PPG - Engenharia Química
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- ItemAcesso aberto (Open Access)Análise dos parâmetros relevantes à floração de cianobactérias e desenvolvimento de modelo preditivo por redes neurais artificiais: estudo de caso da represa Guarapiranga(Universidade Federal de São Paulo, 2024-07-29) Silva Junior, Antonio Francisco da [UNIFESP]; Moraes, José Ermírio Ferreira de [UNIFESP]; Hanisch, Werner Siegfried [UNIFESP]; http://lattes.cnpq.br/8938747949184483; http://lattes.cnpq.br/4692364565124711; https://lattes.cnpq.br/9274333449907156A manutenção da qualidade dos recursos hídricos é primordial para assegurar a disponibilidade de água para as gerações futuras e para a proteção de saúde pública, mitigando o risco de doenças e infecções associadas à exposição a águas contaminadas. As cianobactérias são microrganismos autótrofos que em condições favoráveis, normalmente em ecossistemas eutrofizados (elevadas concentrações de fosfatos e nitrogênio, pH de neutro a alcalino e temperaturas elevadas) se multiplicam em demasia (florações ou blooms), causando desequilíbrio no ambiente aquático. Elas podem produzir metabólitos (cianotoxinas) que contaminam o reservatório e prejudicam a saúde humana (efeitos citotóxicos, hepatóxicos e neurotóxicos), além de produzir outros compostos, como o 2-metil isoborneol (MIB) e geosmina, que trazem sabor e odor a água. O presente trabalho teve por objetivo utilizar os dados disponíveis nos portais das companhias de saneamento e agências ambientais, e construir uma base de dados que pudesse ser analisada estatisticamente, por meio de matrizes de correlação e análise de componentes principais (ACP), com o intuito de desenvolver um modelo preditivo em redes neurais que auxilie na gestão de um reservatório urbano. Esta abordagem é importante, pois o modelo preditivo pode antecipar os blooms de cianobactérias que produzem metabólitos (cianotoxinas e geosminas) de difícil remoção nos tratamentos convencionais observados nas estações de tratamento de água (ETA’s), sendo um importante instrumento de gestão de reservatórios. Assim, no presente trabalho, foram desenvolvidos diferentes modelos, baseados nas redes neurais artificiais, para a predição da floração de cianobactérias em função de diversos parâmetros. No primeiro modelo, denominado como modelo global, os dados foram tratados de forma conjunta, sem considerar a sua localização na represa, resultando em um R2 igual a 0,45. Em seguida, os dados foram segregados em três regiões espaciais distintas da represa (entrada, centro e saída), sendo propostos modelos para cada região, denominados como modelos compartimentalizados, sendo obtidos os seguintes valores de R2 0,55; 0,87 e 0,64.
- ItemAcesso aberto (Open Access)Estudo da absorção de CO2 em colunas de recheio usando AVEVA Process Simulation(Universidade Federal de São Paulo, 2024-11-12) Machado, Vinicius Seferian Scheffer [UNIFESP]; Codolo, Milene Costa [UNIFESP]; Silva, Carlos Alexandre Moreira da [UNIFESP]; http://lattes.cnpq.br/7740144753810520; http://lattes.cnpq.br/2972176562768435; https://lattes.cnpq.br/7070192195327456O processo de revolução industrial e o advento de fontes de energia derivadas da queima de combustíveis fósseis levaram a um aumento considerável na emissão e concentração de dióxido de carbono na atmosfera do planeta. Neste contexto, o processo de absorção química é o método mais amplamente aplicado para remoção de CO2. O objetivo deste estudo é realizar uma simulação exploratória em estado estacionário no software AVEVA Process Simulation de um processo de absorção de CO2 em uma coluna recheada, usando NaOH como absorvente, e estudar estatisticamente a influência de algumas variáveis na eficiência do processo. Simulações preliminares determinaram que cinco estágios são o valor ótimo de unidades de transferência para uma coluna com 100% de eficiência de contato entre as fases. A eficiência diminui com o aumento da vazão de gás e aumenta com o aumento da vazão de líquido, variando entre 65,88% e 4,76%, para o Raschig Rings 10 tem a maior faixa de eficiência e entre 49,22% e 2,95% para o Pall Rings 90, com a estabilização deste parâmetro após a vazão de gás de 60 m³/h, enquanto o coeficiente de transferência de massa volumétrica está intrinsecamente ligado à área interfacial de cada recheio estudado, bem como suas características morfológicas que influenciam diretamente no cálculo dos parâmetros relacionados à transferência de massa. Alterações nas dimensões da coluna impactam positivamente na eficiência de remoção devido a alterações na velocidade da fase gasosa e, consequentemente, o tempo de residência do gás na coluna. A partir do planejamento de experimentos de cinco fatores realizado, foi possível concluir que todos os efeitos relacionados à concentração de CO2 não são estatisticamente significativos. Para ambos os recheios, os efeitos dos parâmetros confirmaram os comportamentos observados nas simulações e os efeitos de interação binária adicionados à análise estatística para aprofundar os resultados da simulação, bem como melhorar o ajuste do modelo linear aos dados. Para os dois recheios estudados, a vazão de líquido teve um efeito positivo de 13,46% e 9,94%, a vazão de gás teve um efeito negativo de 24,35% e 18,14%, a altura da coluna teve um efeito de 15,41% e 12,35% e o diâmetro da coluna foi de 10,27% e 8,34%. Em resumo, as contribuições e inovações deste trabalho se dão por meio da análise da análise das principais variáveis que influenciam um processo de captura de CO2 numa extensa faixa realística e factível, com a validação dos dados provenientes das simulações por meio de metodologias de planejamento de experimentos.
- ItemAcesso aberto (Open Access)Simulação e avaliação de riscos quantitativos de processos na indústria de óleo e gás e definição de critérios para emergências(Universidade Federal de São Paulo, 2024-10-02) Araujo, Diego Paulino de [UNIFESP]; Concha, Viktor Oswaldo Cárdenas [UNIFESP]; Bahú, Juliana Otavia [UNIFESP]; http://lattes.cnpq.br/8045444849137135; http://lattes.cnpq.br/0661599261187131; http://lattes.cnpq.br/9057377772303280Vários setores industriais, incluindo nuclear, óleo e gás, química e bioenergia, têm sido palco de catástrofes ao longo dos anos. A importância da segurança é destacada por acidentes notáveis, como o ocorrido em Bhopal em 1984 com a Union Carbide, terminal de armazenamento de petróleo Buncefield, ocorrido em 2005 e na plataforma da estatal PEMEX no Golfo de México com ocorrência em 2023, acidentes esses ocorrido pela falta de gestão de segurança de processo e integridade dos equipamentos. Deste modo, a análise de riscos surge como uma ferramenta na indústria para identificar falhas em operações e processos que podem levar a liberações químicas acidentais, incêndios ou explosões. Desta forma, a análise de risco colabora com as organizações a tomarem decisões para melhorar a segurança e o gerenciamento dos riscos operacionais, enquanto a análise quantitativa de riscos (AQR) permite quantificar esses riscos, auxiliando na tomada de decisões para reduzi-los. Neste contexto, o presente trabalho desenvolveu e aplicou uma metodologia de AQR em um sistema de exportação de gás natural em uma instalação onshore de petróleo. Assim, hipotetizou-se 04 cenários acidentais de grande liberação de gás inflamável, sendo HA01, HA02, HA02A, H02B. O software ALOHA foi utilizado para verificar os alcances dos efeitos físicos e a vulnerabilidade dos cenários selecionados, de modo que 03 dos cenários apresentaram alcances relevantes nos entremuros da instalação. O cenário com maior alcance foi um incêndio em nuvem, com um alcance de 68,0 metros, correspondendo à hipótese acidental HA02A que envolve uma grande liberação de gás natural durante o dia, resultando em 60% de fatalidade, enquanto que para explosões, o alcance foi de 59,0 metros. Com base nos resultados foram desenvolvidos Planos Operacionais de Resposta (POR) para cenários de explosão e incêndio, tais planos embasam recursos materiais e humanos para atendimento dos respectivos sinistros, a fim de corroborar com a prontidão da mitigação dos cenários de explosão e incêndio.
- ItemAcesso aberto (Open Access)Estudo computacional de recuperação de acetona no processo de produção de fibras de acetato de celulose(Universidade Federal de São Paulo, 2024-07-30) Ruas, Camila Vieira [UNIFESP]; Falleiro, Rafael Mauricio Matricarde [UNIFESP]; Tovar, Laura Plazas [UNIFESP]; http://lattes.cnpq.br/5957249756042771; http://lattes.cnpq.br/7264259801951867; http://lattes.cnpq.br/4823538270217800Em determinadas indústrias têxteis a acetona é utilizada como solvente na produção de fibras de acetato de celulose, como não é agregada ao produto, é necessária sua recuperação no final do processo, principalmente por fatores econômicos e ambientais. Com o aumento do apelo por operações mais sustentáveis e utilização responsável de recursos naturais, a busca por processos com desempenho mais eficiente, com menores consumos energéticos e de matéria prima, têm se tornado metas globais em diversos países, principalmente no setor industrial. O presente trabalho realizou um estudo do processo de destilação com modulação de pressão da acetona/água, de uma planta de produção de fibras de acetato de celulose e realizou uma análise de sensibilidade dos principais parâmetros de processos (vazão de vapor, razão de refluxo e pressão das colunas), com objetivo de avaliar o melhor condições operacionais relativo a consumos energéticos e especificações de processo. Como alternativa, é apresentado um estudo de substituição da destilação com modulação de pressão por Extração Líquido-Líquido, utilizando o solvente 3-metil-hexano. Usando o conjunto de parâmetros NRTL-RK no ambiente computacional ASPEN Plus®, o modelo proposto representou satisfatoriamente a operação do sistema, sendo a recuperação de 98,9% de acetona. A análise de sensibilidade do sistema de destilação com modulação de pressão permitiu definir o melhor ponto de operação do processo, definindo conjuntamente pressão, razão de refluxo e vazão de vapor, considerando reduzir o consumo de energia, atingindo uma pureza 97,0% e vazão 3964 kg/h. O sistema de destilação com modulação de pressão conseguiu operar com uma redução de consumo de vapor de 15,6%, quando operado a 4,4 bar na coluna de maior pressão, 1,03 bar na coluna de menor pressão, ajustando as razões de refluxo em 1,75 na coluna de maior pressão e 1,8 na coluna de menor pressão. A simulação do sistema de recuperação de acetona por Extração Líquido-Líquido reportou as correntes de extrato e refinados dentro das especificações da planta (pureza acima de 97% no destilado e acetona menor que 70 ppm na água que retorna ao processo), com recuperação de acetona com pureza acima de 99,4%, utilizando como dados as vazões e concentrações praticadas na destilação com modulação de Pressão. O sistema de Extração Líquido-Líquido é uma alternativa ao sistema de modulação de pressão para separação de água e acetona, porém ainda precisa ser otimizado para obter melhores consumos energéticos.
- ItemEmbargoModelo cinético da produção de acetona-butanol-etanol co-utilizando açúcares mistos e furaldeídos da biorrefinaria de cana-de-açúcar por Clostridium saccharoperbutilacetonicum N1-4(Universidade Federal de São Paulo, 2024-09-30) Oliveira, Roger Assis de [UNIFESP]; Tovar, Laura Plazas [UNIFESP]; Plácido, José [UNIFESP]; http://lattes.cnpq.br/5957249756042771; http://lattes.cnpq.br/1249241087342551O biobutanol é considerado um combustível alternativo promissor para substituir o diesel e a gasolina. A produção de butanol é comumente realizada através da fermentação ABE, onde um substrato é convertido em uma mistura de etanol, butanol e acetona pela ação de bactérias do gênero Clostridium spp. Embora o processo seja promissor, ele é caracterizado por baixa eficiência e produtividade. O alto custo da matéria-prima de primeira geração, contribui significativamente para o custo elevado do processo. Assim, é necessário investigar a utilização de matérias-primas de menor custo, como os resíduos agroindustriais da biorrefinaria de cana-de-açúcar. Este trabalho propôs um modelo cinético dinâmico para investigar os efeitos dos açúcares mistos presentes no hidrolisado hemicelulósico e no melaço da cana-de-açúcar, além dos furaldeídos (furfural e HMF) formados durante a hidrólise da hemicelulose, na produção de ABE por C. saccharoperbutylacetonicum N1-4. A análise de sensibilidade de modelos na literatura e do próprio modelo revelou que as reações associadas à produção e consumo de acetil-CoA e butiril-CoA estão relacionadas ao aumento do rendimento de butanol. Os parâmetros cinéticos do modelo foram estimados por métodos determinísticos em uma rotina computacional desenvolvida no Scilab®. Os resultados mostraram que, apesar da forte preferência do microrganismo por açúcares hexoses, a inclusão de até 25% de pentoses não está associada a uma redução significativa na produção de butanol. Além disso, a presença dos furaldeídos perturba principalmente a assimilação dos ácidos acético e butírico e a produção de acetil-CoA e butiril-CoA, atuando como potenciais estimulantes para a produção de solventes. O Modelo infere que a utilização de resíduos agroindustriais como matéria-prima pode tornar o processo de produção de biobutanol mais eficiente e economicamente viável.