rich region and the thermodynamic modeling of this system. The liquidus projection and an isothermal section at 1900 ºC from Ramos (2005), both in the Ta-rich region, are the only experimental information found in literature. Ramos (2005) identifies in several of her samples the presence of a new ternary phase, named as φ, of structure not yet determined. The research of Ramos (2005) is carried out with samples produced from pure Ta, Si and B via arc melting. In this method of sample preparation, it is difficult to obtain thermodynamic equilibrium conditions during heat treatments at 1900 ºC for 48 h. In the present work, the majority of samples were produced via sintering of pressed pellets from Ta, Ta5Si3 and TaB powders. With this method of sample preparation, the attainment of equilibrium conditions was easier during the heat treatments, even though not completely satisfactory. In general, the results of Ramos (2005) were confirmed. A proposal for the phase relations at 2000 ºC is presented for the region involving the phases TaSS, Ta2B, T2, Ta3B4 and TaB. The stability of the D88 phase, proposed by Nowotny, Lux and Kudielka (1956), is also confirmed and the results suggest that its stoichiometry is near Ta5Si3B.No thermodynamic modeling for this ternary system is found in literature. The optimization of the binary Ta-B system is carried out by Kaufman (1991) and Chad (2003). The optimization of the binary Ta-Si system is carried out by Vahlas, Chevalier and Blanquet (1989) and Kaufman (1991). The optimization of the Si-B binary system is carried out by Fries and Lukas (1991), Zaitsev and Kodentsov (2001) and Fiorani and Coelho (2006). In this work the thermodynamic data from Fiorani and Coelho (2006) is used for the Si-B system. For the binary Ta-B system it was adopted the optimization from Chad (2003) with the inclusion of the high temperature φ phase, the same one of the ternary system, which has its origin in this binary system. In addition, for the binary system Ta-Si a new optimization is necessary, since some thermodynamic inconsistencies in the previous optimizations would lead to an inadequate description of the phase relations in the Ta-Si-B and systems of higher order. Thus, in this work presents for the first time a thermodynamic modeling for the Ta-Si-B system, which reproduces the available experimental results satisfactorily.

Certos ambientes subterrâneos da Terra possuem acumulados, naturalmente, compostos de radionuclídeos de longa vida, como 238U, 232Th 40K, próximo à presença de água líquida. O mesmo é esperado que aconteça em corpos planetários, no Sistema Solar, que possua quantidades apreciáveis de água. Nestes ambientes radioativos naturais, a radiólise da água produz espécies químicas e desequilíbrios químicos importantes para a vida. Apesar da proposta do decaimento radioativo como fonte alternativa de energia para sistemas vivos existir há mais de trinta anos, isto se mostrou realmente concreto após descoberta de um ecossistema peculiar cuja sobrevivência é dependente de espécies químicas produzidas por radiólise aquosa. Neste trabalho, avaliamos e quantificamos os desequilíbrios químicos gerados localmente pela radiólise aquosa e a possível contribuição destes para a emergência da vida, tendo como referência os estudos em ambientes de fontes hidrotermais alcalinas, consideradas promissores ambientes para esse evento. Também foram avaliados seus efeitos na habitabilidade de possíveis ambientes análogos na lua gelada Europa. Procuramos quantificar a diversidade química formada nessas condições e a associar aos desequilíbrios parâmetros termodinâmicos. As estimativas realizadas para ambientes radioativos na Terra primitiva apontaram para a similaridade entre o desequilíbrio causado por radiólise aquosa e o encontrado em fontes hidrotermais alcalinas. Confirmando e detalhando a análise preliminar que motivou o trabalho. Não obstante, considerando Europa, chegamos a valores de densidade de células do extremófilo Candidatus Desulforudis audaxviator que sobreviveriam em um conjunto de candidatos a análogos geológicos de possível ambiente radioativo na lua gelada. A partir deste estudo pudemos analisar o potencial para a emergência da vida e de protometabolismos nestes ambientes radioativos naturais na Terra primitiva, bem como levantar parâmetros mensuráveis para futuras missões espaciais que buscam vida ou habitabilidade em Europa. / Certain subterranean environments of the Earth has naturally accumulated compounds of longlived radionuclides, such as 238U, 232Th 40K, near the presence of liquid water. The same is estimated in wet planetary bodies in the Solar System. In these natural radioactive environments, water radiolysis produces chemical species and chemical disequilibria, which are important for life. Although the proposal of radioactive decay as an alternative source of energy for deep biospheres has existed for more than thirty years, this proved to be really feasible after the discovery of a peculiar ecosystem whose survivor is dependent on chemical species produced by water radiolysis. In this work, we evaluate and quantify the chemical disequilibria generated locally by water radiolysis and the possible contribution of these to the emergence of life, having as reference the studies alkaline hydrothermal vents, which is considered highly promising environment for this event. It is also evaluated their effects on the habitability of possible analogous environments on the Jupiter icy moon Europa. It was aimed to quantify the chemical diversity formed under these conditions and to calculate disequilibria using thermodynamic parameters. The estimates made for natural radioactive environments in early Earth pointed to the similarity between the disequilibrium caused by water radiolysis and those found in alkaline hydrothermal vents. What confirms and details the preliminary analysis that motivated this work. In addition, it was calculated values for cell density of the Candidatus Desulforudis audaxviator extremophile, that would survive in Europa comparable to the in situ analysis of some terrestrial radioactive environments, using a set of possible scenarios for possible local natural radioactive environments. From this study, we were able to analyze the potential for the emergence of life and protometabolisms in these natural radioactive environments in early Earth, as well as to provide measurable parameters for future space missions that seek for life or habitability in Europa.

Orientador: Waldyr Luiz Ribeiro Gallo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-25T19:17:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 BritoLopes_AlissonVinicius_M.pdf: 16369458 bytes, checksum: e72c2c680cdccf96557c9588ce37e602 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Um modelo de simulação fenomenológico de motores Diesel foi desenvolvido. O modelo permite a simulação das fases aberta e fechada do ciclo. A combustão é modelada utilizando um modelo de liberação de energia finita. É levado em conta um modelo unidimensional para escoamento sobre as válvulas e um modelo para a transmissão de calor instantânea entre os gases e a parede do cilindro. Por se tratar de um modelo paramétrico, uma série de estudos pode ser feita no sentido de avaliar as influências dos diversos parâmetros sobre os valores finais de eficiência global do motor. As curvas características e as eficiências do motor correspondem aos resultados finais obtidos após o processo iterativo. Um motor é comparado quando simulado em duas situações: com e sem cruzamento de válvulas. Ao simular o caso base (sem cruzamento de válvulas) foi possível comparar a potência efetiva de eixo declarada pelo fabricante (49 kW) e constatar que a potência calculada pelo modelo foi de 51.3 kW indicando assim que as hipóteses adotadas foram bastante razoáveis. Além disso, o modelo forneceu valores para eficiência volumétrica, consumo específico e eficiência térmica condizentes com os valores usualmente encontrados nas referências bibliográficas. Constatou-se que ao gozar de um curto cruzamento de válvulas o motor teve seus parâmetros de eficiência aumentada em 3%, além de uma redução de 3.3% no consumo específico de combustível, valores esses quando comparados ao caso base. O algoritmo desenvolvido permitiu também analisar a influência do ponto de injeção na curva de pressão de combustão, a influência da rotação na curva de taxas mássicas na admissão/escape e a influência da quantidade de combustível injetada sobre as potências de atrito, efetiva e indicada / Abstract: A phenomenological simulation model of Diesel engine was developed. The model is able to simulate the open and closed phase of the cycle. The combustion process is modeled by using a finite heat release model. A one-dimensional model is applied for the flow through the valves and the instantaneous heat transfer between gases and cylinder wall. As the model is parameterized, a series of studies can be done to evaluate the influence of several parameters on the final values of the overall engine efficiency. Typical engine curves and the engine efficiencies are obtained as a result of the interactive process. An engine is compared when simulated in two situations: with and without valve overlapping. By simulating the baseline case (without valve overlapping) it was possible to compare the brake power informed by the engine manufacturer (49 kW) and that obtained by model was (51.3 kW), showing that the hypothesis adopted was reasonable. Furthermore, the model provides values for the volumetric efficiency, specific fuel consumption and thermal efficiency in agreement with values usually found in both the bibliographic references and manufacturer¿s data. It was found that when the engine operated with a short valve overlapping, the engine achieved 3% of improvement in the efficiency parameters and 3.3% of reduction in specific fuel consumption, these values are compared with the base case. The algorithm developed also allowed to analyze the influence of the injection start point in the combustion pressure curve, the influence of engine rotation in the mass rate in intake and exhaust process and the influence of equivalence ratio on the friction, effective and indicated power / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Marco Aurélio Cremasco / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-26T01:42:10Z (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