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Orientadores: Guilherme José de Castilho, Jhon Jairo Ramírez Behainne Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: Reatores de leito fluidizado circulante (LFC) têm sido empregados em processos industriais como secagem, craqueamento catalítico na indústria do petróleo, combustão, gaseificação e pirólise. Com a crescente demanda pelo desenvolvimento sustentável, a necessidade de eficiência desse equipamento é aumentada. Entretanto, devido às características não lineares e de não equilíbrio do escoamento gás-sólido turbulento, a dinâmica de estruturas heterogênea ainda não é totalmente compreendida. A pressão é frequentemente escolhida para caracterizar a dinâmica do escoamento gás-sólido e de suas estruturas, principalmente por ser de fácil medição, mesmo sob condições industriais adversas e, por conter informações das multiescalas temporais e dimensionais, levando a um maior entendimento das diferentes estruturas do escoamento gás-sólido. Nesta pesquisa, ensaios experimentais foram realizados em uma unidade de LFC disponível em escala de laboratório com o objetivo de descrever, sob condições operacionais de leito, o comportamento fluidodinâmico do regime de fluidização rápida a partir da análise das flutuações de pressão estática do escoamento gás-sólido. A unidade experimental foi instrumentada com transdutores de pressão de resposta rápida, acoplados a um sistema de aquisição de dados comandado pelo software LabViewTM versão 10.0 para o processamento dos sinais. Os testes seguiram um planejamento fatorial do tipo 33 em duplicata, para avaliar o efeito da velocidade superficial do ar, do inventário total de partículas no sistema e do diâmetro médio de partícula, no perfil axial de pressão no LFC, na queda de pressão nos componentes riser e loop-seal, no fluxo mássico de recirculação das partículas, e através da análise no domínio do tempo, frequência e tempo-frequência. Esta pesquisa preenche a lacuna existente na literatura em relação à identificação das potencialidades e fraquezas dos métodos de análise de sinais anteriormente descritos na caracterização do comportamento fluidodinâmico nos dois principais componentes de um LFC. Adicionalmente, o estudo contribui na melhor compreensão da fluidodinâmica do escoamento gás-sólido em LFC de pequena escala, principalmente com a análise wavelet, por obter informações mais detalhadas dos fenômenos que ocorrem no leito por meio das diferentes faixas de frequência do sinal Abstract: Circulating fluidized bed reactors (CFB) have been used in industrial processes such as drying, catalytic cracking in the oil industry, combustion, gasification and pyrolysis. With the growing demand for sustainable development, the need for efficiency of this equipment is increased. However, due to the nonlinear and non-equilibrium characteristics of turbulent gas-solid flow structure, the dynamics of heterogeneous structures is not yet fully understood. Pressure is usually used to characterize the dynamic of heterogeneous structures in fluidization, mainly because it is easy to measure, even under adverse industrial conditions, and because it contains information from multi-time and dimensional scales, leading to a better understanding of the different structures of the gas-solid flow. In this research, experimental tests were carried out in a CFB unit available on a laboratory scale with the objective of describing, under bed operating conditions, the fluid dynamic behavior of the fast fluidization regime from the analysis of the static pressure fluctuations of the gas- solid. The fluidization circuit of the experimental unit is instrumented with rapid response pressure transducers, coupled to a data acquisition system controlled by the LabViewTM software version 10.0 for signal processing. The experiments will follow a factorial design of type 33 in duplicate, in order to evaluate the effect of the superficial air velocity, the total solids inventory in the system and the mean particle diameter, in the axial pressure profile in the CFB, in the drop pressure in the riser and loop-seal components, and in the mass flow of the particles, and also through analysis in the time, frequency and time-frequency domains. This research intends to fill the gap in the literature regarding the identification of the strengths and weaknesses of the signal analysis methods previously described in the characterization of the fluid dynamic behavior in the two main components of an CFB, specifically, when monitored simultaneously under operating conditions. Additionally, the study aims to contribute to a better understanding of the fluid dynamics of the gas-solid flow in small-scale CFBs, especially with wavelet analysis, by obtaining more detailed information on the phenomena that occur in the bed through the different frequency bands of the signal Doutorado Engenharia Química Doutora em Engenharia Química CAPES 88882329706/2019-01

Orientador: Waldir Antonio Bizzo Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Misturas compostas por combustíveis sólidos (biomassas, carvão, xisto ou resíduos sólidos) e areia tem merecido atenção crescente nas últimas décadas, por serem empregadas em processos de geração de energia (combustão, pirólise ou gaseificação) utilizando a tecnologia de leito fluidizado. Existem na literatura resultados da velocidade de mínima fluidização (Umf) apresentando comportamentos diferentes em função de variáveis como fração em massa e tamanho da partícula. Isto pode ser atribuído, principalmente, à grande diversidade de formatos, dimensões, distribuição granulométrica e densidade das biomassas. O objetivo deste trabalho foi determinar experimentalmente a influência do tamanho e da distribuição granulométrica de partículas de bambu com diâmetro nominal de 2 mm e comprimento nominal de 2, 4, 8 e 16 mm, adicionadas à 90% e 95% de areia, em massa. Foram testadas sete misturas, sendo quatro compostas por areia e partículas de bambu com diferentes proporções da relação comprimento/diâmetro 1, 2, 4 e 8, denominadas de misturas 1 a 4 e três misturas compostas por areia e bambu de um único comprimento em cada mistura (comprimento/diâmetro 1, 2 e 8), denominadas de mistura ldc1, ldc2 e ldc8, respectivamente. Os resultados experimentais mostraram que a Umf das misturas aumenta com o aumento do percentual de bambu na mistura de 5% para 10%, em massa. Considerando somente o valor da grandeza da Umf, para a proporção de materiais 5% de bambu/ 95% de areia, as misturas testadas apresentaram 91% de variação (relação entre o menor e o maior valor da Umf). Para a proporção de materiais 10% de bambu/ 90% de areia, esta variação foi de 94%. De forma geral, esta ordem de grandeza de variação da Umf não é significativa para aplicações práticas de engenharia, podendo se considerar que para as misturas estudadas com a proporção de materiais 5% de bambu/ 95% de areia e para as misturas com a proporção de materiais 10% de bambu/ 90% de areia, a Umf independe da distribuição granulométrica e do tamanho de partículas. Uma análise dos detalhes dos resultados obtidos experimentalmente é apresentada, em que se constata que as partículas de bambu presentes no leito exercem uma pequena influência na Umf devido à sua adição no leito com areia, e depende de parâmetros como quantidade, distribuição granulométrica e tamanho de partícula Abstract: Mixtures composed of solid fuels (biomasses, coal, shale or solid residues) and sand have received increasing attention in the last decades, because they are used in processes of generation of energy (combustion, pyrolysis or gasification) using fluidized bed technology. There are in the literature results of the minimum fluidization velocity (Umf) presenting different behaviors as a function of variables such as mass fraction and particle size. This can be attributed, mainly, to the great diversity of formats, dimensions, particle size distribution and biomass density. The objective of this work was to determine the influence of size and particle size distribution of bamboo particles with nominal diameter of 2 mm and nominal length of 2, 4, 8 and 16 mm, added to 90% and 95% sand, by weight. Seven blends were tested, four of which were composed of sand and bamboo particles with different proportion of the relation length/ diameter = 1, 2, 4 and 8, named as mixtures 1 to 4 and three mixtures composed of sand and bamboo particles with only one length in each mixture (length/ diameter = 1, 2 and 8), called as mixture ldc1, ldc2 and ldc8, respectively. Experimental results showed that the Umf of the mixtures increases with increasing percentage of bamboo in the mixture from 5% to 10% by weight. Considering only the value of the magnitude of the Umf, for the proportion of materials 5% bamboo/ 95% sand, the mixtures tested showed 91% variation (relation between the lowest and highest value of Umf). For the proportion of materials 10% bamboo/ 90% sand, this variation was 94%. In general, this order of magnitude of variation of the Umf is not significant for practical engineering applications, and it may be considered that for the mixtures studied with the proportion of materials 5% bamboo/ 95% sand and for the mixtures with the proportion of materials 10% bamboo/ 90% sand, the Umf is independent of particle size distribution and particle size. It is presented an analysis of the details of the results obtained experimentally, in which it is observed that the bamboo particles present in the bed exert a small influence on the Umf resulting from its addition in the bed with sand, and it depends on parameters like quantity, particle size distribution and particle size Mestrado Térmica e Fluídos Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Katia Tannous Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: Neste trabalho é realizada uma análise matemática sobre os fenômenos de segregação e mistura de partículas polidispersas, pertencentes aos grupos B e D da classificação de Geldart, em leito fluidizado gasoso. Os sistemas experimentais considerados foram constituídos de partículas de diferentes tamanhos e diferentes índices de dispersão. Foram aplicados modelos matemáticos da literatura, elaborados para sistemas binários, para descrever os perfis de concentração dos sólidos imergíveis em estado estacionário. Os resultados obtidos através dos modelos testados concordam razoavelmente vem com os experimentais. Um novo modelo foi proposto baseado na aplicação dos modelos de Gibilaro e Rowe (1974) e Abanades et al. (1994). Neste modelo foi analisada a influencia de parâmetros clássicos (circulação, segregação e troca de sólidos entre as fases do leito) que descrevem os fenômenos de segregação e mistura, considerando o leito em regime empistonado. Os perfis de concentração do sólido imergível apresentam boa concordância com os perfis experimentais. Com a análise individual e combinada da influência dos parâmetros clássicos, o fenômeno de segregação apresentou melhores resultados do que o fenômeno de mistura Abstract: This work concerns the mathematical analysis about particles segregation and mixing phenomena of polydispersed particles, that belong to B and D groups of Geldart¿s Classification, in gas fluidized bed. The experimental systems was constituted of different sizes of particles and different dispersion indexes. In this case, mathematical models from literature have been applied to describe the attainment of the concentration imergibles profiles in the steady state, to binary systems. The models tested presented a reasonable agreement with experimental profiles. A new model was proposed based in the Gibilaro and Rowe (1974) and Abanades et al. (1994) models. In this new model, it was analyzed the influence of classical parameters (circulation, segregation and exchange of solids among the phases of bed),that describe segregation and mixing phenomena, taking in a count slugging fluidized bed. The imergible solid concentration profiles present a good agreement with the experimental profiles. The segregation phenomenon presented better results abouts about it representation than mixing phenomenon Mestrado Engenharia de Processos Mestre em Engenharia Química

Orientador: Carlos Alberto Gasparetto Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos Resumo: Foi desenvolvido um trabalho experimental de reometria de sucos concentrados comerciais de caju, laranja, limão e maracujá, com o objetivo de comparar os resultados obtidos em três sistemas de medida: placas paralelas, cilindros concêntricos tipo Searle e anular fixo com copo invertido ("double gap"). As faixas de medida foram: concentração de 35 a 65 °Brix e temperatura de +50 a +80 °C. Os resultados obtidos mostram que o reômetro tipo Searle tem faixa de operação confiável muito reduzida devido ao aparecimento de instabilidades que comprometem o escoamento viscométrico. Nos experimentos a 70 e 80°C houve perdas de água por evaporação que chegaram a ocasionar variações de até 7% na concentração medida em °Brix. Este efeito pode induzir a uma falsa tixotropia e necessita monitoramento apurado, sendo mais difícil de medir e controlar no sistema de placas paralelas. Todas as amostras apresentaram comportamento pseudoplástico e foram descritas por ajuste dos modelos de Ostwald de Waele, Casson e Herschel-Bulkley. Os três sistemas de medida não produziram os mesmos parâmetros de ajuste aos modelos reológicos. O sistema Searle apresenta grandes desvios que são típicos da presença de instabilidades, portanto este não é um sistema adequado para caracterizar reologicamente sucos concentrados a temperaturas acima de 50°C. O sistema de placas paralelas indicou viscosidade aparente maior para todas as condições de medida Abstract: This is an experimental investigation on rheometry of marketed concentrated fruit juice of cashew, orange, lime and passion fruit. The purpose was the comparison of results obtained from three measuring systems: parallel plates, Searle concentric cylinders and double gap. Concentration ranged within 35 to 65 °Brix and temperature within 50 to 80°C. The Searle system exhibited a narrow range of reliable operation, as demonstrated by experimental data showing instabilities which disturbed the viscometric flow. Evaporation occurred at 70 to 80°C causing differences up to 7% in the concentration measured as °Brix. This effect produces an apparent thixotropy which has to be accurately monitored but it is difficult to measure and to control with the parallel plate system. All samples exhibited pseudoplastic behavior which was described using the models by Ostwald de Waele, Casson and Herschel Bulkley. The three measuring systems did not lead to the same value for the parameters of rheological models. The Searle system produced data points with large deviations, typically indicating the presence of instabilities, therefore this is not a suitable system for the rheological characterization of concentrated juices at temperatures above 50°C. The parallel plate system showed higher apparent viscosity for all conditions of experiments Mestrado Mestre em Engenharia de Alimentos

Orientador: Katia Tannous Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: Esse trabalho propõe tratamento de efluente de uma indústria de galvanoplastia por precipitação química. O monitoramento de alguns elementos químicos inorgânicos no efluente deve ser realizado devido sua alta toxicidade e, por seus efeitos na contaminação no meio ambiente e para os seres vivos. A preocupação ambiental vem crescendo nas indústrias e a consciência com esses fatores é fundamental para evitar punições para as empresas por parte dos órgãos fiscalizadores além de ser um diferencial dentro de um mercado competitivo. O objetivo deste trabalho foi analisar e propor um tratamento para o efluente bruto de uma indústria de galvanoplastia, localizada no interior do estado de São Paulo, a fim de atender as legislações ambientais e adequação de seu descarte em corpo hídrico. Este efluente apresentou elevado teor de elementos químicos inorgânicos que são tóxicos, tais como: cromo, ferro, manganês e níquel. Os elementos químicos tóxicos foram tratados por precipitação química com o uso de hidróxido de sódio e posteriormente recolhidos na forma de lodo. Um planejamento estatístico 23 com ponto central e duplicata foi realizado correlacionando pH (2 - 8), temperatura (20 - 40ºC) e agentes redutores (metabissulfito de sódio - tiossulfato de sódio) para definição da melhor condição de tratamento, através da eficiência de remoção das concentrações dos elementos químicos no efluente, após o tratamento. Os experimentos foram realizados em duplicatas e com ponto central. Os resultados mostraram que as variáveis do pH e do agente redutor apresentaram o melhor resultado diante da média dos tratamentos dos metais. Após a execução dos tratamentos de redução e precipitação química, através de separação sólido-líquido por filtração, os elementos foram removidos do efluente, que, por sua vez atendeu às legislações federal e nacional. Os resultados alcançados para a eficiência de remoção foram maiores que 99% para o cromo e que 98% para o ferro e o níquel Abstract: This work proposes the treatment of electroplating industry wastewater by chemical precipitation. Monitoring wastewater of some inorganic chemical elements should be performed due to their high toxicity and their effects on contamination to environment and for life. The environmental concern is growing in the industries and awareness with these factors is fundamental to avoid punishments for companies by inspection agencies and as a differential for the company, within competitive market. The objective of this work was to analyze and propose a treatment for electroplating industry wastewater, located in the interior of the state of São Paulo. It had a high content of inorganic chemical elements that are toxic, including chromium, iron, manganese and nickel, in order to comply with environmental legislation and the adequacy of its disposal in river. Toxic chemical elements was treated by chemical precipitation using sodium hydroxide (NaOH) and precipitated and then collected as sludge. A statistical design 23 was performed correlating pH (2 - 8), temperature (20 - 40ºC) and reducing agents (sodium metabisulphite - sodium thiosulphate) to define the best treatment condition through the removal efficiency of chemical elements in treated wastewater. The experiments were performed in duplicates with a central point. The results showed that the pH and reducing agent variables presented the best result compared to the average of the treatments of the metals. After the processes of reduction and chemical precipitation, through solid-liquid separation by filtration, the elements were removed from the effluent, which in turn complied with federal and national laws. The results achieved for removal efficiency were greater than 99% for chromium and 98% for iron and nickel. Solid phase was collected as sludge, which contains high concentration of metals Mestrado Engenharia Química Mestra em Engenharia Química CAPES 001

Orientador: Katia Tannous Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: Neste trabalho são considerados os fenômenos de mistura e segregação em leitos fluidizados de partículas polidispersas (quaternárias), pertencentes aos grupos A e B da classificação de Geldart. A coluna de fluidização utilizada possuía um diâmetro interno de 0,92m e uma altura de 2 m. Foi analisada a influência dos fatores operacionais, como a velocidade de excesso (U-U IND. E) e o tempo de fluidização, bem como de projeto, representada pela fração de área livre do distribuidor, e das características dos constituintes da mistura (diâmetro médio da mistura/concentração de imergíves) no grau de mistura axial do leito. Foram utilizadas quatro misturas que possibilitaram o estudo dos fenômenos de mistura e segregação, em leitos de partículas de mesma ou de diferentes massas específicas. Foi efetuado um mapeamento radial do leito. Os resultados para os perfis axiais mostram que o uso de uma velocidade suficiente para fluidizar todas as partículas e de um distribuidor de maior área livre favorece a mistura em um curto intervalo de tempo. O aumento da velocidade de excesso melhora a mistura nos leitos, principalmente pela maior quantidade de bolhas presentes. Uma maior fração de área livre do distribuidor favorece a homogeneização do leito, reduzindo as zonas mortas próximo ao distribuidor. O aumento da concentração das partículas imergíveis desfavorece o processo de mistura. O mapeamento radial confirma que para a velocidade de fluidização completa as partículas estão bem misturadas Abstract: In this work the mixing and segregation phenomena of polydisperse particles (quaternaries) belonging to the A and B Geldart' s groups are investigated. The fluidization column have been constructed with a internal diameter of 0.92 m and height of 2 m. The influence of operating factors in the degree axial mixing of the bed, like excess velocity (U-'U IND. E¿) and fluidization time, as well as design, like distributor free area, and of the characteristcs of the constituents of mixture (mean diameter of mixture/jetsam concentration) were analised. Four mixtures that allowed the study of the phenomena of mixing and segregation in beds of same or different densities were used. A radial mapping of the bed was performed. The axial profile results show that the use of a velocity high enough for complete fluidization and the use of a distributor with large free area promote the mixing in a small time interval. The increment of excess velocity improves the mixing in the beds, mainly by larger quantity of bubbles. A larger free area improves the bed homogenezation, reducing the dead zones near the distributor. The increment ofjetsam concentration hampers the mixing process. The radial mapping confirm that for the velocity of complete fluidization the particles are well mixed. Mestrado Engenharia de Processos Mestre em Engenharia Química

Orientador: Florencia Cecilia Menegalli Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos Resumo: No presente trabalho estudou-se a fluidodinâmica do escoamento dos inertes de um secador bidimensional com leito de jorro-fluidizado. O equipamento foi construído com a área da base de 0,015 m2 (0,3 m de comprimento e 0,05 m de largura) e um metro de altura. Esferas de vidro com 3,8 mm de diâmetro e densidade de 2516 kg / m3 foram adotas como inertes no interior do leito. Nos casos de estudo da queda de pressão no leito úmido foi utilizada água como fluido teste. Na análise da fluidodinâmica, duas alturas de inertes no leito foram estudadas 17 e 22. Compararam-se os resultados experimentais de queda depressão no leito em função da vazão do jorro, da vazão no anulo e combinações entre as duas vazões. Obteve-se a velocidade mínima de fluidização e / ou de jorro em cada caso. O estudo do leito úmido forneceu informações sobre o efeito da adição de líquido na velocidade do jorro e na queda de pressão total no leito. Avaliou-se também a capacidade evaporativa do leito em função de diferentes combinações de vazões no anulo e no jorro Abstract: The present work investigates the hidrodynamics of a bidimensional spout-fluid bed dryer. The dryer was constructed having 0,015 m2 transversal area, ( 0,3 m of width, 0,05 m thickness ) by one meter high. The inerts chosen were glass spheres ( 3,8 mm in diameter and 2516 kg / m3 density ) and water was used as the fluid test in the wet bed analysis. The bed behavior was studied using two different height for the bed ( one with 17 cm and another with 22 cm ). The experimental results were analyzed as a function of the spouting flow, annulus flow and as a combination of them. The minimum velocities of the fluidization flow and of the spouting flow were obtained for each studied bed. The effects of the addition of liquid on the spouting velocity and / or the spouting pressure drop were also obtained in the wet-bed study. The evaporation capacity of the bed was accessed in terms of several combinations of spouting and annulus flow Mestrado Mestre em Engenharia de Alimentos

Orientador: Sandra Cristina dos Santos Rocha Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: O recobrimento de partículas em leito de jorro tem aplicações em diversos produtos como comprimidos, cosméticos, alimentos, sementes, fertilizantes, etc. No processo de recobrimento o desempenho é dependente de um conjunto de características do sólido a ser recoberto, da suspensão de revestimento, da adesão líquido-sólido e das condições operacionais. O objetivo deste trabalho é analisar o desempenho do processo de recobrimento em leito de jorro verificando as influências das características do sólido (tamanho, forma, densidade, porosidade, e ângulo de contato) e da suspensão (densidade, reologia, tensão superficial e molhabilidade). Para este estudo foram utilizados diferentes tipos de partículas (esferas de vidro, placebos, poliestireno, etc.) e diferentes formulações de suspensões poliméricas aquosas que ofereçam a variação das características, do sólido e da suspensão, que influenciam o processo. O recobrimento foi realizado em leito de jorro, em condições operacionais pré-fixadas, para cada conjunto partícula-suspensão, mantendo estabilidade fluidodinâmica do leito para as diferentes partículas. Para quantificar a influência das características do sólido e da suspensão no processo de recobrimento foram avaliadas a taxa de crescimento, a eficiência e a qualidade do recobrimento (superfície, distribuição do filme, porosidade). O estudo das influências das características do sólido e do líquido no processo de recobrimento foi realizado em duas etapas: primeira etapa:o recobrimento de partículas de propriedades físicas distintas com uma única suspensão de recobrimento; segunda etapa: recobrimento de um único tipo de partícula com suspensões de recobrimento de diferentes características físico-químicas. Identificou-se que o ângulo de contato entre a suspensão de recobrimento e a superfície das partículas pode ser utilizado como indicativo do tipo de operação unitária a ser obtida no leito de jorro: secagem da suspensão ou recobrimento das partículas. A adesão da suspensão na superfície da partícula, durante o processo de recobrimento e secagem de suspensão em leito de jorro, não é dependente apenas do trabalho de adesão, ou seja, das forças interfaciais, mas de um conjunto de variáveis como o comportamento fluidodinâmico, o atrito inter-partícula, a atomização da suspensão e mudança da molhabilidade das interfaces durante o processo. A interação inicial da partícula inerte-suspensão determina a operação (recobrimento ou secagem), enquanto a interface filme-suspensão, ou seja, forças de adesão entre a superfície recoberta e a suspensão, pode ser responsável pelo processo de recobrimento em relação à eficiência e crescimento por formação de camadas de filme. A eficiência do processo mostrou ser influenciada por uma interferência complexa de mais de uma característica, ou seja, o resultado de um conjunto de condições interfaciais, reológicas, operacionais e de atomização da suspensão. Pôde-se verificar que as propriedades fisico-químicas influenciam significativamente o crescimento das partículas. As partículas crescem mais quando a suspensão de recobrimento possui maior concentração de sólidos, maior densidade, maior viscosidade aparente e maior força de adesão com a superfície da partícula. As mudanças da molhabilidade das interfaces sólido-líquido durante o processo de recobrimento afetam a eficiência do processo Abstract: Coating of partic1es in spouted bed can be applied to several products such as tablets, cosmetics, foodstuff, seeds, fertilizers, etc. In the coating process, the performance depends upon the characteristics of the solids to be coated, the coating suspension, the liquid-solid adhesion and the operational conditions. The objective of this work is to analyze the performance of the coating process into a spouted bed verifying the influences of the solid characteristics (size, shape, density, porosity and contact angle) and the suspension characteristics (density, rheology, surface tension, and wettability). To accomplish that, different types of partic1es were used (glass beads, placebo' s tablets, polystyrene, etc) and different aqueous polymeric suspension formulations to obtain the variation in the characteristics to be studied, and influence the process. The study of the influences of the solid and the liquid characteristics in the coating process were carried out in two steps. First step: coating of the partic1es with different physical properties using a single suspension formulation; second step: coating of a single type of partic1e using coating suspensions with different physicochemical properties. It was identified that the contact angle between the coating suspension and the partic1es surface can be used as an indicator of the type of unit operation obtained in the spouted bed: suspension drying or partic1e coating. Suspension adhesion on the partic1e surface, during the coating and the drying into a spouted bed, is not dependent only on the adhesion work (interfacial forces), but also on a series of variables like the fluid dynamic behavior of the bed, inter-partic1es friction, suspension atomization and the change on the wettability of the surfaces during the process. The initial interaction of the inert particle-suspension determines the operation, either drying or coating, while the interface film-suspension (attraction between the coated surface and the suspension) can be responsible for the coating process in relation to its efficiency and the growth of film layers on the particles. The process efficiency seems to be influenced by a set of interfacial, rheological, operational and atomization conditions. It can be verified that the physicochemical properties influence significant1y the growing of the partic1es. Partic1es grow more when the suspensions have higher solids concentrations, greater density, greater apparent viscosity and greater adhesion attraction with the particle surface. The changes in the wettability of the solid-liquid interface during the coating process affect the process efficiency Doutorado Engenharia de Processos Doutor em Engenharia Química

Orientador: Cezar Costa Pinto Santana Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: Neste trabalho foi realizado um extenso levantamento experimental sobre o comportamento fluidodinâmico de partículas com dp entre 93 e 160 um, de alta densidade (pp = 2630 - 2820 kg/m 3) caracterizadas como pertencentes ao Grupo B da Classificação de GELDART [18, 19]. Os estudos foram realizados numa coluna de Leito Fluidizado Circulante (LFC) com 6,0 m de altura e 0,102 m de diâmetro interno...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital Abstract: In this work the results of detailed experimental measurements of the mass flux of solids in fast fludization column (6.0 m and DI 0.102 m) are described and the radial solids concentration are studied...Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations Doutorado Doutor em Engenharia Química

Orientadores: Sandra Lucia da Cruz, João A. F. R. Pereira Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: Uma nova técnica de detecção de vazamentos em tubulação é apresenta­da. A técnica é baseada na análise espectral de sinais de pressão medidos em trechos da tubulação que favorecem a formação de ondas estacionárias. Sendo baseada no espectro do sinal, e não na sua representação temporal, a análise possibilita a identificação do vazamento mesmo quando este ocorre durante a realização de operações que naturalmente encobririam o transiente de pressão gerado pelo vazamento. Testes experimentais foram realizados numa tubulação de 1250 m de comprimento em várias condições de fluxo e configurações de vazamento durante a partida e a parada de uma bomba centrífuga. Transientes de pressão foram obtidos por quatro transdutores conectados a um computador padrão PC comandado por um software de aquisição de dados e controle desenvolvido. Os testes mostraram que a análise espectral dos transientes de pressão, juntamente com o conhecimento dos pontos de reflexão na tubulação, consiste em um método simples e eficiente de se detectar vazamentos Abstract: The development and test of a technique for leak detection in pipelines is presented. The technique is based on the spectral analysis of pressure signals measured in pipeline sections where the formation of stationary waves is favoured, allowing leakage detection during the start stop of pumps. Experimental tests were performed in a 1250 m long pipeline for various operational conditions of the pipeline (liquid flow rate and leakage configuration). Pressure transients were obtained by four transducers connected to a PC compute. The obtained results show that the spectral analysis of pressure transients, together with the knowledge of reflection points provide a simple and efficient way of identifying leaks during the start stop of pumps in pipelines Doutorado Sistemas de Processos Químicos e Informática Doutor em Engenharia Química

Orientador: Katia Tannous Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: Este trabalho teve por objetivo avaliar a eficiência da energia renovável de fontes alternativas de biomassas como matérias-primas em processos de geração de energia integradas a produção de etanol de cana-de-açúcar para utilização no período de entressafra desta matéria-prima ou de forma independente através de uma usina termelétrica. As fontes de biomassa analisadas foram as seguintes: resíduos agroindustriais (casca de arroz, jequitibá-rosa, caixeta), resíduos urbanos (poda de árvores e fibra de coco) e plantio e floretas energéticas (capim-elefante e eucalipto). As eficiências energéticas relativas das biomassas foram determinadas a partir de uma usina termoelétrica de referencia, considerando-se a mesma potência de IMW, a eficiência do processo de termoconversão e os índices energéticos consolidados para esta avaliação energética e emergética, usando-se a Análise Envoltória de Dados (DEA). A floresta enegética de eucalipto, o plantio de campim-elefante, o resíduo urbano da fibra-de-coco e os resíduos agroindustriais das madeiras caixeto e jequitibá-rosa apresentaram os melhores indices de eficiência energética renovável relativa, demonstrando que estas fontes de biomassas apresentaram desempenhos similares ou próximos ao abtido pelo bagaço da cana-de-açucar e, portanto, com potencial para substuí-la na geração de 7.776 kWh/ano de bioenergia, com sustentabilidade. O uso de biomassas alternativas para geração de energia elétrica na substituição do uso de combustíveis fósseis em unidades geradoras convencionais por uma usina termoelétrica movida a biomassa, pode mitigar 96.733 quilitoneladas de CO2 durante a expectativa de operação da planta, constribuindo para a redução de emissões de gases do efeito estufa e geração de energia mais limpa e renovável Abstract: This study aimed to evaluate the efficiency of renewable energy from alternative sources of biomass as raw materials in processes of power generation integrated production of ethanol from sugarcane for use in the off-season this raw material or fromindependent through a thermoelectric plant. The sources of biomass were analyzed as follows: agroindustrial waste (rice husk, jequitibá rosa and caixeta woods), municipal waste (pruning trees and coconut fiber) and florest energy plantations (elephant grass and eucalyptus). The relative efficiency renewable energy of biomass were determined from a reference power plant, considering the same power of 1MW and the efficiency of the thermal conversion process were then consolidaded in an emergy index for this energy and emergy evaluation, using the Data Envelopment analysis (DEA). The eucalyptus forest, planting of elephant grass, urban waste fiber cocount and agroindustrial waste woods of caixeta and jequitibá rosa showed the highest index of renewable energy relative efficiency, demonstrating that these sources of biomass showed similar or close to that obtained from sugarcane performance and therefore have the potential to replace it in the generation of 7,776 kWh / year of bio-energy with sustainability. The use of alternative biomass for power generation in the replacement of fossil fuels in conventional generating units powered by a thermoelectric plant biomass can mitigate 96,733 kilotonnes of C02 over the expected plant operation, constributing to the reduction of greenhouse gases emissions and generation of cleaner and renewable energy Doutorado Engenharia Química Doutor em Engenharia Química

Orientadores : Sandra Cristina dos Santos Rocha, Luiz Fernandes Razera Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: O presente trabalho objetivou recobrir sementes de brócolos em leito de jorro e leito fluidizado, com a intenção de proporcionar proteção à alta concentração de vapor de água no ambiente, não prejudicando a absorção de água livre. Um delineamento completo de dois níveis foi proposto para cada processo, que permitiu verificar quantitativamente a relação da eficiência do processo, do crescimento das sementes, do poder de germinação, do envelhecimento acelerado e da velocidade de germinação em solo, com as variáveis operacionais: temperatura do ar, pressão de atomização e vazão de suspensão, para o leito de jorro; pressão de atomização e vazão de suspensão, para o leito fluidizado. As sementes de brócolos foram recobertas com uma suspensão aquosa de hidroxi-etil-celulose, em leito cone-cilíndrico, nas seguintes condições operacionais: temperatura do ar de jorro de 50 a 70°C, pressão manométrica de ar de atomização de 15 a 25 psi e vazão de suspensão de recobrimento de 6 a 8 ml/min, para o leito de jorro; pressão manométrica de ar de atomização de 15 a 25 psi e vazão de suspensão de recobrimento de 4,5 a 6,5 ml/min, para o leito fluidizado. Um delineamento inteiramente casualizado foi aplicado para analisar o poder de germinação, o envelhecimento acelerado e a velocidade de germinação em solo entre sementes recobertas e não recobertas. Para relacionar a capacidade de absorção de vapor de água das sementes recobertas e não recobertas, aplicou-se o teste de reabsorção de vapor de água. A atomização da suspensão foi realizada por um bico atomizador instalado na parte superior do leito com o jato direcionado às sementes. A fluidodinâmica para os dois tipos de contato, leito de jorro e fluidizado, foi analisada com diferentes cargas de sementes. Os valores dos parâmetros experimentais foram comparados com valores dos parâmetros obtidos por equações empíricas da literatura. Os resultados permitiram concluir que é possível recobrir sementes de brócolos em leito de jorro e leito fluidizado, utilizando os valores das variáveis independentes propostos e o tempo de duração para cada processo, não alterando a qualidade fisiológica da semente. As melhores eficiências do recobrimento, em leito de jorro, foram obtidas com a menor pressão de atomização (15 psi), juntamente com a maior vazão de suspensão (8 ml/min) e a menor temperatura do ar de jorro (50°C) ou a menor vazão de suspensão (6 ml/min) e a maior temperatura do ar de jorro (70°C). A eficiência do recobrimento em leito fluidizado, utilizando as condições operacionais deste trabalho, não foi viável economicamente. A suspensão de hidroxi-etil-celulose proporcionou discreto comportamento protetor em alta concentração de vapor de água. Através de microscopia óptica observou-se satisfatória distribuição e espalhamento do filme sobre a superfície das sementes, apresentando um recobrimento uniforme, liso, homogêneo e consistente, para as sementes recobertas nos dois processos Abstract: The objective of this work was the coating of broccoli seeds in spouted bed and fluidized bed, with purpose of protect of the water vapour in the ambient, allowing the cross of free water. An experimental design was utilized to investigate the relationship between operational variables, such as: spout air temperature, air atomizing pressure and coating suspension flow rate, to spouted bed; air atomizing pressure and coating suspension flow rate, to fluidized bed; and efficiency of the process, partic1es grwth, germination of the seeds, fast aging of the seeds and germination velocity of the seeds in the soil. The broccoli seeds of mean diameter 1,6 x 10-3 m, were coated with an aqueous suspension of hidroxi-ethyl-cellulose in a cone cylindrical bed made in plexyglass, at the following values: spout air temperature of 50 and 70°C, atomizing air pressure of 15 and 25 psi and coating suspension mass flowrate of 6 and 8 ml/min, to the spouted bed; atomizing air pressure of 15 and 25 psi and coating suspension mass flowrate of 4,5 and 6,5 ml/min, to the fluidized bed. Completely randomized experiments were also organized to evalute the germination, the fast aging and the germination velocity in the soil, of the coated and uncoated seeds, utilized the Tukey test. The water vapor absorption capacity and relationship between coated and uncoated seeds, utilized the re-absorption water vapour test. The experiments were carried out at an experimental assembly, which consists of a bed in plexyglass to that the fluidynamic movement could be observed, with a slanted base angle of 60° and a diameter of 10 cm. This equipment can be reversible to a fluidized bed, using a proper distributor plate. A double fluid atomizer was installed at the highest part of the bed and the air sprayed board of directors to the seeds. The fluidynamics was established for both gassolid contact nodels, spouted bed and fluidized bed, measuring the values of pressure drop and air flow rate in the bed, for increasing and decreasing flow rates and for different bed heights. The same experiments were repeated with the atomizing air to analyse its influence in the fluidynamics. The characteristic curves were constructed for the spouted and fluidized bed, and the values of maximum and stable spouting pressure drop and minumum spouting velocity were obtained. With these data, it was possible to verify the empirical representative equations for each variable. From the fluidized bed experiments, it was possible to verify the quality of fluidization and to confront the values of the experimental pressure drop and minimum fluidization velocity. The better efficiency to spouted bed, was obtained with less atomizing air pressure (15 psi), together the greater suspension flow rate (8 ml/min) and the less spouted air temperature (50°C) or the less suspension flow rate (6 ml/min) and the greater spouted air temperature (70°C). The efficiency of coating in fluidized besd, to operational conditions this work, don't was economically satisfactory. The germination of coated seeds in spouted bed were influenced negatively by atomizing pressure, because collision of the seeds and the bed wall. The statistical analysis indicated that process of coated seeds in fluidized bed and spouted bed didn't cause damage to germination and vigor. At the end of the water vapor re-absorption test, coated seeds in spouted bed had 2 to 10% less moisture content than the uncoated seeds, evidencing that the hidroxi-ethyl-cellulose provided a discreet protective behaviour in high concentration of water vapour. The optical microscopy showed satisfactory distribution and spreading of the polymer on the surface of the coated seeds, uniform coated and homogeneous aspect Doutorado Engenharia de Processos Doutor em Engenharia Química

Orientador: Katia Tannous Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: Este trabalho tem como objetivo realizar o estudo cinético da pirólise do endocarpo do fruto do tucumã mediante termogravimetria em atmosfera de nitrogênio para análise da decomposição térmica, assim como a obtenção dos parâmetros cinéticos, aplicando modelos cinéticos globais e de reações independentes e paralelas. A energia de ativação, fator pré-exponencial e ordem de reação foram calculados utilizando dois conjuntos de experimentos. O primeiro, obtido de Nascimento (2012), utilizando taxas de aquecimento de 5°C/min a 20°C/min e diâmetro médio de 499 µm. O segundo conjunto de dados termogravimétricos foi obtido de modo a avaliar a influência do diâmetro de partícula (de 128,04 µm a 499,55 µm) considerando taxa de aquecimento de 10°C/min e da taxa de aquecimento (de 2,5°C/min a 15°C/min) com diâmetro médio de 128,04 µm. A partir do primeiro conjunto de dados, foram calculados os parâmetros cinéticos por meio de três modelos de reação isoconversionais global (Ozawa-Flynn-Wall, Coats-Redfern modificado e Friedman), em que foram calculadas energias de ativação entre 149 kJ/mol e 159 kJ/mol, fator pré-exponencial de aproximadamente 13 ?1-ns-1 e as ordens de reação de aproximadamente 6. A função de conversão foi definida como correspondente a um mecanismo reacional de n-ésima ordem, baseando-se em onze diferentes equações disponíveis na literatura. Para esse conjunto de dados, o modelo de reações independentes e paralelas (MRIP) foi aplicado considerando reações para hemicelulose, celulose e lignina. Adicionalmente, com o segundo conjunto de dados, o MRIP foi aplicado considerando três e quatro reações, em que foi considerada uma reação adicional associada às reações secundárias de decomposição. A aplicação do MRIP de três reações a partir de dados de Nascimento (2012), gerou desvios relativos próximos aos obtidos com os dados deste trabalho (~4% e ~3%, respectivamente). Entretanto, a aplicação do MRIP de quatro reações gerou desvios relativos ainda menores (~2%), em que energias de ativação, de aproximadamente 128 kJ/mol, 198 kJ/mol, 133 kJ/mol e 150 kJ/mol, foram estimadas para as reações de hemicelulose, celulose, lignina e reações secundárias, respectivamente. As ordens de reação para hemicelulose e celulose foram próximas à unidade, enquanto que para lignina e reações secundárias, variaram de 6 a 8. Com isso, concluiu-se que a aplicação do MRIP de quatro reações descreve favoravelmente o processo de decomposição térmica para cada taxa de aquecimento considerada. Como finalização do trabalho, avaliou-se a capacidade preditiva e descritiva, por meio de curvas simuladas da conversão em função da temperatura. O modelo simulado de quatro reações, utilizando os parâmetros cinéticos com três taxas de aquecimento (5°C/min, 7,5°C/min e 10°C/min), mostrou-se preditivo até a temperatura de 360°C para as taxas de aquecimento de 2,5°C e 15°C/min. Complementarmente, aplicando os parâmetros cinéticos médios com taxas de aquecimento de 2,5°C/min a 15°C/min, a capacidade descritiva demonstrou boa concordância entre dados experimentais e simulados para todo o intervalo de temperatura, denotando a habilidade do modelo em descrever o processo de decomposição do endocarpo do fruto de tucumã Abstract: This work aims to perform a kinetic study of the pyrolysis of tucumã fruit endocarp by using thermogravimetry in nitrogen atmosphere to analyze the thermal decomposition and to estimate the kinetic parameters through global reaction models and independent parallel reaction models. The activation energy, pre-exponential factor, and reaction order were calculated using two sets of data. The first, obtained by Nascimento (2012), applying heating rates from 5°C/min to 20°C/min and mean diameter of 499 µm. The second thermogravimetry data set was obtained in order to evaluate the influence of the particle diameter (from 128,04 µm to 499,55 µm) considering heating rate of 10°C/min, and heating rates (from 2,5°C/min to 15°C/min) with mean diameter of 128,04 µm. Using the first data set, the kinetic parameters were calculated using three isoconversional global reaction models (Ozawa-Flynn-Wall, modified Coats-Redfern, and Friedman), in which were found activation energies between 149 kJ/mol and 159 kJ/mol, pre-exponential factor of about 13 ?1-ns-1 and reaction orders of about 6. The conversion function was defined, corresponding to an nth order reaction mechanism, based on eleven different equation available in the literature. For this data set, the independent parallel reaction model (IPRM) was applied considering reaction for hemicellulose, cellulose, and lignin. Additionally, with the second data set, the IPRM was applied considering three and four reactions, in which an additional reaction was associated to the secondary decomposition reactions. By the application of the three reactions IPRM from the data of Nascimento (2012), close relative deviations were obtained with the data from this work (~4% and ~3%, respectively). However, the application of the four reactions IPRM, relative deviations even lower were obtained (~2%), in which activation energies of about 128 kJ/mol, 198 kJ/mol, 133 kJ/mol, and 150 kJ/mol were estimated for the reactions hemicellulose, cellulose, lignin, and secondary reactions, respectively. The reaction orders for hemicellulose and cellulose were close to unit, while for lignin and secondary reactions varied from 6 to 8. Therewith, it was observed that the application of the four reactions IPRM describes favorably the thermal decomposition process for each heating rate considered. For this work¿s completion, the predictive and descriptive capacity were evaluated using simulated curves of conversion as a function of temperature. The four reactions simulated model using the kinetic parameters with three heating rates (5°C/min, 7,5°C/min, and 10°C/min) was predictive up to 360°C for the heating rates of 2,5°C/min and 15°C/min. Complementarily, using the mean kinetic parameters obtained at heating rates from 2,5°C/min to 15°C/min, the descriptive capacity showed a good agreement between experimental and simulated data for the whole temperature interval, denoting the model¿s ability in describing the decomposition process of tucumã fruit endocarp Mestrado Engenharia Química Mestre em Engenharia Química CAPES

Orientador: Katia Tannous Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: Este trabalho visa avaliar o resíduo da semente de guaraná como biomassa para geração de biocombustível. Para isso, esta pesquisa foi dividida em três etapas: caracterizações da biomassa; torrefação em mufla e análise cinética da decomposição térmica da in natura e torrificada a partir da termogravimetria. Na primeira etapa, caracterizações das propriedades físicas da biomassa in natura resultaram nas determinações: diâmetro de partícula por peneiramento (259, 2.817 e 4.060 µm), esfericidade através das equações de Massarani e Pecanha e Riley de 0,752 e 0,865, respectivamente; massa específica real 1.444,0 kg/m3 por picnometria a gás hélio; massa específica aparente 1.354,0 kg/m3 por porosimetria de mercúrio. Pelos métodos de remoção de extrativos e análise de fibras, determinaram-se para in natura, extrativos (17,88%), hemicelulose (59,37%), celulose (7,82%), lignina (13,49%) e cinzas (1,44%). A partir da análise elementar da in natura, descontando-se o teor de cinzas, os teores de carbono, hidrogênio, nitrogênio e oxigênio foram iguais a 41,55%, 6,44%, 1,51%, 44,91%, respectivamente, enquanto que para torrificada (240°C, 45min), foram obtidos 48,64%, 6,23%, 1,41% e 41,67%, respectivamente. Da análise imediata, mediante normas ASTM E872-82(2006) e E1755-01(2007), obtiveram-se os teores de voláteis entre 78,34-82,84%, cinzas entre 1,39-5,59%, carbono fixo entre 15,76-16,06%, a depender do diâmetro de partícula. Para biomassas torrificadas, os teores foram: voláteis entre 65,77- 83,23%, cinzas entre 1,42-2,07% e carbono fixo entre 16,21-32,28%, a depender das condições de torrefação. O poder calorífico superior, determinado através de uma bomba calorimétrica, foi entre 17,58-18,51 MJ/kg para biomassa in natura, enquanto que para torrificadas, foi entre 18,56-24,04 MJ/kg. O poder calorífico inferior foi obtido pelas equações de Mendeleev e, Bizzo e Sanchez, sendo iguais a 15,37 e 16,17 MJ/kg para in natura e 18,37 e 19,38 MJ/kg para torrificada (240°C, 45min), respectivamente. Na segunda etapa, torrefação foi realizada em mufla com variação de temperatura isotérmica de processo entre 195-270 °C e tempo de residência entre 15-60 minutos. Os resultados mostraram que quanto maior a temperatura e o tempo de residência do processo, maiores foram as perdas de massa levando a menores rendimento de matéria sólida. A análise estatística a 95 % de confiança do planejamento experimental com modelo quadrático demonstrou que somente a temperatura do processo foi o parâmetro significativo da torrefação estudada. Na terceira etapa, avaliou-se a decomposição térmica em meio de nitrogênio em 5, 10 e 15 °C/min e entre 25-900 °C para o material in natura e torrificado (240 °C, 45 min), a fim de obter os parâmetros cinéticos da pirólise. Considerando uma reação de decomposição global em um único passo, aplicaram-se os métodos isoconversional de Coats-Redfern modificado, integral master plots e linearização da taxa de conversão em função do inverso da temperatura, obtendo-se: energia de ativação global de 187,77 e 144,32 kJ/mol, fator pré-exponencial 5,23.1012 e 6,38.108 s-1 para in natura e torrificada (240°C, 45 min), respectivamente. A função de conversão da in natura e torrificada foi definida como difusão tridimensional, porém este resultado não foi conclusivo devido à influência de reações múltiplas. Para múltiplas reações, aplicou-se o esquema de reações paralelas e independentes a partir do qual, obtiveram-se três reações (hemicelulose, celulose e lignina) para a biomassa in natura e quatro reações para a torrificada energia de ativação (50-200 kJ/mol), fatores pré-exponenciais (3,50 a 1,89.1014 s-1) e ordem de reação 1 e 2. Em geral, os resultados alcançados demonstraram o potencial desta nova biomassa para aplicações em pirólise e torrefação além de contribuir para o desenvolvimento de trabalhos futuros que envolvam processos termoquímicos Abstract: This work aims to evaluate the guarana seed residue as biomass for generation of biofuel. This research was divided into three steps: biomass characterization; torrefaction and kinetic analysis of the thermal decomposition reaction of torrefied and non-torrefied biomass. The characterization of the physicochemical properties of the guarana in natura residue resulted in the following determinations: mean particle diameter by sieving (259, 2.817 e 4.060 µm), sphericity of 0,752 e 0,865 by Massarani and Peçanha and Riley equations; true density of 1444.0 kg/m3 using helium gas pycnometer; apparent density of 1354.0 kg/m3 using mercury porosimetry. Based on compositional analysis of extractive-free fiber it was determined for in natura extractives (17,88%), hemicellulose (59.37%), cellulose (7.82%), lignin (13.49%) and ash (1.44%). Based on the ultimate analysis for in natura, excluding the ash content, the carbon, hydrogen, nitrogen and oxygen content were 41.55%, 6.43%, 1.51%, 49.11%, respectively whereas torrefied (240°C, 45min) it were obtained 48,64%, 6,23%, 1,41% e 41,67%, respectively. For in natura, proximate analysis through ASTM E872-82 (2006) and E1755-01 (2007) standards yielded the volatiles contents between 78.34-82.84%, ash 1.39-5.59%, fixed carbon 15.76-16.06%. For torrefied biomass, the contents were: volatiles 65.77- 83.23%, ash 1.42-2.07% and fixed carbon 16.21-32.28%, depending on the torrefaction conditions. The high heating value was determined by calorimetric bomb 17.58-18.51 MJ/kg, depending on the mean particle diameter for in natura biomass whereas for torrefied biomasses it was determined 18.56-24.04 MJ/kg. The low heating value was obtained by Mendeleev and, Bizzo and Sanchez equations, being iqual to 15.37-16.17 MJ/kg for in natura and 18.37-19.38 MJ/kg for torrefied (240°C, 45min), respectively. The torrefaction was performed in a muffle, process temperature ranging 195-280°C and residence time 15-60 minutes. As a result, it was shown that the higher the process temperature and the residence time, the greater were the mass loss, leading to lower yields of solid matter. The statistical analysis, performed with 95 % confidence interval of the experimental design with quadratic model, showed that only process temperature was the significant parameter of the studied torrefaction process. The thermal decomposition was performed in nitrogen atmosphere, 5, 10 and 15 °C/ min and 25-900 °C for in natura and torrefied material (240 °C , 45 min) in order to obtain the pyrolysis kinetic parameters. Considering a single-step decomposition global reaction, the modified Coats-Redfern isoconversional methods, integral master plots, and linearization of the conversion rate as a function of the inverse of the temperature were applied, obtaining: global activation energy of 187.77 and 144.32 kJ/mol, pre-exponential factor 5.23x1012 and 6.38x108 s-1 for in natura and torrefied (240 ° C, 45 min) respectively. The conversion function of in natura and torrefied were defined as three-dimensional diffusion, but this result was not conclusive due to the influence of multiple reactions. For multiple reactions, the parallel and independent reaction scheme was applied with three (hemicellulose, cellulose and lignin) and four reactions for in natura biomass and torrefied, respectively, obtaining activation energy (50-200 kJ/mol), pre-exponential factors (between 3.50 and 1.89 x 1014 s-1) and reaction order 1 and 2. In general, all results have demonstrated the potential of this new biomass for pyrolysis and torrefaction application. It is expected that these results can contribute to future works involving thermochemical processes Mestrado Engenharia Química Mestra em Engenharia Química FAPEAM 062.00254.2014

Orientador: Araí Augusta Bernardez Pécora Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Os biocombustíveis têm sido utilizados como uma forma de solucionar os problemas relacionados à geração de energia a partir de combustíveis fósseis, por sua contribuição na redução das emissões de gases de efeito estufa e outros poluentes como SO2. O objetivo desta pesquisa é caracterizar a partícula e estudar o processo de conversão térmica de sementes de tucumã-do-Amazonas (Astrocaryum aculeatum) em óleo combustível através da caracterização dos produtos gerados no processo de pirólise rápida em reator de leito fluidizado borbulhante em escala laboratorial. O efeito da temperatura do processo foi analisado, variando-se a temperatura do reator entre 400 e 600°C, mantendo-se constante a velocidade superficial do gás de fluidização e, portanto o tempo de residência dos gases gerados no processo de pirólise. Em todos os testes, areia com diâmetro médio de 180 m foi o material inerte utilizado. As partículas de biomassa alimentadas no reator possuíam diâmetro inferior a 2 mm e os produtos (sólido, líquido e gás) gerados durante o processo foram quantificados e analisados, obtendo-se seus rendimentos em função da temperatura de operação do reator. Os resultados mostraram que a fração líquida apresentou maior rendimento quando a temperatura do reator foi de 500oC, representando 60% (em massa) dos produtos gerados. Nessa condição, o poder calorífico superior do bio-óleo (livre de umidade) foi de 20,22 MJ/kg, no entanto um valor de 30,48 MJ/kg foi obtido para temperatura do reator igual a 550°C, o que indica ter potencial para ser utilizado como biocombustível. O carvão vegetal produzido apresentou o maior poder calorífico superior a 500°C, com valor médio de aproximadamente 32 MJ/kg. A análise do carvão mostrou que o produto poderia ser aplicado como fonte para melhoria do solo assim como aditivo para fertilizante, devido aos teores obtidos de óxidos de Fe, Mg, Ca, K e Na no material. As análises dos gases produzidos mostraram que houve um crescente aumento no teor de monóxido de carbono com o aumento da temperatura do reator e que os gases gerados tem potencial para posterior queima e utilização como geradores de energia Abstract: Biofuels have been used as a contribution to solve problems related to power generation from fossil fuels, since they contribute to reduce greenhouse gas emissions and other pollutant materials such as SO2. In addition, the use of biomass and organic wastes as fuel in power plants or small thermochemical processes that generate products with higher added values may encourage the development of remote areas. The purposes of this research were the particle characterization and the study of the thermal conversion process of Amazon-tucumã (Astrocaryum aculeatum) seeds into fuel oil through the process of fast pyrolysis in a laboratory scale bubbling fluidized bed reactor. The effect of process temperature was analyzed with variation of reactor temperature between 400 and 600°C, the gas superficial velocity was kept constant, therefore, the residence time of the gases produced in the process. In all the tests the sand presenting a Sauter mean diameter equal to 180 ?m was used as inert material. The biomass presented particle diameter smaller than 2 mm and the products generated (solid, liquid and gas) during the process were quantified and analyzed, obtaining their yields as a function of the reactor temperature. The results showed that the highest value of the liquid fraction (60%wt) was obtained when the reactor temperature was 500°C. At this condition the high heating value of bio-oil (moisture free) was 20.22 MJ/kg, however a value of 30.48 MJ/kg was obtained for the reactor temperature equal to 550°C, indicating the potential for being utilized as biofuel Regarding the biochar, the highest value for its heating value was roughly 32 MJ/kg (HHV), obtained at 500oC reactor temperature. Analysis of charcoal showed that the product could be used as a fertilizing to improve soil amendment, because of the high contents of Fe, Mg, Ca, K and Na oxides in the material. Analyses of the gases produced showed that there were an increasing in the content of carbon monoxide at higher temperatures and that the gases produced have potential for burning and utilization for energy generation Mestrado Térmica e Fluídos Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Katia Tannous Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: Este trabalho tem como objetivo avaliar a reação de decomposição térmica do resíduo da semente de guaraná e seus parâmetros cinéticos por meio da técnica de termogravimetria em atmosfera oxidante. Inicialmente, as amostras de diâmetro de 259 µm foram caracterizadas quanto às propriedades física, químicas e térmicas. Como propriedade física foi determinada a massa específica aparente (1325 kg/m³) mediante a técnica de deslocamento de líquido. Como propriedades químicas, foram determinadas a análise elementar, através de um analisador elementar CHN-O obtendo os teores de carbono (41,55%), hidrogênio (6,44%), nitrogênio (1,51%) e oxigênio (45,26%), e também a análise imediata mediante normas padronizadas, obtendo os teores de materiais voláteis (ASTM E872-82), de cinzas (ASTM E1755) e de carbono fixo (diferença entre os componentes) de 79,49%, 5,25% e 15,26%, respectivamente. Como propriedades térmicas, foram determinados o poder calorífico superior (17,13 MJ/kg) obtido mediante bomba calorimétrica isotérmica e o poder calorífico inferior calculado através do PCS experimental (15,61 MJ/kg) assim como pela equação de Mendeleev (15,79 MJ/kg). A avaliação da decomposição térmica foi realizada através de três passos. No primeiro passo, as amostras foram submetidas a análise termogravimétrica aplicando taxas de aquecimento de 5 °C/min, 10 °C/min e 15 °C/min. As curvas termogravimétricas normalizadas (TG) e suas derivadas (DTG) mostraram que a decomposição da biomassa ocorreu em três etapas: liberação de umidade (25-160 °C), pirólise oxidativa (240-370 °C) e combustão (350-650 °C). A fim de complementar as características da decomposição térmicas da biomassa também foram determinadas as temperaturas de pico (318-338 °C), de ignição (284-330 °C) e de burnout (565-660 °C). No segundo passo, foram estimados os parâmetros cinéticos da reação de decomposição da biomassa. Inicialmente, as energias de ativação foram estimadas através dos métodos isoconversionais de Friedman, Ozawa-Flynn-Wall, Coats-Redfern modificado e Vyazovkin obtendo faixas de 98-184 kJ/mol e 54-155 kJ/mol para as etapas de pirólise oxidativa e de combustão, respectivamente. A partir da evolução da energia de ativação em função da conversão obtida através dos métodos isoconversionais, observou-se que a etapa de pirólise oxidativa apresentou melhor ajuste do que a etapa de combustão, caracterizada pela presença de múltiplas reações e efeitos da transferência de massa e calor. Em seguida, considerando as médias das energias de ativação obtidas pelo método de Vyazovkin para as duas etapas consideradas, foram aplicados o método das Master plots e a linearização da taxa de conversão em função do inverso da temperatura absoluta. Assim, definiram-se as funções de conversão de reação de primeira ordem e de difusão tridimensional, os fatores pré-exponenciais (6,97 x 1010 s-1 e 91,53 s-1) e as energias de ativação (49,57 kJ/mol e 85,92 kJ/mol), respectivamente. Finalmente, o terceiro passo consistiu na avaliação dos parâmetros cinéticos através da validação das curvas de conversão em função da temperatura, na qual foi observada concordância entre os dados teóricos e experimentais com desvios relativos menores que 2% e 3% para as etapas de pirólise oxidativa e de combustão, respectivamente Abstract: This work aims to evaluate the reaction of thermal decomposition of guarana seed residue and its kinetic parameters by thermogravimetric technique under oxidizing atmosphere. Initially, the samples of 259 ?m were characterized by physical, chemical and thermal properties. Concerning the physical property was determined the apparent density (1325 kg/m³) by liquid displacement technique. For chemical properties the ultimate analysis using an elemental analyzer CHN-O, carbon (41.55 %), hydrogen (6.44 %), nitrogen (1.51 %) and oxygen (45.26 %) contents, and also the proximate analysis using standard test method, reaching volatile material (ASTM E872-82), ash (ASTM E1755) and fixed carbon (by difference between components) contents quantified of 79.49%, 5.25%, and 15.26%, respectively, were determined. From thermal properties, the higher heating value (17.13 MJ/kg) was obtained by an isothermal calorimetric bomb and the lower heating value was calculated by the experimental PCS (15.61 MJ/kg) as well as by Mendeleev equation (15.79 MJ/kg). The evaluation of the thermal decomposition kinetics was realized through three steps. In the first step, the samples were submitted to the thermogravimetric analysis applying heating rates of 5 °C/min, 10 °C/min, and 15 °C/min. The thermogravimetry (TG) and their derivatives (DTG) normalized curves showed that the biomass decomposition occurred in three stages: moisture release (25-160 ° C), oxidative pyrolysis (240-370 °C), and combustion (350-650 °C). In order to complement the thermal decomposition characteristics of the biomass, it also determined the temperatures of peak (318-338 °C), ignition (284-330 °C) and burnout (565-660 °C). In the second step, the kinetic parameters of biomass decomposition reaction were estimated. Initially, the activation energies were estimated through isoconversional methods of Friedman, Ozawa-Flynn-Wall, modified Coats-Redfern and Vyazovkin ranging from 98-184 kJ/mol and 54-155 kJ/mol for oxidative pyrolysis and combustion stages, respectively. From evolution of activation energy as a function of conversion obtained through isoconversional methods, it was observed that the oxidative pyrolysis stage showed better fit than the combustion stage, which it was characterized by the presence of multiple reactions and the effects of mass and heat transfers. After that, considering the average of activation energies obtained by Vyazovkin method for the two considered stages, the Master plots method and linearization as a function of inverse of the absolute temperature were applied. Thereby, the reaction mechanisms of first order and three-dimensional diffusion, the pre-exponential factors (6.97 x 1010s-1 and 91.53 s-1), and the activation energies (149.57 kJ/mol and 85.92 kJ/mol), respectively, were determined. Finally, the third step was evaluated the quality of fit of the kinetic parameters by validating the conversion curves as a function of temperature, which was observed good agreement between theoretical and experimental data with relative deviations lower than 2 % and 3 % for oxidative and combustion stages, respectively Mestrado Desenvolvimento de Processos Químicos Mestra em Engenharia Química CNPQ 830535/1999-3

Orientador: Katia Tannous Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: Este trabalho tem por objetivo estudar o comportamento fluidodinâmico de misturas binárias entre as biomassas madeira de eucalipto (Eucalyptus grandis) e o caroço do fruto do tucumã (Astrocaryum aculeatum), e areia como inerte, visando à aplicação em processos de termoconversão que utilizam a tecnologia de leito fluidizado. Os experimentos foram realizados em uma coluna de acrílico de diâmetro interno de 0,092 m. Os materiais escolhidos pertenceram às categorias A, B e D da classificação de Geldart. Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital Abstract: The objective of this study is to analyze the fluid dynamic behavior of binary mixtures between biomasses, eucalyptus wood (Eucalyptus grandis) and tucumã endocarp (Astrocaryum aculeatum), and inert (sand), aiming the application in thermoconversion processes that use the fluidized bed technology. The experiments were carried out in an acrylic column with an internal diameter of 0.092 m. ... Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations Mestrado Engenharia de Processos Mestra em Engenharia Química

Orientador: Marcio Luiz de Souza Santos Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Este trabalho dá continuidade aos estudos teóricos do processo FGSIG/GT (Fuel-Glycerol Slurry Integrated Gasefier / Gas Turbine), que consiste em geração de potência consumindo lamas constituídas de combustível sólido particulado e glicerol. Utilizou-se uma configuração alternativa deste processo, em que utiliza etapa de secagem. O combustível utilizado foi bagaço de cana-de-açúcar seco (BCA) e glicerol cru, este por ser um resíduo da produção de biodiesel com crescente disponibilidade. A utilização desta tecnologia possibilita alimentar sólidos particulados a vasos pressurizados, sem a necessidade de aplicar alternativas complexas como sistemas de alimentação por meio de silos em série. O BCA úmido é introduzido no secador e ao deixar o equipamento, (já seco), é misturado ao glicerol bruto formando a lama que é bombeada ao gaseificador pressurizado. O gás produzido deve passar por sistemas de ciclones e filtros para diminuir o conteúdo e tamanho máximo de partículas a níveis aceitáveis para a injeção em turbinas a gás. O resfriamento do gás também é necessário para diminuição da concentração de substâncias alcalinas que podem contribuir para erosão e corrosão de turbinas. Ciclos Rankine são utilizados para recuperar energia. Utilizaram-se os softwares CeSFaMB© e IPES© para otimização do processo estudado. Outros trabalhos já foram publicados, porém sem a etapa de secagem. Os parâmetros considerados como variáveis no presente trabalho foram: vazão mássica de glicerol na formação da lama combustível, vazão mássica de ar injetado no gaseificador e diâmetro hidráulico do equipamento, tendo como função objetivo a eficiência exergética. O valor encontrado para Eficiência de 1ª e de 2ª Lei da Termodinâmica foram de aproximadamente 47% e 36%, respectivamente, em que as melhores eficiências foram apresentadas para baixas concentrações de glicerol na lama alimentada ao processo Abstract: This work continues the theoretical studies of the FGSIG / GT (Fuel-Glycerol Slurry Integrated Gasifier / Gas Turbine) process, which consists of power generation consuming slurry consisting of solid particulate fuels and glycerol. An alternative configuration of this process has been used, which applies a drying step. The fuel studied is sugarcane bagasse (SCB) mixed with crude glycerol, which is a residue of biodiesel production, and increasingly available. The use of this technology makes it possible to feed particulate solids into pressurized vessels, without the need of complex alternatives such as feeding systems with a series of silos. The wet SCB is introduced into the dryer. From it, the dry SCB is mixed to the crude glycerol to form the slurry that is pumped into the pressurized gasifier. The produced gas must pass through cyclone systems and filters to lower the gas particle content and the maximum particle size to levels acceptable for gas turbine injection. Cooling is required to decrease the concentration of alkaline species that might corrode and erode turbine blades. Rankine cycles are used for energy recovering. The software CeSFaMB© and IPES© are used to optimize the studied process. The parameters considered as variables in the present work were glycerol mass flow in the formation of combustible slurry, mass flow of air injected in the gasifier and hydraulic diameter of the equipment, having as objective function the exergetic efficiency. The values found for the 1st and 2nd Law Thermodynamic Efficiency were approximately 47% and 36%, respectively, and the best efficiencies were presented for low glycerol concentration in the slurry fed to the process Mestrado Térmica e Fluídos Mestra em Engenharia Mecânica CNPQ 131791/2017-6

Orientadores: Katia Tannous, João Bosco Ferreira Filho Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: Esta pesquisa tem como objetivo o desenvolvimento de uma ferramenta educacional de simulação de reatores químicos, batelada, CSTR e PFR, operando isotermicamente, adi- abaticamente e com troca térmica utilizando a linguagem de programação Python. Para o desenvolvimento desta ferramenta foram utilizados os softwares Jupyter Notebook v3.6 para codificação da modelagem matemática; Qt v5 para desenho da interface gráfica; e, PyCharm 2018.1 para integração do código em Python com a interface. Além destes, o software Aspen Plus e Excel/método de Runge-Kutta de 4a ordem foram aplicados para verificação da modelagem matemática. O aplicativo foi desenvolvido mediante as etapas de planejamento, modelagem, construção e emprego do Processo Ágil, assim como a prática de desenvolvimento orientado a testes, como forma de organizar a elaboração e execução do mesmo. O algoritmo do projeto de reatores químicos foi baseado naquele proposto por Fogler (2009) utilizando como base a montagem da lógica da resolução dos sistemas de equações não-linear e equações ordinárias diferenciais compostos por leis de velocidade, balanços molares e de energia. Além disso, houve a adição de etapas para determinação do volume e tempo reacional anteriores a estes sistemas e cálculos termodinâmicos da constante de equilíbrio e concentração não utilizados por este autor. Já para a validação do software, foi criado um questionário sobre sua usabilidade aos estudantes de engenha- ria química. Como resultado deste projeto, o software possui uma interface principal que introduz ao objetivo e funcionalidades do software através de imagens, textos e botões e, a partir dessa, tem-se o acesso aos três módulos do simulador (módulo isotérmico, adiabático e com troca térmica). Todos estes módulos possuem dois módulos de cálculos termodinâmicos que determinam a concentração inicial e a constante de equilíbrio e um módulo de cálculo cinético que determina a constante de velocidade de reação. Ao final dos preenchimentos dos campos de entrada, é apresentada uma tela contendo gráficos comparativos de concentração, temperatura e conversão em função do volume e do tempo de reação, permitindo ao usuário escolher a melhor opção dentre os reatores simulados. Para conferir a confiabilidade da modelagem feita, foram realizados testes de verificação no Jupyter Notebook através da replicação de 36 casos de estudo, como a reação de Diels-Alder e isomerização do n-butano, retirados de livros didáticos clássicos de reatores químicos. Os resultados destes testes foram comparados com os exercícios de livros didáticos, valores da literatura e através do Aspen Plus e planilha Excel mediante o erro relativo. Para a modelagem matemática utilizada, obtiveram-se erros relativos menores que 5%, o que confere confiabilidade, porém quando comparados com o Aspen ou valores da literatura, alguns erros ficaram maiores que 10%, os quais são justificados pelas simplificações feitas para fins didáticos. Os testes de usabilidade referente ao módulo isotérmico foram aplicados no minicurso da 21ª Semana de Engenharia Química da UNICAMP e na disciplina eletiva Tópicos em Processos Químicos, a qual nesta também foi avaliado o módulo adiabático. Mediante análise da avaliação do questionário, inferiu-se que o software é uma ferramenta simples e intuitiva que poderia ser utilizada como complemento dentro de sala de aula, pois facilitou o entendimento dos conteúdos relacionados a cinética e reatores químicos, pode-se considerar uma ferramenta de êxito Abstract: This research aims to develop an educational tool for simulation of chemical reactors, batch, CSTR and PFR, operating isothermically, adiabatically and with thermal exchange using the Python programming language. For the development of this tool we used Jupyter Notebook v3.6 software for coding mathematical modeling; Qt v5 for graphic interface design; and, PyCharm 2018.1 for integration of Python code with the interface. In addition, the software Aspen Plus and Excel/Runge-Kutta 4th order method were applied to verify the mathematical modeling. The application was developed through the stages of planning, modeling, construction and employment of the Agile Process, as well as the practice of testdriven development, as a way to organize the elaboration and execution of the same. The algorithm of the design of chemical reactors was based on that proposed by Fogler (2009) using as base the assembly of the logic of the resolution of the systems of nonlinear equations and ordinary differential equations composed by laws of velocity, molar and energy balances. In addition, there were addition of steps to determine the volume and reaction time prior to these systems and thermodynamic calculations of the equilibrium constant and concentration not used by this author. In order to validate the software interface, a questionnaire was created on the usability of the simulator to be applied to chemical engineering students. As a result of this project, the software has a main interface that introduces the objective and functionalities of the software through images, texts and buttons and, from this, one has access to the three modules of the simulator (isothermal, adiabatic and exchange module thermal). All these modules have two modules of thermodynamic calculations that determine the initial concentration and the equilibrium constant and a kinetic calculation module that determines the reaction rate constant. At the end of the input field fills, a screen containing comparative graphs of concentration, temperature and conversion is presented, depending on the volume and the reaction time, allowing the user to choose the best option among the simulated reactors. To verify the reliability of the modeling, verification tests were performed in Jupyter Notebook through the replication of 36 case studies, such as the Diels-Alder reaction and isomerization of n-butane, taken from classic didactic books of chemical reactors. The results of these tests were compared with the textbook exercises, literature values and through the Aspen Plus and Excel spreadsheet using the relative error. For the mathematical modeling used, relative errors of less than 5 % were obtained, which confers reliability, but when compared with the Aspen or literature values, some errors were greater than 10 %, which are justified by the simplifications made for educational purposes. The usability tests for the isothermal module were applied in the mini-course of the 21st Week of Chemical Engineering of UNICAMP and in the elective discipline Topics in Chemical Processes, which also evaluated the adiabatic module. Based on the evaluation of the questionnaire evaluation, it was inferred that the software is a simple and intuitive tool that could be used as a complement in the classroom, since it facilitated the understanding of contents related to kinetics and chemical reactors, it can be considered a tool was successful Mestrado Engenharia Química Mestra em Engenharia Química CNPQ 169113/2018-3 CAPES 0566/2017 FAEPEX 2773/19

Orientador: Waldir Antonio Bizzo Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Diversos processos utilizam as características fluidodinâmicas das partículas sólidas, tais como processos de separação, a combustão em leito fixo, leito fluidizado ou em suspensão e transporte de sólidos. Assim, otimizá-los, reduzir seu impacto no meio ambiente e torná-lo mais atrativo economicamente requer uma boa compreensão da influência da forma, tamanho e densidade dessas partículas. Este trabalho tem como objetivo determinar o coeficiente de arraste mediante a caracterização física das biomassas (bagaço e palha da cana-de-açúcar, bambu e ramo de mandioca) através de dois métodos separação: elutriação e peneiramento. Uma bancada experimental foi construída para separar as partículas de biomassa a partir da sua velocidade de arrasto. Na separação da biomassa, usaram-se 10 velocidades de arrasto (0,6 até 6 m/s ) na elutriação e 10 aberturas de malha (388 até 2360 ?m) no peneiramento. As características dimensionais das partículas das frações obtidas, tanto pela elutriação quanto pelo peneiramento, foram determinadas através de análise de imagem. Densidade aparente da partícula (picnometria) e teor das cinzas (norma ASTM E1755 de 2015) foram determinadas para todas as frações separadas através da elutriação. Os resultados mostraram que a metodologia de separação usada tem uma grande influência na determinação e medição das características físicas (comprimento maior e menor, área projetada, volume e esfericidade) das partículas de biomassa. Assim mesmo, os fatores de forma existentes na literatura foram insuficientes para quantificar a irregularidade das partículas de biomassa, em ambos processo de separação. As análises da morfologia das partículas de biomassa mostraram que nas partículas mais finas de bagaço e bambu existem dois tipos de partículas: medula e fibra. As partículas mais finas de todas as biomassas apresentaram maior quantidade de cinzas: 6,5 % para a palha, 3,4% para a mandioca, 3,1% para o bagaço e 2,1% para o bambu. As correlações da literatura para calcular as velocidades e coeficientes de arrasto apresentaram resultados diferentes das medidas experimentalmente, principalmente para as partículas de maior relação comprimento-diâmetro. O bagaço apresentou os maiores desvios, de até 10,7 vezes entre a velocidade estimada e experimental. O coeficiente de arrasto das partículas de bagaço foram mais claramente afetados pela relação comprimento-diâmetro. As estimativas feitas para o coeficiente de arrasto usando uma equação estabelecida apenas em função das características físicas da partícula (sem fatores de forma) estiveram muito próximas às obtidas pelas correlações da literatura (com a esfericidade). O anterior mostra que o fator de correção da esfericidade, nos termos estabelecidos nas correlações da literatura, não fornece uma significação equivalente à irregularidade das biomassas estudadas Abstract: Several processes use the fluid dynamics characteristics of the solid particles, such as separation processes, fixed bed combustion, fluidized bed or suspended and solid transport. Thus, optimizing them, reducing their impact on the environment, and making it more economically attractive requires a good understanding of the influence of the shape, size, and density of these particles. This work aims to determine the drag coefficient through the physical characterization of biomasses (sugarcane bagasse and straw, bamboo and cassava branch) through two separation methods: elutriation and sieving. An experimental workbench was built to separate the biomass particles from their drag velocities. In the biomass separation, 10 drag velocities (0.6 to 6 m/s) were used in the elutriation and 10 mesh openings (388 to 2360 ?m) were used in the sieving. The dimensional characteristics of the particles of the fractions obtained, by both elutriation and sieving, were determined by image analysis. Apparent particle density (pycnometry) and ash content (ASTM E1755 of 2015) were determined for all fractions separated by elutriation. The results showed that the separation methodology used has a great influence on the determination and measurement of the physical characteristics (major and minor length, projected area, volume and sphericity) of the biomass particles. Likewise, the existing form factors in the literature were insufficient to quantify the irregularity of the biomass particles in both separation processes. The morphology analysis of the biomass particles showed that in the finer particles of bagasse and bamboo there are two types of particles: spongy pith and fiber. The finer particles of all biomasses presented the highest ash amount: 6.5% for the straw, 3.4% for the cassava branch, 3.1% for the bagasse and 2.1% for the bamboo. The literature correlations to calculate the velocities and drag coefficients showed different results from those measured experimentally, especially for the particles of greater length-diameter ratio. The bagasse presented the greatest deviations, up to 10.7 times between estimated and experimental velocity. The drag coefficient of the bagasse particles was more clearly affected by the length-diameter ratio. The estimates made for the drag coefficient using an equation established only in function of the physical characteristics of the particle (without form factors) were very close to those obtained by the correlations in the literature (include sphericity). The previous one shows that the correction factor of the sphericity, in the terms established in the correlations of the literature, does not provide a signification equivalent to the irregularity of the studied biomasses Doutorado Térmica e Fluídos Doutor em Engenharia Mecânica CNPQ 141252/2015-4

Orientador: Katia Tannous Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: Desde a criação do curso de engenharia química, houve um grande salto tecnológico. Softwares para simulação e projeto de equipamentos foram criados, porém alguns destes possuem um custo elevado, incompatíveis com orçamentos de empresas, universidades, profissionais autônomos e estudantes. Com isso, este trabalho objetiva o desenvolvimento de uma ferramenta computacional para o projeto e avaliação de colunas de destilação de misturas multicomponentes, considerando uma base de dados de 113 hidrocarbonetos em dois módulos operacionais diferentes, Shortcut e Rigoroso. Equações de estado cúbicas de Peng-Robinson e Soave-Redlich-Kwong foram introduzidas para a determinação dos parâmetros termodinâmicos (pressão de bolha e de orvalho, e volatilidade relativa). Para o módulo Shortcut, foi implementado o método de Fenske-Underwood-Gilliland, a fim de determinar a razão de refluxo mínimo, o número teórico de estágios, as vazões molares e temperaturas do destilado e do resíduo de fundo, e o estágio de alimentação da coluna. Já para o módulo Rigoroso, utilizou-se o método Theta, que determina as vazões molares de líquido e vapor interestágios, a temperatura de cada estágio, a composição molar do destilado e do resíduo de fundo, e o fluxo de calor no condensador e refervedor. Os resultados podem ser exportados em arquivo PDF ou podem ser transferidos para uma nova planilha para tratamento dos dados. A metodologia de desenvolvimento do software foi o do "modelo V" em VBA usando Microsoft Excel® 2013. Os resultados foram comparados com o software Aspen Hysys®. Os testes termodinâmicos, do módulo Shortcut e do Rigoroso, obtiveram erros relativos médios menores que 5%. Esta ferramenta computacional foi testada em três diferentes cursos na Faculdade de Engenharia Química da Universidade Estadual de Campinas (FEQ-UNICAMP), mostrando que o software é intuitivo, fácil de achar as informações e de calcular os exercícios mais complexos. Sendo assim, este apresentou resultados significativos visto ser uma operação complexa, permitindo facilmente o projeto de uma coluna fracionadora, podendo ser usado por estudantes de engenharia química e profissionais de diferentes áreas para expandir seus conhecimentos Abstract: Since the beginning of the chemical engineering course, there has been a great technological leap. New software were created for simulation and equipment design, nevertheless some of them have a high cost, incompatible with budgets of companies, universities, freelancers, and student. Thus, this work aims to develop a computational tool for evaluation and distillation columns design of multicomponent mixtures, considering a database of 113 hydrocarbons in two different operational modules, Shortcut and Rigorous. Peng Robinson and Soave-Redlich-Kwong cubic equations of states were introduced to determine the thermodynamics parameters (bubble and dew pressure, and relative volatility). For the Shortcut module, the Fenske-Underwood-Gilliland method was implemented in order to determine the minimum reflux ratio, the theoretical number of stages, the molar flows and temperatures of the distillate and bottom residue, and the feeding stage of the column. For the Rigorous module, the Theta method was used, which determines the interstages molar flow rates of liquid and vapor, the temperature of each stage, the molar composition of the distillate and bottom residue, and the heat flow in the condenser and reboiler. The Results can be exported as a PDF file or can be transferred to a new spreadsheet for data processing. The software development methodology was the "V model" in VBA using Microsoft Excel® 2013. The results were compared with Aspen Hysys® software. Thermodynamic, Shortcut and Rigorous modules tests resulted in a mean relative errors of less than 5%. This computational tool was tested in three different courses in the School of Chemical Engineering at University of Campinas (FEQ-UNICAMP) showing that the software is intuitive, easy to find information and to calculate the most complex exercises. Therefore, it presented significant results since multicomponents distillation is a complex operation, allowing easily a fractionating column design, that can be used by chemical engineering students and professionals from different areas to expand their knowledge Mestrado Engenharia Química Mestre em Engenharia Química CNPQ 167870/2018-1 CAPES 001

Orientador: Katia Tannous Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: Este estudo tem como objetivo determinar os parâmetros cinéticos da reação de pirólise da cana-de-açúcar IACSP95-5000 mediante o uso de termogravimetria, a fim de avaliar a potencial aplicação em processos de conversão térmica. A variedade híbrida in natura foi cultivada no Departamento de Biologia da UNICAMP, moída em moinho de facas e seca a 103 ºC por 24 horas. O material foi submetido ao peneiramento obtendo diâmetro de partículas entre 210-297 ?m. As análises termogravimétricas foram realizadas empregando-se quatro taxas de aquecimento (5, 10, 15 e 20 ºC/min) em atmosfera de nitrogênio. A análise das curvas de TG/DTG permitiu avaliar seis faixas de temperatura: 150-400 °C, 170-440 °C, 180-380 °C, 180-400 °C, 180-420 °C e 190-430 °C a fim de obter a que melhor representasse a pirólise. Considerando modelo de reação global, a energia de ativação foi obtida pelos métodos isoconversionais de Friedman (1964), Ozawa-Flynn-Wall (1965, 1966), Coats-Redfern Modificado (1991) e avançado de Vyazovkin (1997). A faixa de pirólise selecionada foi de 180-420 ºC e conversão entre 0,05 a 0,90, obtendo as seguintes energias de ativação médias: 163,72, 160,33, 159,17 e 159,87 kJ/mol, para cada um dos métodos, respectivamente. As Master Plots mais representativas para o mecanismo de decomposição da biomassa foram dadas por funções de conversão de ordem n, considerando a energia média do método de Vyazovkin. No entanto, o modelo de reação de 6ª ordem (F6), considerando a faixa de conversão de 0,05 a 0,75 para a última faixa de temperatura selecionada, representou o menor desvio médio e foi aplicado para a simulação do passo único. Em seguida, o método de linearização foi utilizado para validar as energias de ativação obtidas pelos métodos isoconversionais (135,76 kJ/mol) e para obtenção do fator pré-exponencial (2,53.1011 1/s). Esses parâmetros cinéticos foram utilizados para simular a conversão e a taxa de conversão teóricas aplicando o modelo de passo único, no qual apresentou desvios médios de 8,93-9,99% e 20,75-21,89%, respectivamente, entre as taxas de aquecimento. Assim, o esquema de reação paralelas e independentes foi aplicado considerando a faixa de temperatura de 150-900 ºC. Os parâmetros obtidos para os quatro principais componentes (extrativos, hemicelulose, celulose e lignina), foram: energia de ativação de 131,00-133,73, 102,90-103,90, 174,00-174,10 e 61,90-68,24 kJ/mol; fator pré-exponencial de 1,68.1011-6,17.1011,1,75.107-2,39.107, 1,62.1012-2,05.1012 e 71,00-200,00 1/s, ordem de reação de 1,00-1,50 e frações de decomposição de 0,17-0,33, respectivamente, para as quatro taxas de aquecimento. Os desvios médios da conversão e das taxas conversão entre teórico e experimental foram de 3,55-4,82% e 4,41-4,72%, respectivamente, validando o Esquema de Reações Paralelas e Independentes (ERPI). Estes resultados permitiram maior adequação à esse modelo e mostraram a possibilidade de uso do híbrido para produção de energia, depois da remoção de extrativos, a fim de maximizar a recuperação de resíduos, contribuindo com a sustentabilidade Abstract: This study aims to determine the kinetic parameters of the pyrolysis reaction of the sugarcane IACSP95-5000 using thermogravimetry in order to evaluate the potential application in thermal processes. The raw material was cultivated in the Department of Biology of UNICAMP, ground in a knife mill and dried at 103ºC for 24 hours. After sieving, the particle diameter between 210-297 ?m was selected. The thermogravimetric analyses were carried out using four heating rates (5, 10, 15 and 20º C/min) in a nitrogen atmosphere. TG and DTG curve analysis allowed evaluating six temperature ranges: 150-400 °C, 170-440 °C, 180-380 °C, 180-400 °C, 180-420 °C and 190-430 °C in order to obtain the pyrolysis representation. Considering the single-step reaction model, the activation energy was obtained through the following isoconversional methods: Friedman (1964), Ozawa-Flynn-Wall (1965, 1966), Modified Coats-Redfern (1991) and Vyazovkin (1997). The best temperature range was 180-420 ºC and conversion range between 0.05 to 0.90 obtaining apparent activation energies of 163.72, 160.33, 159.17 and 159.87 kJ/mol for each one of the methods, respectively. The most representative biomass decomposition model from Master Plots method was described by the n-order reaction models considering the mean activation energy of the Vyazovkin method. However, the 6th order reaction model (F6), considering the conversion range of 0.05 to 0.75 for the latter temperature range chosen, represented the lowest average deviation and it was applied for the single step simulation. In the sequence, the linearization method was used to validate the activation energy (135.76 kJ/mol) obtained by the isoconversional methods and for obtaining the pre-exponential factor (2.53*1011 1/s). These kinetic parameters were used to simulate the theoretical conversion and the conversion rates applying the single-step model, which presented an average deviation of 8.93-9.99% and 20.75-21.89%, respectively, between the heating rates. Thus, the independent parallel reaction scheme was applied considering the temperature range of 150-900 °C. The parameters obtained for the four main components (extractives, hemicellulose, cellulose and lignin) were: activation energy of 131.00-133.73, 102.90-103.90, 174.00-174.10 and 61.90-68.24 kJ/mol; pre-exponential factor of 1.68.1011-6.17.1011, 1.75.107-2.39.107, 1.62.1012-2.05.1012 and 71.00-200.00 1/s, reaction order of 1.00-1.50, and decomposition fractions of 0.17-0.33, respectively, for the four heating rates. The average deviation of the conversion and conversion rates between theoretical and experimental were 3.55-4.82% and 4.41-4.72%, respectively validating the independent parallel reactions scheme (IPRS). These results allowed better adequacy to this model and illustrated the possibility to use the hybrid for energy production, after extractives removal, in order to maximize waste recovery contributing with sustainability Mestrado Engenharia Química Mestre em Engenharia Química FAPESP 887.340847/2019-00

Orientador: Waldir Antonio Bizzo Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: O carvão ativado é um material com alto conteúdo de carbono eficaz na adsorção de poluentes em soluções aquosas, incluindo metais pesados, corantes, produtos orgânicos e farmacêuticos. A produção de carvão ativado a partir de biomassas de origem residual e renovável é justificada por motivos ambientais e econômicos. Este estudo investiga a produção de carvão ativado do bambu da especie "Merostachys skvortzovii" por pirólise lenta de acordo com métodos de ativação física e química. O "M. skvortzovii" é uma espécie de bambu nativo do Brasil também conhecido como taquara-lixa. Pode ser encontrado principalmente nas regiões de São Paulo, Paraná, Rio Grande do Sul e Santa Catarina, embora também cresça em outras áreas como nas regiões da América Central e do Sul. O método de ativação físico envolveu dois diferentes agentes ativadores que foram CO2 e ar. O método de ativação químico envolveu agentes ativantes H3PO4 e KOH. O planejamento experimental foi utilizado para a síntese de carvões ativados produzidos. O método de ativação físico foi realizado seguindo um planejamento fatorial tendo como fatores a temperatura de ativação e o tempo de ativação. O método de síntese química foi realizado seguindo um planejamento fatorial tendo como fatores a temperatura de ativação, tempo de ativação, taxa de impregnação e agente de ativação química. O bio-carvão e os carvões ativados produzidos foram avaliados e testados como adsorventes para a remoção do azul de metileno numa solução aquosa. A avaliação técnica incluiu uma caracterização detalhada de propriedades físicas e características químicas usando uma combinação de métodos analíticos como análise elementar e imediata, composição estrutural, microscopia eletrônica de varredura (MEV/EDS), estudos espectroscópicos de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), propriedades de área superficial usando o método de BET, assim como testes de pirólise lenta através de análise termogravimétrica (TGA / DTG) para compreender o comportamento de decomposição da matéria-prima. Testes experimentais sob diferentes condições foram conduzidos para maximizar a capacidade de adsorção e as caraterísticas de área superficial específica dos produtos finais. O planejamento experimental foi utilizado para a síntese de carvões ativados produzidos. De acordo com a análise estatística obtida a partir da análise de variância, durante a ativação física, constatou-se que a temperatura foi o fator mais relevante no processo de ativação. A área superficial máxima de BET alcançada pela ativação com CO2 foi de 350 m^2/g enquanto que para a ativação com ar foi de 250 m^2/g. Para ativação química, os agentes de ativação H3PO4 e KOH desempenharam os papéis mais significativos nas propriedades. A área superficial máxima de BET alcançada pela ativação com H3PO4 foi de 736 m^2/g, enquanto para a ativação com KOH foi de 1423 m^2/g. Os resultados obtidos mostraram que é possível obter carvões ativados de alta qualidade a partir de bambu, utilizando ativação física e química. Abstract: Activated carbon is a material with a high carbon content and effective in the adsorption of pollutants from aqueous solutions, including heavy metals, dyes, organics and pharmaceuticals products. The production of activated carbon from residual and renewable biomass is justified for environmental and economic reasons. This study investigates the production of activated carbon from "Merostachys skvortzovii" bamboo by slow pyrolysis in accordance with physical and chemical activation methods. "M. skvortzovii" is a native bamboo species from Brazil, also is known as "taquara-lixa" . This species can be found mostly along the "Floresta Ombrófila Mista" (Araucaria forest) particularly in the regions of São Paulo, Paraná, Rio Grande do Sul and Santa Catarina, although it grows in other regions of Central and South America. The physical activation method involved two different activating agents that were CO2 and air. The chemical method involved H3PO4 and KOH agents. The experimental design were used for the physical and chemically activated carbons produced. The physical method was performed following a factorial design having as factors the activation temperature and activation time. The chemical synthetic method was performed following a factorial design having as factors the activation temperature, activation time, impregnation rate and chemical activation agent. The biochar and activated carbon were evaluated and tested as adsorbents for the removal methylene blue in an aqueous solution. The technical evaluation included a detailed characterization of physical properties and chemical characteristics using a combination of analytical methods as elemental and proximate analysis, structural composition, scanning electron microscopy (SEM/EDX), the Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopic studies, surface area properties using BET equation as well as slow pyrolysis tests through thermogravimetric analysis (TGA/DTG) to understanding the decomposition behavior of the feedstock. Experimental test under different conditions have been conduced in order to maximize the adsorption capacity and BET surface of the final product. According to the statistical analysis obtained from the analysis of variance, during the physical activation, temperature has been found to be the most relevant factor. The maximum BET surface area achieved by CO2 activation was 350 m^2/g while for air activation was 250 m^2/g. For chemical activation the activation agents H3PO4 and KOH played the most significant roles in the properties. The maximum BET surface area achieved by H3PO4 activation was 736 m^2/g while for KOH activation was 1423 m^2/g. The results obtained show that it is feasible to produce activated carbon with high-quality from bamboo using physical and chemical activation Doutorado Térmica e Fluídos Doutora em Engenharia Mecânica CAPES 001

Orientador: Katia Tannous Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: Este trabalho objetiva caracterizar o comportamento fluidodinâmico da mistura binária da biomassa palha de milho e inerte (areia), a fim de investigar sua aplicabilidade em processos que utilizam leitos fluidizados gasosos. Os materiais sólidos foram caracterizados mediante as propriedades físicas como diâmetro médio de Sauter por peneiramento, esfericidade pela análise de imagens das partículas usando software APOGEO e massa específica aparente via porosimetria de mercúrio. Para a palha de milho, foram obtidos diâmetros médios de 0,253 mm, 0,496 mm e 0,962 mm, esfericidade entre 0,18 e 0,32 e massa específica aparente de 936 kg/m³. A areia utilizada foi de diâmetro médio de 0,335 mm, esfericidade de 0,85 e massa específica de 2636 kg/m³. Os experimentos de fluidodinâmica foram realizados em uma coluna de acrílico alimentada com ar comprimido e em temperatura ambiente. As misturas estudadas foram baseadas em cinco razões de frações mássicas entre biomassa e areia, de 2,5 m-%, 5,0 m-%, 7,5 m-%, 10,0 m-% e 12,5 m-% e três razões de diâmetro entre os materiais (0,76, 1,48 e 2,87). Os ensaios fluidodinâmicos permitiram a determinação das velocidades características de fluidização inicial (Ufi), aparente (Ufa), de segregação (US) e completa (Ufc), além das porosidades aparente (?fa) e completa (?fc) do leito. Os métodos utilizados para a identificação destes parâmetros foram: queda de pressão total, desvio padrão das flutuações de pressão, expansão do leito, inspeção das flutuações de pressão e espectro de potência. As velocidades, em geral, aumentaram com o aumento da razão de diâmetro e razão de fração mássica entre as partículas, sendo a variação mais expressiva (maiores que 100%) com o aumento da primeira variável, principalmente entre as razões de diâmetro 0,76 e 1,48. A porosidade aparente do leito também aumentou com as mesmas razões, mas neste caso, a razão de fração mássica teve influência mais expressiva (aumento entre 24,5% e 37,0%) do que a razão de diâmetro (máximo de 21,5%). A porosidade completa apresentou menor influência de ambas as variáveis fluidodinâmicas, com um aumento máximo de 15%. Os comportamentos de fluidização observados foram leito fixo, segregação total, segregação parcial e mistura completa, na qual se verificou intermitência entre borbulhamento e empistonamento. As velocidades características identificadas experimentalmente foram comparadas através de valores teóricos mediante correlações da literatura. Ufa teve erro relativo médio absoluto entre 22,12% e 30,61% considerando correlações de misturas de partículas, enquanto este mesmo erro foi entre 23,97% e 696,55% utilizando correlações de misturas de biomassa e inerte. A Ufc apresentou erro relativo médio absoluto entre 38,96 % e 146,6%, Ufi entre 21,55% e 31,0% e US de 25,81%, considerando uma única correlação encontrada para esta velocidade. Por fim, novas correlações empíricas foram propostas para possibilitar o cálculo destas velocidades características considerando os dados experimentais desta dissertação e da literatura. As correlações apresentaram boa concordância, com erros relativos menores que 30,1%, o que é comparável com outras correlações da literatura Abstract: This research aims to characterize the fluid dynamics behavior of corn straw biomass with an inert (sand) in order to investigate its applicability in gaseous fluidized bed processes. Initially, several material characteristics were determined such as Sauter mean diameter by granulometric distribution, sphericity by particle image analysis using APOGEO software and particle density by mercury porosimetry. The corn straw mean diameter were 0.253 mm, 0.796 mm and 0.983 mm; sphericity between 0.19 and 0.32 and particle density of 936 kg/m³. The sand mean diameter was 0.335 mm, sphericity of 0.85 and particle density of 2636 km/m³. The fluid dynamic study was executed in an acrylic column fed with compressed air at room temperature. The binary mixtures had mass fraction ratio between biomass and inert of 2.5 w-%, 5.0 w-%, 7.5 w-%, 10.0 w-% and 12.5 w-% and diameter ratio between particles of 0.76, 1.48 and 2.87. The initial (Uif), apparent (Uaf), of segregation (Us) and complete (Ucf) velocities were obtained by mean pressure drop, standard deviation of pressure fluctuations, bed expansion, pressure fluctuations inspection and power spectral methods. In general, the characteristic velocities increased with the increase of the diameter and mass fraction ratio between materials, however, a more expressive variation was observed for the first ratio, specially between 0.76 and 1.48 with increase higher than 100% for all the velocities. The apparent bed porosity (?fa) also enhanced with the increase of diameter and mass fraction ratios, nevertheless, the mass ratio was more expressive (increase between 24.5% and 37.0%) than the diameter ratio (21.5% maximum). The complete bed porosity (?fc) showed low influence of particle characteristics with a maximum increase of 15.0%. The fluid dynamic behaviors observed were fixed bed, total segregation, partial segregation and complete mixture, in which bubbling and slugging intermittence were verified. The empirical characteristic velocities were compared with theorical values calculated from literature correlations. Uaf presented an absolute mean relative error between 22.12% and 30.61% considering inert particle mixtures correlations, and between 23.97% and 696.55% for biomass and inert mixtures correlations. Ucf showed absolute mean relative error between 38.96 and 146.6%, Uif between 21.55% and 31.0% and Us of 25.81%. Therefore, new empirical correlations were proposed in order to calculate the characteristic velocities in otherwise situations than experimental, taking into consideration the empirical data from this work and from literature. The new correlations were in good agreement with data presenting relative errors lesser than 30,1% which is comparable with other correlations Mestrado Engenharia Química Mestra em Engenharia Química CAPES 88882.329666/2019-1 FAEPEX 2957/17

Orientador: Katia Tannous Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: Este trabalho teve por objetivo avaliar a eficiência de remoção e capacidade de adsorção da fibra de coco in natura a partir de soluções aquosas sintéticas de cromo hexavalente baseando-se na concentração real de um efluente da indústria de galvanoplastia. Os ensaios experimentais de adsorção foram realizados em batelada sob temperatura ambiente (24 oC ± 1 oC), cujos efeitos de pH (1,0-7,0), concentração de adsorvente (2 g/L - 12 g/L), tempo de contato (5 min - 300 min) e concentração inicial de metal (25 mg/L - 250 mg/L) foram avaliados. O diâmetro da partícula entre duas peneiras consecutivas (359 µm) e velocidade de agitação do sistema (250 rpm) foram mantidos constantes. As condições ótimas estabelecidas para a adsorção do Cr (VI) pela fibra de coco in natura foram de pH 2, tempo de contato de 270 min e 10 g de adsorvente/L de solução. A eficiência de remoção para as soluções aquosas sintéticas de Cr (VI), nas concentrações de 25-50 mg/L, foi de 99,2%. A capacidade máxima de adsorção encontrada experimentalmente foi de 18,60 mg/g, sendo este valor coerente com os apontamentos da literatura. No entanto, a remoção diminuiu de 96,3% para 74,4% quando as soluções de Cr (VI) variaram de 100 mg/L para 250 mg/L. Os ajustes dos modelos cinéticos e isotérmicos pela regressão não-linear foram mais adequados para descrever os mecanismos associados à adsorção. A cinética de adsorção apresentou um bom ajuste para os modelos de pseudossegunda ordem nas concentrações de Cr (VI) de 25-50 mg/L com R² > 0,995 e baixos valores de 'qui'² ( 0,996, 'qui'² 0,997, 'qui'² (0,18 mg/g), MPSD (11,20 %), ERM (-1,33%) e ERMA (5,59%), indicando uma adsorção favorável e recobrimento em monocamada. Em conclusão, pode-se predizer que a fibra de coco apresentou um bom potencial na remoção do Cr (VI) mostrando a sua aplicabilidade na remoção deste metal Abstract: This work aims to evaluate the removal efficiency and adsorption capacity of raw coconut fiber using hexavalent chromium synthetic aqueous solutions based on a real effluent from electroplating industry. The adsorption experimental assays were carried out in batch method under room temperature (24 oC ± 1 oC), which pH effects (1-7), adsorbent dosage (2-12 g/L), contact time (5-300 min), and initial metal concentration (25-250 mg/L) were evaluated. The particle size between two consecutive sieves (359 µm) and agitation speed (250 rpm) were kept constant. The optimum conditions established for Cr (VI) adsorption by raw coconut fiber were pH 2, contact time of 270 min and 10 g of adsorbent dosage/L solution (or 0.5 g of adsorbent/ 50 mL of solution). The removal efficiency of Cr (VI) synthetic aqueous solutions at 25-50 mg/L was 99.2 %. However, the removal decreased from 96.3% to 74.4% when Cr (VI) solutions ranged from 100 mg/L to 250 mg/L. The maximum adsorption capacity found from adsorption tests was 18.60 mg/g, being this value consistent with reports in literature. Upon the adjustment of the isotherms and kinetic models, the nonlinear regression were the most suitable to describe the mechanisms associated with adsorption. The pseudo-second order model was more suitable for describing adsorption kinetics of Cr (VI) at 25-50 mg/L with R² > 0,995 and low 'qui'² ( 0.996, 'qui'² < 0.10 mg/g, MPSD < 2.48%, ERM < 0.014%, and ERMA < 1.710%, suggesting a chemisorption process. The equilibrium conditions showed good agreement by Redlich-Peterson isotherm model with R² (0.997), 'qui'² (0.18 mg/g), MPSD (11.20 %), ERM (-1.33 %), and ERMA (5.59 %), indicating a favorable adsorption with monolayer coverage. In conclusion, the coconut fiber exhibited a good potential to remove Cr (VI) from aqueous solutions showing its applicability in chromium removal Mestrado Engenharia Química Mestra em Engenharia Química CNPQ 133856/2017-8 CAPES, PROEX 0566/2017

Orientador: Waldir Antonio Bizzo Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Neste trabalho foram avaliadas as características físicas, químicas e mineralógicas das cinzas de bagaço e palha de cana-de-açúcar em função da temperatura de combustão, lixiviação, granulometria e fração de palha em mistura com bagaço. Estas informações contribuem a uma maior compreensão das transformações que as cinzas sofrem durante a combustão e seus possíveis impactos na formação de depósitos. A metodologia de preparação proporcional das amostras de bagaço (B) e palha (P) permitiu reduzir a influência da segregação de partículas na variabilidade dos resultados. A análise da composição química das amostras de cinzas de palha mostrou que as proporções de K, S e Cl diminuem em função do aumento da temperatura de combustão. A lixiviação das amostras de bagaço e palha resultou em reduções do teor de cinzas de até 39%, especialmente de elementos que fomentam a formação de depósitos como K, Cl, S e P... O resumo poderá ser visualizado no texto completo da tese digital Abstract: In this work, the physical, chemical and mineralogical characteristics of sugarcane bagasse and straw ashes were assessed, as a function of the combustion temperature, leaching, particle size and fraction of straw within bagasse-straw blends. This information contributes to a better understanding of the transformations that ashes suffer during combustion and their possible impacts on the formation of deposits. The proportional method used to prepare bagasse (B) and straw (P) samples reduced the influence of particle segregation on the results standard deviation. The analysis of the chemical composition of straw ash samples showed that the concentration of K, S and Cl decreases as a function of increasing ashing temperatures. Leaching of bagasse and straw samples resulted in ash content reductions of up to 39%, especially of elements that promote the formation of deposits such as K, Cl, S and P... The abstract is available with the full electronic document Doutorado Térmica e Fluídos Doutor em Engenharia Mecânica CNPQ 141123/2014-1

Orientador: Caio Glauco Sánchez Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: O objetivo do trabalho é analisar a viabilidade técnica de biomassas cítricas (in natura, lavada e processada para variedades de fruta hamlin, pêra, valência e taiti) para uso energético, biomassas essas que podem ser obtidas ao longo do processo de fabricação do suco de laranja e limão concentrado. Conhecer as propriedades desses materiais é importante, pois estes podem se tornar uma alternativa para a diversificação da matriz energética da cadeia de produção de sucos cítricos, além de que se este material não for tratado de forma correta, pode se tornar um passivo ambiental pelo grande volume gerado por safra. As biomassas foram moídas em um moinho de facas e separadas por peneiramento. A análise imediata foi determinada, obtendo-se: teor de umidade entre 1-3 %, matéria volátil 77-86 %, teor de cinzas 0,5-3,0 % e carbono fixo 13-19 %. A análise elementar foi determinada com analisador CHN, onde foi possível verificar teores de carbono na faixa de 45-49 %. Os valores de fração solúvel foram de 1,5-18 %, teores de pectina de 7-25 %, teores de hemicelulose entre 35-48 %, de celulose entre 12-36 %, e de lignina 1,5-15 %. O PCS foi determinado e os valores obtidos situaram-se entre 16-17 MJ/kg. O PCI calculado apresentou valores entre 14-16 MJ/kg. A partir dos termogramas das biomassas foi possível identificar perdas de massa em etapas de acordo com o aumento da temperatura (25-150 ºC ; 150-350 ºC ; 350-700 ºC). Também foi possível coletar as frações sólidas, liquidas e gasosas dos experimentos, obtendo-se rendimentos nas faixas de 19-26 %, 47-75 % e 3-28 %, respectivamente. Para os resultados obtidos destaca-se os teores de cinza, pectina, celulose e hemicelulose quando comparados a outras biomassas. Dessa forma, foi possível verificar a viabilidade técnica da utilização das biomassas cítricas em aplicações de termoconversão, como insumo energético gerando produtos sólidos, líquidos e gasosos, bem como sua utilização direta como combustível sólido Abstract: The aim of this thesis is to analyze the technical viability of citrus biomass (in natura, lavada and processada for hamlin, pêra, valência and taiti fruit varieties) for energy use, biomass that can be obtained during the process of manufacturing orange and lemon concentrated juice. Knowing its properties is important because this material can become an alternative for the diversification of the energy matrix of the citrus juice production chain. Moreover, if this material is not treated correctly it can become an environmental liability because the large volume that is generated per harvest. The biomasses were ground in a knife mill and separated by sieving. The immediate analysis was determined and showed the results of: moisture content between 1-3 %, volatile matter 77-86 %, ash content 0.5-3.0 % and fixed carbon 13-19 %. The elemental analysis was determined by CHN analyzer, where it was possible to verify carbon contents in the range of 45-49 %. The soluble fraction values were 1.5-18 %, pectin contents 7-25 %, hemicellulose contents between 35-48%, cellulose between 12-36%, and lignin 1.5-15%. The GCV was determined and the values obtained were between 16-17 MJ / kg. The NCV calculated showed values between 14-16 MJ / kg. From the biomass thermograms it was possible to identify mass losses in stages according to the increase in temperature (25-150 ºC, 150-350 ºC, 350-700 ºC). It was also possible to collect the solid, liquid and gaseous fractions of the experiments, obtaining yields in the ranges of 19-26%, 47-75% and 3-28%, respectively. For the obtained results it is possible to emphasize the ash, pectin, cellulose and hemicellulose contents when compared to other biomasses. Thus, it was possible to verify that it is technically feasible to use citrus biomass in thermoconversion applications, as an energy raw material generating solid, liquid and gaseous products, as well as its direct use as solid fuel Mestrado Térmica e Fluídos Mestre em Engenharia Mecânica

Leitos fluidizados borbulhantes (LFBs) são bem conhecidos como sistemas eficientes para transferência de energia térmica em diversas aplicações industriais. Embora muitos trabalhos reportados na literatura tenham já relatado características do rendimento térmico de trocadores de calor gás-sólido em regime de LFB, evidencia-se pouca informação sobre o projeto destes sistemas voltados à sua avaliação experimental a partir do uso de técnicas de flutuações de pressão para o monitoramento do regime fluidodinâmico. Tendo em vista esta lacuna, o presente trabalho apresenta o procedimento para o dimensionamento de um trocador de calor tipo jaqueta inserido em uma coluna de leito fluidizado borbulhante construída em escala de laboratório, bem como a análise da avaliação experimental do coeficiente de transferência de calor suspensão-parede do dispositivo durante o aquecimento de água. Como garantia da operação do sistema em regime de fluidização borbulhante, incluindo ainda a exploração de condições próximas à da mínima fluidização das partículas, aplica-se o método da frequência central gaussiana como ferramenta para a detecção da desfluidização a partir de medições de flutuações de pressão. Os dados experimentais foram analisados assumindo fluxo de calor uniforme (solução de segundo tipo) ou temperatura uniforme (solução de terceiro tipo) na parede interna da jaqueta d’água. Inicialmente, testes envolvendo vazões mássicas do líquido na faixa de 1,83 ± 0,01 kg/h a 4,46 ± 0,02 kg/h, foram realizados com velocidade de fluidização na razão uo/umf igual a 4. Posteriormente, testes experimentais na vazão mássica fixa de água de 3,62 ± 0,01 kg/h, foram realizados com partículas de diâmetro médio de Sauter de 194 µm e 359 µm e com ar de fluidização alimentado em razões uo/umf de 0,5 a 4,0. Em todos os ensaios deste estudo, o regime de escoamento da água na região anular do trocador de calor foi caracterizado como laminar e termicamente em desenvolvimento. Os resultados apontaram uma variação no coeficiente de transferência de calor suspensão-parede na faixa de 169,93 ± 7,52 W/m²K a 353,28 ± 29,78 W/m²K para solução de segundo tipo, e de 191,54 ± 8,55 W/m²K a 468,43 ± 39,27 W/m²K para solução de terceiro tipo, ao utilizar temperaturas do leito de 50 ºC e 70 ºC. A análise dos dados obtidos confirma que o uso das partículas mais finas e temperaturas maiores do leito promovem o incremento no valor do coeficiente de transferência de calor suspensão-parede. Adicionalmente, os resultados verificaram a presença de um valor máximo do coeficiente de transferência de calor suspensão-parede na faixa de uo/umf analisada. Bubbling fluidized beds (BFBs) are well known as efficient systems for thermal energy transfer in several industrial applications. Although many works have already pointed out the performance features of gas-solid BFB heat exchangers, more data about the design and operation of these devices are needed when using pressure fluctuation techniques for the hydrodynamics control. Considering this gap, the procedure for the design of a jacket-type heat exchanger placed in a bench scale bubbling fluidized bed column and the experimental assessment of its bed-to-wall heat transfer coefficient under several operating conditions are presented here. As a guarantee for operating the system under a bubbling fluidization regime, as well as in conditions close to the minimum fluidization, the central Gaussian frequency method is applied. By using this method, it is possible to identify the defluidization phenomenon from pressure fluctuations measurements. The experimental information was analyzed assuming uniform heat flux (solution of second type) or uniform temperature (solution of third type) in the inner wall of the water jacket. Initial tests were performed at fluidization velocity uo/umf ratio equal to 4, involving water mass flow rates in the range of 1.83 ± 0.01 kg/h to 4.46 ± 0.02 kg/h. Other experimental tests, this time involving water mass flow rate kept constant at 3.62 ± 0.01 kg/h, were carried out with particles of 194 and 359 μm in Sauter mean diameter and with fluidization air fed in uo/umf ratios changing from 0.5 to 4.0. In all tests of this study, the water flow regime in the annular region of the heat exchanger was identified as laminar and thermally developing. Results indicated that the bed-to-wall heat transfer coefficient varies in the range of 169.93 ± 7.52 W/m²K to 353.28 ± 29.78 W/m²K for the second type solution and from 191.54 ± 8.55 W/m²K to 468.43 ± 39.27 W/m²K for the third type solution, when using bed temperatures of 50 °C and 70 °C. The analysis of these results confirms that by using the finer particle or the higher bed temperature, the value of the bed-to-wall heat transfer coefficient tends to increase. In addition, results suggested that a maximum value of the bed-to-wall heat transfer coefficient can be obtained in the range of uo/umf ratio tested, which is in agree with previous works.

Orientador: Katia Tannous Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: Este trabalho tem como objetivo estudar a cinética de decomposição da cana energia da espécie Saccharum robustum mediante o uso da técnica de termogravimetria. A biomassa utilizada foi in natura com diâmetro médio de 253,5 microns. As análises termogravimétricas foram realizadas nas taxas de aquecimento de 5, 10, 15 e 20 K/min sob a atmosfera de nitrogênio. Para a modelagem cinética foram utilizados modelos globais de Ozawa-Flynn-Wall, Vyazovkin e Friedman, obtendo energias de ativação médias de 172, 170 e 173 kJ/mol, respectivamente para a faixa de conversão entre 0,18 e 0,95. O método das Master Plots aplicado juntamente aos modelos globais não identificou uma única função de conversão capaz de representar a decomposição térmica experimental. Modelos multicomponentes foram mais adequados à representação da decomposição da biomassa, sendo divididos em quatro reações, representadas pelos componentes extrativos, hemicelulose, celulose e lignina. Esquemas de reações paralelas e independentes (ERPI) com ordem n, modelo de energia de ativação distribuída e modelo de deconvolução usando funções de Fraser-Suzuki foram avaliados. O modelo de reações de ordem n apresentou boa adequação com energias de ativação de 105, 153, 181 e 58 kJ/mol, ordens de reação de 1,1, 1,3, 1,0 e 3,0; fator pré-exponencial de 5×108, 7,6×1011, 5,8×1012 e 64,7 1/s e composição de 0,13, 0,2, 0,43 e 0,24, respectivamente, a cada componente considerado. Modelo de energia distribuída apresentou valores bem próximos ao ERPI, com composições iguais, energias de ativação de 104, 154 187 e 60 kJ/mol, desvios padrão de 1,4, 2,9, 1,3 e 11,3 kJ/mol e fator pré-exponencial de 4,14×108, 7,6×1011, 1,84×1013 e 45,77 1/s, respectivamente, na mesma ordem dos componentes considerados. O modelo de deconvolução com funções de Fraser-Suzuki e as Master Plots mostrou que as funções de nucleação com taxas sigmoidais de Avrami-Erofeeev foram adequadas para representar a decomposição dos pseudoextrativos e pseudocelulose, com reação de ordem 1,5 para a pseudo-hemicelulose e de reação de ordem 5 para a pseudolignina. As energias de ativação encontradas foram de 94, 143, 170 e 72 kJ/mol, fator pré-exponencial de 1,91×107, 6,87×1010, 3,53×1011 e 1,63×10³ 1/s, e composição de 0,11, 0,28 0,31 e 0,3 para os pseudoextrativos, pseudo-hemicelulose, pseudocelulose e pseudolignina, respectivamente, resultando em parâmetros inferiores em relação aos modelos de reações de ordem n e DAEM. Com isso, conclui-se que o modelo multicomponente de ordem n apresentou solução bastante satisfatória e requereu computadores com menor poder de processamento Abstract: This work aims to study the decomposition kinetics of energy cane of specie Saccharum robustum using the thermogravimetry technique. The biomass used was in nature with a mean diameter of 253.5 microns. The thermogravimetric analyzes were performed considering the heating rates of 5, 10, 15 and 20 K/min under nitrogen atmosphere. For the kinetic modeling, global models, with Ozawa-Flynn-Wall, Vyazovkin and Friedman methods showed mean activation energies of 172, 172 and 173 kJ/mol, respectively for conversion range of 0.18 to 0.95. The Master Plots method applied for global models did not identify a single conversion mechanism capable for representing experimental thermal decomposition. Multicomponent models were more adequate to represent the biomass decomposition, being divided in four reactions represented by the extractives, hemicellulose, cellulose and lignin components. Independent parallel reactions scheme (ERPI) with n-order, distributed activated energy model and deconvolution model using Fraser-Suzuki functions were evaluated. The nth-order reaction model presented good agreement with activation energies of 105, 153, 181 and 58 kJ/mol; order reactions of 1.1, 1.3, 1.0 and 3.0; pre-exponential factors of 5×1013, 108, 7.6×1011, 5.81×1012 and 64.7 1/s; and composition of 0.13, 0.2, 0.43, and 0.24, respectively, for each component under consideration. The distributed activation energy model presented values closer to IPRS, with equal compositions, activation energies of 104, 154, 187 and 60 kJ/mol; standard deviations of 1.4, 2.9, 1.3 and 11.3 kJ/mol, pre-exponential factors of 4.14×108, 7.6×1011, 1.84×1013 and 45.77 1/s, respectively, in the same order of considered components. The deconvolution model with Fraser-Suzuki functions and Master plots showed that the que nucleation function with Avrami-Erofeeev sigmoidal rates were satisfactory to represent the decomposition of pseudoextractives and pseudocellulose, 1.5-order reaction model for pseudohemicellulose, and 5th-order pseudolignin reaction. The activation energies found were 94, 143, 170 and 72 kJ/mol, pre-exponential factors of 1.91×107, 6.87×1010, 3.53×1011 and 1.63×10³ 1/s, and composition of 0.11, 0.28, 0.31, and 0.3 for pseudoextractives, pseudocellulose, pseudohemicellulose, and pseudolignin, respectively, resulting in lower parameters in relation to the DAEM and nth order models. Finally, it was concluded that the multicomponent model of nth-order presented a satisfactory solution and required computers with less processing power Mestrado Desenvolvimento de Processos Químicos Mestre em Engenharia Química FAEPEX

Orientador: Katia Tannous Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Este trabalho objetivou estudar a influência da torrefação nas propriedades da Saccharum spontaneum Linnaeus e na cinética de decomposição térmica (pirólise) mediante termogravimetria. A caracterização física, química e térmica da biomassa in natura foi realizada para partículas de 500-1000 µm, em função da técnica aplicada, obtendo: massa específica real (?p=1462,6±7,1 kg/m³); esfericidade da partícula (geometria de paralelepípedo, equação de Wadell, ?= 0,473 ±0,071); análise imediata em massa seca (voláteis= 84,72 ± 0,09%; carbono fixo=13,66±0,11 %; cinzas=1,62 ± 0,02%); composição de fibras livre de extrativos em água: hemicelulose= 43,97 ± 1,43 %, celulose= 42,58 ± 1,32%; lignina=11,91 ± 3,62 %, cinzas= 1,44 ± 0,09 %). Mediante planejamento experimental (composto central de faces centradas) aplicado a torrefação em mufla foi selecionada a condição de 230 °C e 45 minutos a fim de evitar perdas excessivas (rendimento mássico acima de 70%) e provocando melhoras significativas no material. Esta condição levou à diminuição de 14 % no teor de materiais voláteis e 15% no teor de oxigênio, indicando a remoção dos componentes menos energéticos, e refletindo no aumento de 14% no poder calorífico superior. Na análise termogravimétrica (taxas de aquecimento de 5, 10 e 15 ºC/min), em atmosfera de nitrogênio, foi verificado que a torrefação da biomassa eliminou os açúcares e hemicelulose. Com isso, houve a diminuição da faixa de temperatura em que ocorre a decomposição do material: de 150-400°C no material in natura, para 270-400 °C na biomassa torrificada. Através dos métodos isoconversionais globais de Kissinger, Ozawa-Flynn-Wall, Kissinger-Akahira-Sunose e Vyazovkin aplicados à faixa de temperatura de 260-400ºC, foram obtidas as energias de ativação para biomassa in natura e torrificada entre 110-200 kJ/mol e 150-190 kJ/mol, respectivamente. A eliminação de parte dos componentes durante a torrefação gerou uma menor energia de ativação global devido à eliminação da etapa inicial referente a decomposição dos açúcares e hemicelulose. Através do método das Master Plots, foi verificado que a função de conversão de difusão tridimensional de Jander e a função de reação de superfície de volume contráctil são as mais indicadas para descrever a decomposição global do material in natura e torrificado, respectivamente, embora estes métodos foram insuficientes para descrever a complexidade de reações envolvidas (ER < 10%). No entanto, essas energias de ativação foram utilizadas como base para aplicação no esquema de reações independentes e paralelas, considerando 4 (in natura) e 3 (torrificada) reações de decomposição, sendo um mecanismo de reação de ordem 1 para os açúcares (somente para in natura), hemicelulose e celulose, e ordem 3 para a lignina. Este esquema de reação obteve melhor ajuste (ER

Orientadores: Katia Tannous, Edgardo Olivares Gomez Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: Este trabalho teve por objetivo o estudo cinético da decomposição térmica da palha de cana-de-açúcar (Saccharum officinarum Linnaeus) em atmosferas inerte e oxidante. O diâmetro médio das partículas foi de 0,510 mm obtido entre as peneiras padrão Tyler de número 28 e 35. As características térmicas (base seca) foram obtidas conforme: materiais voláteis=86,6% (ASTM E872¿82), cinzas=3,8% (ASTM E1755¿01) e carbono fixo=9,6% por diferença; e poder calorífico superior de 18,6 MJ/kg obtido mediante bomba calorimétrica. A característica química foi determinada através de um analisador elementar obtendo-se os teores mássicos de carbono=42,8%, hidrogênio=6,2%, nitrogênio=0,3% e o oxigênio=46,9% por diferença em base seca e livre de cinzas. A determinação dos teores de hemicelulose=33% e celulose=40% foi feita mediante a técnica ANKOM A200 baseada no método de Van Soest. O teor de lignina=22% foi determinado aplicando o método de Klason baseado em hidrólise ácida. Os experimentos de decomposição térmica foram realizados em um analisador termogravimétrico (TG) e o fluxo de calor foi medido em um calorímetro diferencial de varredura (DSC), usando nitrogênio e ar sintético como meio reativo. Estas análises foram realizadas utilizando quatro taxas de aquecimento (1,25; 2,5; 5 e 10 °C/min) em nitrogênio e três (2,5; 5 e 10 °C/min) em ar sintético aplicando massas em torno de 3 mg. A análise cinética realizada para as duas atmosferas abrangeu três esquemas de reações: reação global, reações consecutivas, e reações paralelas. A modelagem cinética através do esquema de reação global foi realizada aplicando os métodos isoconversionais de Friedman (nitrogênio) e Vyazovkin (ar sintético). Em atmosfera inerte, obteve-se energia de ativação de 149,7 kJ/mol, fator pré-exponencial de 1,82 x 109 s-1 e modelo de reação de difusão bidimensional. No entanto, em atmosfera oxidante não foi possível modelar a reação através deste esquema de reação. Analisando reações globais de primeira ordem através de modelos de ajuste e considerando 805 cenários diferentes, obtiveram-se correlações entre fator pré-exponencial e energia de ativação, correlacionando a taxa de aquecimento, temperatura e taxa de conversão no pico. O esquema de três reações consecutivas descreveu muito bem os dados experimentais, aplicando reações de primeira ordem obtendo-se energias de ativação de 133, 198 e 56 kJ/mol, e 200, 300 e 100 kJ/mol em atmosfera inerte e oxidante, respectivamente. Os fatores pre-exponenciais de 2×109, 5×103, e 5 s-1 foram obtidos em atmosfera inerte e 2×1016, 3×1028, e 5×104 s-1 em oxidante. A aplicação do esquema de reações paralelas e independentes foi realizada avaliando três reações de primeira ordem em atmosfera inerte e seis em atmosfera oxidante. Os resultados experimentais e teóricos mostraram uma boa concordância, obtendo-se energias de ativação de 142, 212, e 40 kJ/mol em atmosfera inerte e 176, 313, 150, 80, 150, e 100 kJ/mol em oxidante. Os fatores pre-exponenciais obtidos foram em atmosfera inerte 1×1010, 8×1014, e 0,3 s-1, e em oxidante 1×1014, 1×1025, 2×1010, 5×103, 1×108, e 1×104 s-1. Finalmente, o calor de reação em atmosfera inerte foi endotérmico, requerendo energia máxima de 1 MJ/kg em 350 °C, e em atmosfera oxidante foi completamente exotérmico liberando até 8 MJ/kg Abstract: The aim of this work was the kinetic study of the thermal decomposition of sugarcane straw (Saccharum officinarum Linnaeus) in inert and oxidative atmospheres. The mean diameter of particles was 0.510 mm obtained between the Tyler standard sieves number 28 and 35. The thermal characteristics (dry base) were determined according to: volatile matter content = 86.6% (ASTM E872-82), ash content=3.8% (ASTM E1755-01) and fixed carbon content =9.6% by difference, and higher heating values of 18.6 MJ/kg obtained with a bomb calorimeter. The chemical characteristic were determined through an elemental analyzer, obtaining in dry and ash free basis carbon=42.8%-m, hydrogen=6.2%-m, nitrogen=0.3%-m and oxygen=46.9%-m by difference. The sample chemical composition was hemicellulose=33% and cellulose=40% determined by the application of the ANKOM A200 technique, based on the Van Soest's method. The lignin content=22% was obtained applying the Klason¿s method based on acid hydrolysis. The thermal decomposition experiments were carried out in a thermogravimetric analyzer (TG) and the heat flux was measured in a differential scanning calorimeter (DSC), using nitrogen and synthetic air atmospheres, respectively. These analyses were carried out using four heating rates (1.25, 2.5, 5, and 10 °C/min) in nitrogen, and three (2.5, 5, and 10 °C/min) in synthetic air applying sample mass around 3 mg. The kinetic analysis in both atmospheres covered three reaction schemes: global reaction, consecutive reactions, and parallel reactions. In the global reaction analysis were applied the isoconversional methods of Friedman (nitrogen) and Vyazovkin (synthetic air). In inert atmosphere, was obtained activation energy of 149.7 kJ/mol, pre-exponential factor of 1,82 x 109 s-1, and reaction model of bi-dimensional diffusion. However, in oxidative atmosphere, it was not possible to modeling the reaction through this reaction scheme. Analyzing first order global reactions through fitting models and considering 805 different scenarios, were obtained correlations between pre-exponential factor and activation energy, correlating the heating rate, peak temperature, and peak conversion rate. The three consecutive first order reactions scheme represented the experimental data obtaining activation energies of 133, 198, and 56 kJ/mol in inert atmosphere, and 200, 300, and 100 kJ/mol in oxidative atmosphere. The pre-exponential factors correspondent were 2×109, 5×103, and 5 s-1 in inert atmosphere and 2×1016, 3×1028, and 5×104 s-1 were oxidative atmosphere. The kinetic modeling through the independent parallel reactions scheme was carried out evaluating three and six first order reactions in inert and oxidative atmosphere, respectively. The experimental and theoretical results showed a good agreement obtaining activation energies of 142, 212, and 40 kJ/mol in inert atmosphere, and 176, 313, 150, 80, 150, and 100 kJ/mol in oxidative atmosphere. The pre-exponential factors were 1×1010, 8×1014, and 0,3 s-1 in inert atmosphere and 1×1014, 1×1025, 2×1010, 5×103, 1×108, and 1×104 s-1 in oxidative atmosphere. Finally, the heat of reaction in inert atmosphere was endothermic requiring maximum energy of 1 MJ/kg at 350ºC, and in oxidative atmosphere, it was completely exothermic releasing 8 MJ/kg Doutorado Desenvolvimento de Processos Químicos Doutor em Engenharia Química CAPES 33003017034P8

Orientador: Katia Tannous Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: A biomassa é considerada uma fonte de energia sustentável; tendo em conta seu uso nos processos de termoconversão é de valorização energética, como é o caso do processo da pirólise. A aplicabilidade da rota térmica é classificada como uma das soluções para o abastecimento de energia mundial. Este trabalho está direcionado para avaliar a cinética de decomposição térmica do resíduo agrícola da castanha sapucaia, aportando conhecimento do comportamento cinético da biomassa para sua utilização como fonte energética na pirólise. Experimentalmente, para o estudo cinético das amostras foi utilizada a análise termogravimétrica - TG, com avaliação de parâmetros cinéticos como a energia de ativação, Ea, o fator pré-exponencial, A, e a ordem de reação, n, utilizando um regime não isotérmico com taxas de aquecimento de 5,10, 20 e 40 °C.min-1, a partir de dados experimentais gerados por Nascimento (2012). Também, foram realizados novos análises de termogravimetria com taxas de aquecimento de 2.5 °C.min-1 e 10 °C.min-1 e diâmetros de partícula de 125, 250, e 500 ?m respectivamente. Os parâmetros cinéticos foram calculados por meio de três métodos isoconversionais, Flynn-Wall-Ozawa (OFW), Kissinger-Akahira-Sunose (KAS) e método de Friedman. Ademais, foi estudada a cinética das reações geradas na biomassa por parte de seus componentes principais, hemicelulosa-HC, celulose-C e lignina-L aplicando o modelo das reações paralelas independentes (MRPI) de três e 4 reações, sendo encontrado um excelente ajuste por parte dos dados preditos pelo modelo. As energias de ativação para os componentes principais da biomassa estão em intervalos de 128-130, 197-200 e 79-146 kJ mol-1, respectivamente. Os resultados foram comparados com a literatura, o que conduz a uma melhor compreensão do comportamento térmico do ouriço da castanha de sapucaia Abstract: The use of biomass is considered a sustainable energy source and its use in thermal conversion process is energy recovery, such as pyrolysis process, thermal route applicability is classified as one of the solutions to the environmental and supply world's energy problems. This work is aimed to evaluate the kinetics of thermal decomposition of agricultural residue sapucaia nut woody shell, providing knowledge of the kinetic behavior of biomass for its use a raw material in the pyrolysis process. Experimentally, for the kinetic study of the samples was used thermal analysis-TG, with evaluation of kinetic parameters such as activation energy, Ea, pre-exponential factor, A, and the order of reaction, n, using a non-isothermal regimen with heating rates of 5,10, 20 and 40 °C.min-1 from experimental data generated by Nascimento (2012). Additionally, new analyzes were also carried out with heating rates of 2.5 and 10 °C.min-1 , and particle diameters of 125 250 and 500 microns respectively. Kinetic parameters were calculated using three Isoconversional methods Flynn-Wall-Ozawa (OFW), Kissinger-Akahira-Sunose (KAS) and Friedman's method. Furthermore, was studied the kinetics of the reactions generated by biomass main components, hemicellulose-HC, cellulose-C and lignin-L by an independent parallel reaction Model (IPRM) using three and four reactions. The pyrolysis kinetics was modeled with a good agreement applying a three and four independent parallel reactions scheme. The activation energies for the main components were in ranges of 128-130, 197-200, and 79-146 kJ mol-1, respectively. These results were compared with the literature, leading to a better understanding of sapucaia nut woody shell thermal behavior Mestrado Desenvolvimento de Processos Químicos Mestre em Engenharia Química

Orientador: Katia Tannous Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: Novas alternativas energéticas tem sido tema de discursos sobre conservação dos recursos naturais. Tais discursos baseiam-se principalmente na redução da emissão de gases de efeito estufa e outros poluentes, originados na sua maioria pelo uso de combustíveis fósseis, que ainda são a maior fonte geradora de energia da atualidade. Em vista da possibilidade de aplicação de biomassas como insumo energético, este trabalho apresenta um estudo experimental sobre potencialidade energética de seis biomassas de natureza vegetal. Além disso, foram realizados estudos sobre a escoabilidade destes materiais. As biomassas estudadas foram: casca de arroz (Oryza sativa L.), bagaço de cana (Saccharum officinarum L.), fibra de coco (Cocos nucifera), ouriço de castanha do Brasil (Bertholletia excelsa) e dois tipos de madeira: caixeta (Tabebuia cassiniodes Lam.) e jequitibá rosa (Cariniana legalis), que foram submetidos a caracterização física, térmica e de escoabilidade. As técnicas aplicadas foram: peneiramento, picnometria de gás hélio, métodos geométricos e microscopia eletrônica de varredura para a caracterização física e, as análises imediata e calorimétrica, para a caracterização térmica. As análises foram realizadas em um intervalo de granulometria previamente determinado entre as categorias B e D de Geldart. Os diâmetros médios estudados foram entre 0,5 e 3 mm, massa específica real entre 1450 kg/m³ e 1720 kg/m³, e esfericidades entre 0,42 e 0,60. A análise morfológica mostrou superfícies diferenciadas: rugosa (casca de arroz), cilíndrica (fibras de coco e bagaço de cana), elementos de vasos (madeiras), lenhosa envolvida por núcleo com pequenos poros cegos (ouriço de castanha do Brasil). A análise de escoabilidade das biomassas foi definida mediante os índices definido como razão de Hausner (RH) e compressibilidade de Carr (ICC), bem como ângulo de repouso. Os resultados mostraram escoabilidade boa ou razoável, com destaque para casca de arroz, o ouriço de castanha do Brasil e a madeira caixeta. Com isso, uma nova classificação sobre a escoabilidade foi proposta considerando os seguintes índices: classe 1 - boa (RH: 1 - 1,30; ICC: 5 - 15%; AOR:10 - 30º), classe 2- razoável (RH: 1,30 - 1,50; ICC: 15 - 25%; AOR: 30 - 45º), classe 3- baixa (RH: 1,50 - 1,80; ICC: 25 - 35%; AOR: 45 - 55º) e classe 4- difícil (RH: >1,80; ICC: >35%; AOR: >55º). Pela análise imediata foi detectado para as biomassas estudadas: alto teor de materiais voláteis (>80%), baixo teor de carbono fixo (1.80; ICC: >35%; AOR: >55º). For immediate analysis, it was detected: high content of volatile materials (> 80%), low fixed carbon content (

Orientador: Katia Tannous Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: Este trabalho tem como objetivo avaliar o potencial de biomassas amazônicas (ouriço de castanha-do-brasil, ouriço da sapucaia e caroço do fruto do tucumã) visando sua utilização como insumo energético em processos de termoconversão. As caracterizações das propriedades estabelecidas foram: física (diâmetro médio, esfericidade, massa específica real e aparente, e morfologia), química (analises química, elementar e imediata), térmica (Poder Calorífico Superior, Poder Calorífico Inferior e termogravimetria) e um estudo cinético (energia de ativação e fator pré-exponencial) a partir da análise termogravimétrica. As biomassas foram moídas em um moinho de martelo e separadas por peneiramento, onde o intervalo granulométrico escolhido foi de 497-2019 ?m. As partículas foram definidas como irregulares e suas esfericidades foram calculadas mediante as equações de Massarani e Peçanha (1986) e Riley (1941), obtendo as faixas de 0,3-0,8 e 0,6-0,9, respectivamente. As massas específicas, real e aparente, foram determinadas através de picnômetro a gás de Hélio e porosímetro de mercúrio, tendo como resultado valores entre 1424-1479 kg/m3 e entre 678-1115 kg/m3, respectivamente. Na análise morfológica foram encontradas duas estruturas celulares principais relacionadas à rigidez das biomassas, sendo estas: fibras e esclereídes. A análise da composição química apresentou teores de hemicelulose entre 2-3%, de celulose entre 31-58%, e de lignina 36-38%. A composição elementar foi determinada mediante analisador elementar CHN-S, onde se constatou a predominância dos teores de carbono e oxigênio (máx. 48%-47%, respectivamente). A composição imediata foi determinada mediante normas técnicas, obtendo-se: teor de umidade entre 7%-8% (ASTM E871-82), materiais voláteis 79%-86% (ASTM E872-82), cinzas 0,4%-2,0% (ASTM E1755-01) e carbono fixo 13-20% (por diferença). O Poder Calorífico Superior foi determinado pela norma ASTM D240-09 (Sanchez, 2010) e situou-se entre 19-20 MJ/kg. O Poder Calorífico Inferior foi determinado pela equação de Mendeleev resultando em 16 MJ/kg-17 MJ/kg. A partir da análise termogravimétrica das biomassas foram identificadas três regiões de perda de massa: 25-150ºC, atribuída à eliminação de água; 200-420ºC e 430-900ºC, atribuídas à degradação térmica das biomassas. Os principais componentes associados foram hemicelulose e celulose, e lignina, respectivamente. Na análise cinética da reação, a energia de ativação e fator pré-exponencial foram determinados através de dois métodos dinâmicos (Kissinger e Ozawa). A variação destes parâmetros foi mais significativa para o caroço do fruto do tucumã em relação os diâmetros médios, bem como entre as conversões das reações de degradação Abstract: This study aims to evaluate the potential of Amazonian biomass (woody shell of the Brazil nut, woody shell of the sapucaia and tucumã endocarp) for their use as energy input into thermoconversion processes. The characterizations of the properties were established: physical (mean particle diameter, sphericity, real and apparent density, and morphology), chemical (chemical, ultimate and proximate analysis), thermal (Higher Heating Value, Lower Heating Value, thermogravimetry) and a kinetic study (activation energy, pre-exponential factor) from the thermogravimetric analysis. The biomasses were ground in a hammer mill and separated by sieving, where the particle sizes range 497-2019 microns was chosen. The particles were defined as irregular and its sphericities were calculated by Massarani and Peçanha (1986) and Riley (1941) equations obtaining ranges from 0.3 to 0.8 and 0.6 to 0.9 respectively. The densities (apparent and true) were determined by gas Helium pycnometer and mercury porosimeter resulting 1424-1479 kg/m3 and between 678-1115 kg/m3, respectively. In the morphological analysis, two major cellular structures related to the rigidity of biomass were found: fibers and sclereids. The chemical composition analysis showed that: 2-3% of hemicelluloses content, 31-58% of cellulose content and 36-38% of lignin content. The ultimate analysis was determined by CHN-S elemental analyzer, which it is noticed the predominance of carbon and oxygen (máx.48%-47%, respectively). The proximate analysis was determined by testing standards according: 7%-8% of moisture content (ASTM E871-82), 79%-86% of volatile materials (ASTM E872-82), 0.4%-2.0% of ash (ASTM E1755-01) and 13-20% of fixed carbon (by difference). The Higher Heating Value was determined by ASTM D240-09 (Sanchez, 2010) and obtaining between 19 MJ/kg -20 MJ/kg. The Lower Heating Value was determined by the Mendeleev formula resulting in 16 MJ/kg-17 MJ/kg. From the thermogravimetric analysis of biomass three regions of mass loss were identified: 25°C-150°C attributed to the elimination of water; 200°C-420°C and 430°C-900°C attributed to thermal degradation of biomass corresponded to hemicelluloses and cellulose, and lignin, respectively. In analyzing the reaction kinetics, the activation energy and pre-exponential factor were determined through two dynamic methods (Kissinger and Ozawa). The variation of these parameters was more significant for the tucumã endocarp relating to mean particle diameters as well as conversion of thermal degradation reactions Mestrado Engenharia de Processos Mestre em Engenharia Química

Orientador: Katia Tannous Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: O atrito de sólidos particulados é um problema enfrentado pelas indústrias que utilizam leito fluidizado parcialmente ou na totalidade de seus processos, tais como petroquímicas e farmacêuticas. Tal atrito é caracterizado pela ruptura ou desgaste involuntário das partículas durante a manipulação, processamento e armazenamento dos sólidos, sendo este manifestado pela formação de poeira e degradação do produto. Existem três tipos de atrito, definidos como: mecânico, térmico e químico. Neste trabalho, estudou-se o atrito mecânico de partículas sólidas de Cloreto de Sódio (NaCl), pertencentes a categoria D da classificação de Geldart em um leito fluidizado gasoso. O equipamento experimental utilizado foi composto de uma coluna de acrílico tridimensional de 0,092 m de diâmetro interno, acoplada a um sistema de coleta interligado por um ciclone. O material particulado foi caracterizado pelo diâmetro das partículas, massa específica, porosidade e esfericidade, e analisado através de técnicas de peneiramento, picnometria gasosa, porosimetria de mercúrio e a razão entre os diâmetros inscritos e circusncrito, respectivamente. Um planejamento fatorial completo 23 foi aplicado com o objetivo de verificar a influência de diferentes variáveis sobre a taxa de atrito. As variáveis estudadas foram: o diâmetro médio da partícula, a velocidade superficial do gás e o tempo de fluidização. A metodologia aplicada para a obtenção da taxa de atrito foi através da análise granulométrica pela técnica de peneiramento, antes e após a submissão das partículas às condições operacionais adotadas. Imagens obtidas pela microscopia eletrônica de varredura (MEV) auxiliaram na caracterização do atrito na superfície das partículas. Os resultados experimentais mostraram que todas as variáveis estudadas (diâmetro médio da partícula, velocidade superficial do gás e tempo de fluidização) influenciaram a taxa de atrito. Um modelo estatístico foi proposto para caracterizar o processo estudado Abstract: The attrition of particulate solids is a problem of the industries that use a fluidized bed in part or in all of the processes, whether petrochemical or pharmaceutical. Such attrition is characterized by the involuntary rupture of particles during manipulation, processing and storage of the solids, which is evidenced by the accumulation of dust and degradation of the product. There are three types of attrition, defined as mechanical, thermal and chemical. In this work, we studied the mechanical attrition of solid particles of Sodium Chloride (NaCl), which belong to Group D in Geldart's classification in a gas-fluidized bed. The experimental equipment used was composed by a tridimensional acrylic column of 0.092 m of internal diameter, placed next to a collection system in connection with a cyclone. The particulate matter was characterized by the particle diameters, density, porosity and sphericity, and analyzed through sieving techniques, gaseous picnometry, mercury porosimetry and the ratio between the respective diameters of the inscribed and circumscribed circles. A complete factorial plan 23 was applied in order to check the influence of different variables on the attrition rate. The variables studied were: the mean particle diameter, the superficial gas velocity and the fluidization time. The methodology applied to obtain the attrition rate was through the granulometric analysis by sieving technique, before and after the submission of particles to the adopted operational conditions. Images obtained by Scanning Electron Microscopy (SEM) have helped the characterization of attrition on the particles surface. The experimental results showed that all the studied variables (mean particle diameter, superficial gas velocity and fluidization time) have influenced the attrition rate. A statistical model was proposed to characterize the studied process Mestrado Engenharia de Processos Mestre em Engenharia Química

Orientadores : Sandra Cristina dos Santos Rocha, Katia Tannous Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento e montagem de um leito vibrofluidizado juntamente com um sistema de amostragem para o estudo fluidodinâmico e a secagem de ácido adípico. A distribuição granulométrica do material encontra-se na faixa de 75 a 600 µm e densidade de 1340 kg/m3. O ácido adípico é muito utilizado na produção do fio de Nylon e entre os ácidos alifáticos dicarboxílicos é o mais importante. O conteúdo de umidade do produto comercial é de aproximadamente 0,25 % b.u. O material utilizado, o ácido adípico, apresenta dificuldades em atingir o regime de fluidização em leito fluidizado convencional, quando úmido. O efeito da vibração ajuda a manter o aglomerado em estado móvel, quando úmido, e melhora a taxa de circulação com quebra das bolhas, quando seco. O estudo fluidodinâmico foi realizado a partir das curvas de queda de pressão em função da velocidade do gás para o leito fluidizado convencional e vibrado. Verificou-se uma redução na queda de pressão na condição de mínima fluidização entre 4 e 32% e com o aumento da carga de partículas o efeito da vibração foi reduzido. As curvas fluido dinâmicas obtidas representaram reprodutibilidade das curvas apresentadas na literatura (Strumillo, 1980). A influência da distribuição granulométrica do ácido adípico no comportamento fluido dinâmico foi acompanhado com o aumento da freqüência de vibração imposta ao sistema. A análise do fator de vibração em função da freqüência de vibração mostrou que as partículas menores foram mais afetadas pelo efeito da vibração, comparando com as partículas maiores. A análise estatística mostrou que a queda de pressão e a velocidade na condição de mínima vibrofluidização foram fortemente influenciadas pela carga de partículas presentes no leito; observou-se o deslocamento das superfícies de respostas variando a carga de partículas. O estudo fluidodinâmico realizado com o material úmido mostrou que as forças interpartículas existentes no material umidificado artificialmente atuam de forma diferente comparadas às forças existentes no material úmido proveniente do processo de cristalização. O processo de secagem do ácido adípico é uma etapa importante, pois determina a qualidade do produto final, tanto em nível de conteúdo final de umidade, como de especificação do tamanho e forma dos cristais. O sistema de amostragem desenvolvido no trabalho apresentou bons resultados e praticamente não causou variação da massa do leito de partículas nos experimentos de secagem. As curvas de secagem obtidas no trabalho mostraram a existência dos dois períodos de taxa de secagem, constante e decrescente. O menor conteúdo de umidade final encontrado nos experimentos foi de aproximadamente 0,55% b.u. e a especificada para o produto comercial é de 0,25% b.u. Esse conteúdo de umidade pode ser alcançado em condições operacionais diferentes dos experimentos realizados no presente trabalho. Observou-se a variação do conteúdo de umidade com o tamanho do cristal, visto que o material apresenta uma ampla distribuição de tamanho -75 a 600 µm. Os resultados obtidos com as curvas das isotermas de dessorção à temperaturas de 40 e 60°C mostraram que a dessorção do material praticamente independe da umidade relativa do ambiente para as temperaturas analisadas. O material seco na indústria e no leito vibrofluidizado desenvolvido no trabalho apresentaram boa fluidez, o que foi verificado com os resultados de ângulo de repouso e Índice de Hausner obtidos no equipamento "Powder Characteristics" Abstract: The objective of this work is the development and building of a vibrofluidized bed and sampling system for the fluid-dynamic study and drying of adipic acid. The adipic acid investigated in this work presents partic1e diameter in the range of 75 - 600 µm and density of 1340 kg/m3. Adpic acid is the main intermediate product in the synthesis of Nylon. It is the most important of all aliphatic dicarboxylic acid. The moisture content of commercial product is 0.25% w.b. The wet or moistened adipic acid has a tendency to agglomerate. In such case, fluidization does not occur and the partic1e can not be treated in conventional fluidized bed. The effect of vibration helps to maintain the agglomerate in mobile state, when wet, and it improves the circulation ofpartic1es by breaking of the bubbles, when dry. The fluid-dynamic study of the vibrofluidized bed has been done through the fluidization curves for both systems, conventional and vibrated, to verify the pressure drop variation versus air velocity as function of the vibration parameters, frequency and amplitude. The minimum fluidization pressure drop in vibrofluidized bed was found to be lower than in a conventional fluidized bed. With vibration imposition, it has been obtained a decrease on the minimum fluidization pressure drop in the range of 4 - 30%. The effect of vibration had a considerable attenuation on the minimum fluidization pressure drop with increase in the load of partic1es. The reproduction of distinct fluidization curves was obtained in this work as in the literature for a vibrofluidized bed (Strumillo, 1980). The influence of the partic1e size distribution was investigated through the fluidization curves for different vibration parameters. The curves obtained of vibration factor versus vibration frequency showed that for a fixed load, the smaller partic1es are more affected by the vibration than the larger ones. The statistical analysis showed that the minimum fluidization pressure drop and air velocity were influenced strongly by the load of particles, the displacement of the fitted surface was observed varying the load of particles. The fluid-dynamic study with the wet material showed that the interparticle forces in the artificially moistened material act in a different way compared to the existent forces in the industrial wet material, coming from the crystallization process. The drying process of adipic acid is an important stage, because it determines the quality of final product: moisture content and specification of the size and form of the crystals. The sampling system developed in this work presented good results and, practically, did not cause variation of the mass in the bed of particles in the drying experiments. The drying curves analysis showed two steps, constant and decreasing drying rates. The smallest final moisture content obtained was of 0.55 % w.b., while for the commercial product is of 0.25 % w.b. This final moisture content can be reduced by changing the operational conditions, like increasing the air temperature. The variation of the moisture content was observed for different sizes of crystals, due to a wide distribution of size, 75 - 600 µm. Sorption isotherms were determined at 40 and 60°C. The analysis of sorption isotherms curves showed that the moisture content is not related to water activity. The results of repose angle and Hausner lndex obtained in the equipment "Powder Characteristics" showed that the dry adipic acid in the industry and in the vibrofluidized bed developed in this work presented good flowtability Doutorado Engenharia de Processos Doutor em Engenharia Química

Orientador: Roger Josef Zem Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: A indústria de obtenção de óleo e fareIo de soja é um importante ramo da agroindústria da região noroeste do estado do Paraná. Os produtos gerados atendem tanto o mercado interno como o mercado externo. A concorrência é elevada, e para serem competitivos, a redução de custos e de desperdício é fundamental; além disso, como as indústrias da região utilizam o hexano como solvente na extração do óleo, a preocupação com a saúde do trabalhador e com o meio ambiente é de fundamental importância. Estas preocupações podem ser avaliadas tanto no projeto de novas unidades como no funcionamento das atuais unidades em melhores condições. Tais avaliações do processo podem propiciar uma redução no consumo de energia, bem como no consumo e no nível de perdas do hexano para o meio ambiente. O objetivo geral deste trabalho é desenvolver modelos para análise das operações existentes na obtenção do óleo bruto de soja visando a recuperação máxima de hexano e o consumo mínimo de energia. Os modelos são desenvolvidos, em regime estacionário, para analisar as condições de operação do extrator, do evaporador, do stripper e do dessolventizador-tostador (DT); na seqüência, os dados obtidos pelos modelos serão utilizados na análise energética do sistema. O modelo do extrato r se compõe de balanços de massa, relações de equilíbrio, equações empíricas e de um algoritmo de solução. O modelo do evaporador é baseado em balanços de massa, balanços de energia, relações de equilíbrio e num algoritmo de solução. Os modelos do stripper e do DT se compõem de balanços de massa, balanços de energia, relações de equilíbrio e do algoritmo de Bumingham-Otto para a solução. Desenvolvidos os modelos, as aplicações foram realizadas com dados de uma indústria local e os resultados obtidos foram bastante satisfatórios. Com isso, verifica-se que os modelos apresentados no trabalho são coerentes e poderão ser utilizados na melhoria do desempenho de uma planta de obtenção de óleo e fareIo de soja. Uma utilização importante desses modelos é no que se refere à integração energética da planta. Esta integração foi realizada com dados gerados pelos modelos e os resultados obtidos mostraram que o sistema atual da empresa já está razoavelmente integrado, mas que pequenas melhorias no consumo de energia ainda poderão ser obtidas Abstract: The industry of oil production and soy meal is an important branch of the agroindustry of the northwest area of the Paraná State. The generated products assist both the internal market and the external market. The competition is intense, and to be competitive, the reduction of costs and of waste is fundamental; besides, as the industries of the area use hexane as solvent in the extraction of the oil, the concern with the worker's health and with the environment is of fundamental importance. These concerns can be so much appraised in the project of new units as in the operation of the current units in better conditions. Such evaluations ofthe process can propitiate a reduction in the consumption of energy, as well as in the consumption and in the level of losses of hexane to the environment. The general objective of this work is to present a methodology for analysis of the existent operations in the obtaining of the crude oil of soybean seeking the maximum recovery ofhexane and the minimum consumption of energy. The models are developed, in stationary regime, to analyze the conditions of operation of the extractor, of the evaporator, of the stripper and of the desolventizer-toaster (DT); in the sequence, the results obtained with these models wiIl be used in the analysis energy ofthe system. The model of the extractor is composed of mass balance, balance relationships, empirical equations and of a solution algorithm. The model of the evaporator is based on mass balances, balances of energy, equilibrium relationships and on a solution algorithm. The models of the stripper and of DT are composed of mass balances, balances of energy, equilibrium relationships and of Burmingham-Otto's algorithm for the solution. Once the models were developed, the applications were accomplished with data from a local industry and the obtained results were quite satisfactory. Whereupon, it is verified that the models presented in the work are coherent and they can be used in the improvement ofthe performance of a plant of oil production and soy meal. An important use of those models is in what it refers to the energy integration ofthe plant. This integration was accomplished with data from these models and the obtained results showed that the current system of the company is already quite integrated, but a small improvement in the consumption of energy can still be obtained. Doutorado Sistemas de Processos Químicos e Informática Doutor em Engenharia Química

Orientador: Theo Guenther Kieckbusch Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: : Grãos de milho verde (de 70 a 73% de umidade inicial), desidratados osmoticamente, foram congelados até ¿¿40 GRAUS¿C, estabelecendo-se os parâmetros termodinâmicos do congelamento. Avaliou-se os resultados de desidratação osmótica obtidos com quatro soluções de NaCl e Sacarose de atividade de água, 'a IND. W¿, igual a 0,935 e quatro outras soluções de 'a IND. W¿=0,895. O milho verde foi branqueado em água fervente por 3 minutos com um tempo de tratamento osmótico sob a agitação à ¿30 GRAUS¿C, de 300 minutos. A umidade residual do grão variou de 45,3% a 53,5% (com soluções de 'a IND. W¿=0,935) e de 46,1% a 54,9% (com soluções de 'a IND. W¿=0,895), havendo maior redução de água, quanto maior o conteúdo de sacarose na solução. O ganho em NaCl foi maior do eu o de sacarose, que impregnou sobretudo a casca. Cortes na base do grão mostraram pouco efeito nas taxas de transferência de massa. O produto desidratado exibiu considerável depressão na Temperatura de início de Congelamento: de '¿2,4 GRAUS¿C para o grão branqueado, e '-10,8 GRAUS¿C para o grão em contato com solução de 0,895. a diminuição da umidade e a impregnação de solutos reduziu em até 58,7% a porcentagem de gelo formada. Esses parâmetros são importantes para a manutenção da estrutura celular e resultam na diminuição da carga térmica de congelamento Abstract: Sweet corn grains 970 to 73,0% of initial moisture content), osmotically dehydrated, were frozen to ¿ ¿40 DEGREES¿C, and the freezing thermodynamic parameters were established. The results of osmotic dehydrations tests made with four different solutions of NaCl and Sucrose with water activity, 'a IND. W¿, equal to 0,935, and four other solutions with 'a IND. W¿=0,895, were evaluated. The sweet corn was blached in boiling water for 3 minutes, and submitted to total osmotic treatment of 300 minutes, at ¿30 DEGREES¿C and under agitation. The residual moisture content of the grains varied from 45,3 to 53,5% (solutions with 'a IND. W¿=0,935) and from 46,2 to 54,9% (solutions with 'a IND. W¿=0,895), with higher water loss, the higher the sucrose content of the solutions. The mass gain in NaCl was higher than in sucrose, with sucrose impregnation mainly the pericarp. Cuts made at the tip cap of the grain showed small effects on mass transfer rates. The dehydrated product showed considerable depression of the Initial Freezing Temperature: from '- 2,4 DEGREES¿C for the blanched grain, to '- 10,8 DEGREES¿C for a grain after a contact with solutions 'a IND. W¿=0,895. The lower moisture content and the solutes impregnation reduced in 58,7% the ice content. These parameters are important for the cellular structure maintenance during freezing and resulted in lower heat load in the freezing process Mestrado Mestre em Engenharia Química

Orientador: Carlos Alberto Gasparetto Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos Resumo: Neste trabalho foi estudado o comportamento reológico de sucos de abacaxi e manga produzidos em laboratório sob a influência de diferentes teores de sólidos insolúveis suspensos, que compõem a polpa. Diferentes teores de sólidos insolúveis foram obtidos com o fracionamento da polpa, através de peneiras padrão com aberturas de 0,149 mm 0,59 mm, 0,84 mm e 1,18 mm. Foi conseguida uma estratificação, no que se refere as dimensões das partículas, permitindo estudar relações entre abertura de malhas e comportamento reológico. Foram analisados os comportamentos reológicos de dois sucos de abacaxi (natural e despectinizado) e três sucos de manga (natural, com pectina precipitada enzimaticamente e sem pectina), cada um dos quais subdividido em seis frações (quatro peneirados, uma integral e uma centrifugada). Todos estes produtos foram estudados comparativamente, fazendo-se o cruzamento dos resultados obtidos entre os derivados natural e com pectina precipitada de abacaxi, entre os derivados natural, com pectina precipitada e despectinizada de manga e entre derivados de abacaxi e manga. Os sólidos insolúveis foram identificados como o principal fator responsável pelo comportamento reológico dos sucos de abacaxi, enquanto que nos sucos de manga isto só ocorreu no suco despectinizado e no suco contendo pectina precipitada. Nos sucos de manga naturais, a extração de parte dos sólidos insolúveis, com as peneiras utilizadas neste trabalho, demonstrou influência aleatória no comportamento reológico deste produto, porém, a extração total destes sólidos provocou sensível alteração neste comportamento. Na comparação dos resultados entre os sucos de abacaxi e de manga concluiu-se que os sólidos insolúveis presentes nos sucos de manga influenciaram proporcionalmente mais a viscosidade destes sucos do que os sólidos insolúveis presentes nos sucos de abacaxi Abstract: An investigation was conducted in order to study the rheological behaviour of pineapple and mango juices and the influence of the suspended insoluble solids. A range of insoluble solids was attained through pulp fractioning in standard sieves with mesh sizes OJ49 mm, 0,59 mm, 0,84 mm and 1,18 mm. A particle separation was achieved referring particle size thus allowing the analysis of mesh size and rheological behaviour relationship. The studies covered 2 pineapple juices (natural and despectinized) and 3 mango juices (natural, despectinized and precipitated pectin) each divided into 6 fractions through sieving. A comparative analysis was developed for the 2 pineapple juices, the 3 mango juices and mango versus pineapple. Insoluble solids were identified as key factor for pineapple rheology whereas for mango this was observed only with the despectinized material. For mango natural juice the partial extraction of insoluble solids influenced randomly its rheological behaviour. Comparing mango and pineapple, insoluble solids are more important for the rheological behaviour of mango juices. The model of Mizrahi-Berk was the best adjustment for all samples studied Doutorado Doutor em Engenharia de Alimentos

Orientador: Carlos Alberto Gasparetto Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos Resumo: No presente trabalho estudou-se as propriedades hidrodinâmicas de laranjas, indispensáveis ao desenvolvimento de um sistema de transporte hidráulico para a fruta. Como a maioria das correlações desenvolvidas para relatar comportamento de partículas em meio fluido envolve sua geometria, estudou-se a princípio o tamanho médio da laranja em termos das medidas dos três diâmetros mutuamente perpendiculares, forma em termos do grau de esfericidade, peso, volume, densidade, área projetada e área superficial. Tendo conhecimento prévio de que as indústrias de processamento de laranjas que implantaram o sistema hidráulico como meio para transportar seu produto fracassaram devido ao entupimento dos canais, procedeu-se neste trabalho um estudo detalhado do comportamento da fruta em água atentando-se para o problema ora apontado. Concluiu-se que a laranja estando sadia apresenta uma situação de equilibrio padrão com um ângulo de orientação, entre a columela central e o nível d'água, compreendido entre 14 e 25° quando imersas em água e que frutas estragadas ficam totalmente submersas, sendo este o possível motivo das obstruções e entupimentos dos canais usados para o transporte. Dentre as características hidrodinâmicas da fruta determinou-se a velocidade terminal da laranja, no caso, ascendente, no centro de um tubo cilíndrico de 0,25 m de diâmetro e 2,70 m de profundidade. A partir da velocidade terminal determinou-se o coeficiente de arraste e o efeito de parede segundo critério Kp, definido como a razão entre a velocidade terminal de uma esfera de diâmetro Dp em meio infinito e a velocidade terminal no centro de um tubo cilíndrico de diâmetro Dt. Estudou-se ainda no presente trabalho o arraste de laranjas em condições diversas de escoamento num canal de seção retangular medindo 4,00 m de comprimento x 0,20 m de largura e profundidade variável em que mediu-se a força de arraste variando-se também a altura da lâmina de água no canal. Ainda no canal foi feito um estudo do comportamento de uma fruta isolada e de um grupo de 2 e 4 laranjas durante escoamento, para todas as velocidades estudadas. Abstract: The physical characteristics and hydrodynamic properties of oranges which are indispensable for a water transport of the fruit have been studied in this work. As most correlations developed to report the behavior of particles in a fluid media involve their geometry, at first the average size of oranges was studied in terms of the sphericity, weight, volume, projected area and surface area. Knowing beforehand that orange processing companies which implemented the hydraulic system as a means to transport their products have failed due to clogging of channels, a detailed study was conducted in this work on the behavior of the fruit in water, taking this problem into account. It was observed that, when oranges are healhy, they have a standard equilibrium situation with an orientation angle comprised between 14 and 25° when immersed in water and that spoiled fruit are totally submersed, which is probably the reason for blocking and clogging of the channels used for transportation. Among the hydrodynamic characteristics of the fruit, the terminal velocity of the orange,which in this caso is ascending, was determined, in the center of a 2.70 m deep cylindrical tube with a 0.25 m diameter.From the terminal velocity, the drag coefficient was determined and the wall effect according ,to the criterion Kp, defined as the ratio between the terminal velocity of a sphere of diameter Dp in an infinite media and the terminal velocity in the center of a cylindrical tube of diameter Dt. Also in this work the dragging of oranges was studied under several flow conditions in a channel of rectangular section with a lenght of 4.00 m X width of 0.20 m and variable depth, in which the dragging force was measured, while varying also the height of the water sheet in the channel. Another study was made in the channel on the behavior of a separate fruit and a group of 2 and 4 oranges during the flow, at all velocities studied. Doutorado Doutor em Engenharia de Alimentos

Orientador: Leonardo Goldstein Junior Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: A crescente aplicação industrial de sistemas com leito fluidizado circulante em processos que envolvem sólidos particulados ressalta a necessidade de aprofundamentos teóricos e experimentais no estudo de tais equipamentos. Observa-se um avanço maior no campo experimental decorrente de ajustes realizados muitas vezes sem o necessário respaldo teórico do problema. A injeção de ar secundário, fato bastante comum em combustores de leito fluidizado, ainda não foi analisada profundamente na literatura, sendo fator de importância no controle de poluentes atmosféricos. O presente trabalho contribui para o conhecimento de sistemas de leito fluidizado circulante, através do estudo experimental da fluidodinâmica envolvendo a injeção de ar secundário e de considerações acerca da simulação de tais sistemas. Os experimentos foram realizados num sistema construído em escala piloto com 4,0 m de altura e 0,10 m de diâmetro interno, utilizando areia com diâmetro médio entre 200 e 920 'mu¿m. A temperatura do gás na entrada da coluna principal estava em tomo de 200°C, enquanto que a velocidade variou entre 2,5 e 9,5 m/s. Os dados experimentais obtidos permitiram a proposição de correlações para a queda de pressão em ciclones e válvulas de recirculação tipo L, importantes para a análise do balanço de pressão do sistema. O estudo da simulação da fluidodinâmica do leito fluidizado circulante forneceu resultados que foram comparados com resultados experimentais próprios e de outros pesquisadores, contribuindo para o conhecimento do sistema Abstract: The increasing usage of circulating fluidized beds in gas-solid processes enphasizes the need of further theoretical and experimental studies of these equipments. Improvements are introduced decuITingITomexperience in the field, many times without knowledge of the basic phenomenology behind. The secondary air injection is often used in fluidized bed combustors, but the literature is poor in the subject, although important it is for atmospheric pollutant control. This work contributes to the understanding of circulating fluidized bed systems through experimental studies of its fluid dynamics with secondary air injection and consideration of its mathematical simulation. The experiments were ran in a 4-0 m high, 0.10 m internal diameter riser system. The solid material was 200 - 920 'mu¿m sand. The gas temperature at the beginning of the riser was around 200°C and the superficial gas velocity varied in the 2.5 - 9.5 m/s range. The data which were obtained made possible to suggest correlations for the pressure drop in cyclones and in recirculating L-valves, necessary in the study of the system pressure balance. The circulating fluidized bed fluid dynamics simulation was considered. The results obtained were compared with experimental data of this work and Itomother authors, contributing to a better understanding of the process Doutorado Térmica e Fluídos Doutor em Engenharia Mecânica