Sobre a solução de pavimento Topmix Permeable (Tarmac), a proeza drenar 1000 L de chuva por minuto e metro quadrado, e o pavimento como regulador térmico

Em vilas e cidades onde o paisagismo é mais difícil e onde os espaços verdes são limitados, apenas cerca de um décimo de água da chuva é absorvida pelo solo. Isto contrasta com valores de 80-90% nas áreas rurais. Os espaços construídos cresceram rapidamente nos últimos 50 anos, resultando em grandes áreas de terra pavimentada com materiais impermeáveis.

O TOPMIX PERMEABLE da Tarmac pode conferir um papel fundamental na maioria dos

Sistemas Urbanos de Drenagem Sustentável (SuDS), proporcionando uma resposta a longo prazo aos riscos de inundações devido a águas superficiais.

Este pavimento de drenagem rápida direciona rapidamente o excesso água para longe das vias, superfícies de estacionamento, calçadas e passadiços. Isso permite que a água da superfície seja drenada para os sub-estratos e se dissipe naturalmente, reduzindo o risco de inundações de águas superficiais e contaminação de cursos de água.

Características de desempenho:

• Volume de espaço vazio até 35%;
• Taxa de escoamento: até 1 000 L / m² / min;
• Resistência à compressão: 10-20N / mm²;
• Resistência à flexão: 1,5-3N / mm².

Vantagem também para melhor a sensação térmica no pavimento

Um sistema típico consiste numa camada de TOPMIX PERMEABLE da Tarmac instalado em cima de um agregado sub-base, que por sua vez é colocada em solo não perturbado ou numa camada de cobertura. A estrutura e as dimensões de cada camada dependerá da aplicação e o design do sistema.

Esta solução permite que a água da chuva drene através da superfície. Durante os períodos de alta precipitação o sistema funciona como um reservatório, atrasando a descarga de águas pluviais em cursos de água ou sistemas de drenagem.

Para além disso, a sua capacidade de armazenar água permite funcionar também como um sistema de arrefecimento em períodos de temperatura crescente, levando a que água armazenada comece a evaporar, e criando assim um ciclo de arrefecimento a partir da superfície de pavimento.

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Sobre a produção de neve artificial para fins de turismo e desporto de inverno: aspectos técnicos e algumas características e factos sobre esta prática

A tecnologia de produção de neve envolve o uso de nucleadores que produzem uma mistura de água e ar comprimido que forma núcleos de neve (nuclídeos) ao entrar na atmosfera. Os bocais dos canhões de neve atomizam a água em gotículas finas que se combinam com os nuclídeos e congelam na forma de pequenos cristais de neve a caminho do chão. Esta queda é simulada diferentemente por diferentes tipos de canhões de neve. Os canhões de ventoinha são equipados com um ventilador de ar para este propósito, enquanto as lanças de neve recorrem à queda natural de um alturas de até 10 metros.

Tal como acontece com a queda de neve natural, a temperatura do ar e a humidade do ar precisam de cumprir certos requisitos para a produção técnica (artificial) de neve. O termo usado na tecnologia de produção de neve é, portanto, a temperatura de bulbo húmido, que expressa a razão entre a temperatura e a humidade relativa do ar. A temperatura de bulbo húmido está sempre abaixo da temperatura externa. Quanto mais húmido está o ar, menor a quantidade de água que ele pode ainda absorver, e mais baixa a temperatura tem de estar para formar cristais de neve a partir das finas gotas de água.

Os canhões de neve da TechnoAlpin começam a produzir neve a partir de uma temperatura de bulbo húmido de -2,5 ° C. Caso a humidade atmosférica seja muito baixa, esse nível pode ser alcançado com temperaturas ligeiramente acima de 0 ºC, mas se a humidade do ar for alta, temperaturas abaixo de zero são necessárias.

As temperaturas em torno do ponto de congelamento são referidas como temperaturas limítrofes ou temperaturas limite. A temperatura da água também é um fator chave, especialmente nessas temperaturas limite. Torres de arrefecimento são usadas para atingir a temperatura ideal da água e aumentar a eficiência de um sistema de produção artificial de neve.

Fonte: Techno Alpin

Algumas características e factos adicionais sobre a produção de neve artificial: 

• Com uma densidade de 300-500 kg / m³, a neve artificial é quatro vezes mais dura que a neve natural (De Jong, C. 2010).

• Substâncias adicionais podem ser misturadas à água para manter a neve artificial a temperaturas acima de 0 ° C.  [...] Por exemplo, em algumas regiões dos Alpes, a bactéria americana Pseudomonas syringae é introduzida no água para poder produzir neve artificial a temperaturas mais altas. As bactérias são inativados por radiação e então utilizadas como germes de cristalização para poupar energia (ROCHLITZ 1989 em Doering, A. et al (1996)). O uso dessas bactérias é proibido na Alemanha, mas geralmente é difícil de detetar;

• Os investimentos em sistemas de neve artificial podem requerem entre 15 e 20 anos de amortização, tendo em conta pelo menos 100 dias por ano de neve com temperaturas abaixo de -3 ° C;

• A produção de neve artificial de um m³ custa 2,50 €, incluindo trabalho de escavação e nivelamento, eletricidade para compressores e canhões, e compactação (Canardages (2010));

• A criação de neve artificial visou inicialmente a compensação pela falta de cobertura com neve natural , mas evoluiu para um procedimento de rotina com vista a cobrir pistas de esqui inteiras antes do início da queda de neve natural para garantir a certeza da neve durante toda a temporada (dezembro a abril) (Bürki et al 2008 in De Jong, C. (2009)).

Fonte: J. Snajdr, The production of artificial snow - ecological, social

and economical aspects, 2017, University of Life Sciences and Natural Resources Vienna, Austria

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Coluna 'Ver para Crer' (BEQ.2019.4): na Austrália, quando o pavimento não aguenta o excessivo calor da estrada, os pneus é que pagam

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Corroborando a máxima de que uma imagem vale mais que mil palavras, a coluna 'Ver para Crer' BEQ tem por objetivo divulgar conteúdos multimédia cativantes que possam elucidar dos diferentes fenómenos e contextos em que a engenharia química tenha uma palavra a dizer, seja de forma direta ou meramente simbólica.

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Sobre a recompressão mecânica de vapor enquanto modo eficiente e rentável de reter e reutilizar industrialmente o calor latente contido no vapor

A recompressão mecânica de vapor reduz a energia usada no processo de evaporação em até 90% em comparação com os sistemas convencionais. Funciona reutilizando a energia térmica contida no vapor após a sua utilização. Essa energia seria desperdiçada. 

Numa típica unidade industrial de evaporação com filme descendente, o líquido de alimentação entra no topo de uma câmara vertical chamada "Calandria". O líquido é disperso através de um grande número de tubos verticais à medida que este flui para baixo, tendendo a formar uma película no interior do tubo. Entre as seções superior e inferior da Calandria há uma área selada onde os tubos passam por uma camada de vapor de alta temperatura. Esta seção funciona como um permutador de calor. Quando o vapor quente condensa na parte externa dos tubos, liberta o calor latente e aumenta assim a temperatura do líquido de alimentação dentro dos tubos.

No momento em que o líquido de alimentação sai do fundo do tubo, grande parte da água foi evaporada (...) e deixa os tubos como vapor. Na parte inferior da "Calandria" parte do líquido concentrado [que não chegou a evaporar] acumula-se e pode ser retirado. A mistura quente passa para uma câmara mais fria chamada Separador [Separator], onde mais líquido concentrado cai no fundo para ser retirado e o restante vapor sobe para o topo. Este vapor contém agora a maior parte da energia que foi inicialmente alimentada no sistema. 

O turbo ventilador (...) suga o vapor do separador e comprime-o novamente, aumentando a pressão e aumentando a temperatura até o ponto em que o vapor pode ser usado novamente como fonte de calor. (...) O vapor reaquecido pode então ser alimentado de volta para a Calandria para fornecer a energia térmica necessária para evaporar mais líquido de alimentação à medida que passa pelos tubos. O processo de recompressão mecânica de vapor é uma maneira altamente eficiente e rentável de reter e reutilizar o calor latente contido no vapor.

Fonte: Howden

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Coluna 'Ver para Crer' (BEQ.2018.7): produção de gases combustíveis a partir da degradação térmica de biomassa vegetal (pirólise)

Corroborando a máxima de que uma imagem vale mais que mil palavras, a coluna 'Ver para Crer' BEQ tem por objetivo divulgar conteúdos multimédia cativantes que possam elucidar dos diferentes fenómenos e contextos em que a engenharia química tenha uma palavra a dizer, seja de forma direta ou meramente simbólica.

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Coluna 'Ver para Crer' (BEQ.2018.5): aspersores de teto em situações de incêndio não requerem estímulos elétricos para ser acionados

Corroborando a máxima de que uma imagem vale mais que mil palavras, a coluna 'Ver para Crer' BEQ tem por objetivo divulgar conteúdos multimédia cativantes que possam elucidar dos diferentes fenómenos e contextos em que a engenharia química tenha uma palavra a dizer, seja de forma direta ou meramente simbólica.

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how fire fighting sprinkler work during fire

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Sobre os radiadores de carro enquanto categoria especial (e influente) de permutadores de calor, e o impacto destes no presente e futuro dos automóveis

Em engenharia química, como qualquer estudante rapidamente se apercebe, a operação unitária transferência de calor tem como equipamento primordial um permutador de calor. Industrialmente, esta peça compreende uma interface onde uma corrente fria e uma corrente quente contactam sem se misturar (ao contrário da torre de refrigeração, por exemplo) a fim de que a manutenção de uma dada temperatura-objetivo (que se considere estratégica ou recomendável para um dado sistema) seja garantida através da dissipação de calor.

Se tratada no contexto industrial,  o estudo e projeto de permutadores é em si mesmo um mundo de possibilidades e nuances. Porém, num sentido mais lato, a transferência de calor por intermédio de permutadores de calor é uma realidade que se aplica igualmente a sistemas vivos (e.g. temperatura corporal) e também a objetos do quotidiano, de que o carro é excelente exemplo.

Radiador (permutador de calor) de um veículo 

automóvel, e sua localização habitual. Fonte

Embora ninguém escolha um carro pelo seu radiador (i.e. pelo seu sistema de arrefecimento do motor), a verdade é que este permutador de calor dos automóveis tem um grande impacto na própria estética dos mesmos, já que a entrada de ar de arrefecimento se faz necessariamente pela região frontal destes, o que impõe a existência de uma grelha frontal. A este respeito é curioso notar como os diferentes fabricantes de automóveis fizeram dessas grelhas frontais elementos de afirmação da sua marca. Veja-se o caso da BMW, com a sua grelha característica ao longo das várias gerações de veículos, lançados ao longo das décadas.

Evolução temporal das grelhas frontais 

dos veículos da marca BMW. Fonte

Para um engenheiro químico mais habituado a ouvir falar de (e/ou lidar com) permutadores de calor industriais, o radiador de um carro apresenta, enquanto sistema, caraterísticas únicas. Desde logo porque não está imóvel, instalado num chão de fábrica. Pelo facto de estar instalado no próprio veículo (de outro modo não poderia ser!) o radiador de carro é um permutador de calor móvel, e é concebido para tirar partido dessa mobilidade. Como? Quanto mais o condutor do veículo o acelera  mais contribui para o aumento de caudal de ar que entra pela grelha frontal, levando a que maiores quantidades de ar contactem com a interface metálica do radiador (alhetas) para dissipar o calor do motor. Veja-se abaixo como pode evoluir o aumento de velocidade do ar de entrada pela grelha frontal (ou seja: o caudal de ar que chega ao radiador) à medida que o veículo aumenta a sua velocidade.

Fonte

É extraordinário imaginar que sempre que um condutor pressiona o seu acelerador do carro, ele está a contribuir simultaneamente para o que motor aqueça mais, mas também para que o ar de arrefecimento aumente de caudal (sempre à temperatura ambiente) e favoreça o arrecimento do motor. Por outro lado, na ausência de movimento o caudal de ar para o arrefecimento é zero (salvo se estiver vento na envolvência), e o veículo passa a depender da dissipação por conveção natural, o que se sabe ser insuficiente. É por esse motivo que a ventoinha é uma presença habitual em radiadores de automóveis. Por esse e pelo facto de que o aumento de caudal de ar de arrefecimento devido com  o aumento velocidade do veículo poder não ser suficiente para dissipar o calor adicional gerado pelo motor para garantir essa velocidade.

Para terminar, importa também imaginar o futuro dos radiadores (e da estética frontal dos veículos) à luz do paradigma de mudança para veículos elétricos. O possível abandono dos motores a combustão interna por troca com sistemas de bateria elétrica (ou de pilha de combustível), fazem com que o calor que é necessário dissipar em cada veículo seja diferente, desde logo porque a combustão interna permite um aproveitamento de apenas 20 % da energia (produzida para trabalho mecânico). O resto é perda térmica, que se espera que o radiador do veículo possa dissipar. A este respeito, sabe-se que veículos elétricos têm taxas de aproveitamento da energia de 50 a 85%, dependendo da tecnologia instalada. 

Por outro lado, os sistemas elétricos (e.g. baterias de lítio) requerem temperaturas máximas de operação bastante abaixo daquelas suportadas por motores de combustão interna, o que levanta novos desafios aos radiadores e à capacidade de dissipação de calor dos radiadores de carro. De onde se conclui que os radiadores e as grelhas frontais dificilmente deixarão de existir com o advento do veículo elétrico, continuando a contribuir como uma classe muito especial de permutadores de calor, sobretudo para o engenheiro químico habituado ao aspeto e funcionamento clássico (industrial) dos mesmos.

Taxas de aproveitamento da energia (a azul) de diferentes 

tecnologias de motorização automóvel. Fonte

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Sobre os fornos kiln, a secagem de madeira, e operações unitárias num equipamento que se aparenta com um simples armazém

Os fornos kiln são a prova de que as operações unitárias não têm de ser sinónimo de equipamento e maquinaria muito complexa e de geometrias pouco convencionais. Secar madeira dentro do que parece ser um simples armazém é aquilo a que se propõe um forno kiln, não deixando com isso de ser um processo industrial importante.

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Imagem: KDS Windsor

A madeira é um material higroscópico sensível à humidade. A higroscopicidade é uma das propriedades mais distintivas da madeira. Qualquer tipo de produto de madeira absorve a humidade do ar circundante até chegar ao teor de humidade de equilíbrio (EMC), um ponto que equilibra a  humidade da madeira com a humidade do ambiente circundante.

A secagem é um dos processos mais importantes para o uso eficiente de produtos de madeira. A transformação adequada, a colagem e o acabamento de madeira não são possíveis com elevados teores de humidade.  O processo de secagem em fornos kiln envolve a secagem de madeira numa câmara onde a circulação do ar, a umidade relativa e a temperatura são controladas com vista à redução da humidade da madeira.  Os fornos kiln mais utilizados são os do tipo convencional e os de  desumidificação. Os kilns a vácuo e solares também são usados ​​para aplicações e condições especiais.

• Kilns convencionais

Um forno kiln convencional utiliza um fluxo de vapor num tubagem interna e com isso irradia calor para a atmosfera do forno. O teor de água da madeira é convertido em vapor por evaporação e descarregado do forno juntamente com o ar quente. A figura acima esquematiza um layout típico de kiln convencional. Este tipo de forno requer grandes quantidades de energia pelo que não é tão económico nem eficiente em comparação com os kilns de desumidificação.

Fonte: Robert M. Kerr Food & Agricultural Products Center

• Kilns de desumidificação

Os fornos kiln de desumidificação estão entre os mais utilizados na indústria de produtos de madeira. Uma vantagem de usar fornos de desumidificação é o processo poder ser contínuo, havendo reciclagem do calor no forno em vez da perda do calor do forno como no caso de kilns convencionais. A maior parte da água é condensada nas bobinas do desumidificador e removidas como líquido em vez de serem ventiladas para o exterior do forno no estado gasoso. 

Embora os kilns de desumidificação utilizem forçosamente eletricidade eles conseguem ser mais económicos que os kilns convencionais. Note-se que um kiln de desumidificação opera a  temperaturas de 30 a 40 ºC. A figura acima ilustra os princípios de trabalho do kiln de desumidificação.

Fonte: Robert M. Kerr Food & Agricultural Products Center

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Sobre as diferenças entre "congelado" e "ultracongelado": uma questão de temperatura, tempo de processamento, e o tamanho dos cristais de gelo

A refrigeração como forma de preservar alimentos remonta aos tempos pré-históricos. Na época, as pessoas usavam neve e gelo para armazenar produtos de caça. O congelamento lento era arriscado. Só no século 20 é que a comercialização de alimentos congelados começou, por vida da descoberta de um método de congelamento rápido.

A congelação e a ultracongelação são os dois métodos atualmente em voga para o estabelecimento de temperaturas negativas que promovam a preservação de alimentos. Qual a diferença entre essas duas técnicas?

• Congelação

O congelamento é uma técnica que envolve uma diminuição lenta (até 24 horas) de temperatura. A água contida em produtos é transformada em grandes cristais de gelo. Esta técnica é usada por particulares que mantêm seus alimentos armazenados no congelador.

Em termos de desvantagens, as extremidades dos cristais podem acabar perfurando a parede celular do alimento. A desorganização dos tecidos estruturais pode levar a reações enzimáticas e não enzimáticas que alteram a textura e os sabores dos produtos alimentares. Por fim, a humidade do alimento e os aromas mais voláteis podem desaparecer por evaporação, deixando os alimentos secos e menos ricos.

Fonte: Hengel

• A ultracongelação

É uma técnica industrial que envolve o arrefecimento agressivo e rápido (de alguns minutos a, no máximo, uma hora), sujeitando intensamente os alimentos a temperaturas de -30 a -50 ° C, até a temperatura do núcleo do produto atingir -18 ° C. Com este processo, a água contida nas células é finamente cristalizada. A morte de células e a proliferação de microorganismos são limitadas. As células ficam adormecidas como resultado da baixa temperatura. Assim, os produtos tratados mantêm sua frescura, texturas e sabores, bem como os nutrientes essenciais e as vitaminas.

Fonte: Hengel

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Para terminar, vale a pena cruzar esta publicação com a seguinte: "Sobre a liofilização: definição, história e aplicações", já que a liofilização é uma tecnologia de congelação em que a pressão é reduzida a ponto de se criar um vácuo, o que permite sublimar a humidade das amostras.

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Revista semanal de imprensa (BEQ.2018.1): xisto, internet, PET, pellets, biocombustíveis, e cana-de-açúcar

Nesta rubrica, o BEQ faz uma compilação de notícias, artigos ou outros conteúdos, descobertos e lidos no decorrer da semana, e que tratam de temas centrais ou conexos com a engenharia química.

O mote é divulgar este ramo engenharia pela promoção e consulta de conteúdos originalmente  publicados por outras fontes que não o BEQ, desde logo blogues, jornais, revistas, ou sites em geral. 

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• Xisto não compensa a queda de novas descobertas de petróleo

Os poços de xisto (shale em inglês) estão a criar excesso de oferta por ora, mas sem mais investimentos em projetos maiores e convencionais, pode haver déficit já em 2019, segundo a canadense Suncor Energy.

• O país que usa o calor da internet para aquecer casas

De acordo com os Data Centers By Sweden - que está a lançar projetos parecidos ao de Estocolmo em todo território -, apenas 10 MW (megawatt) de energia são necessários para aquecer 20 mil apartamentos modernos. Um típico centro de dados do Facebook, por exemplo, usa 120 MW.

• Brasil investiga dumping nas exportações para o país de filmes PET do Peru e Barein

A Secex apurou que o valor normal dos filmes PET exportados pelo Barein é de 1,951 mil dólares por tonelada, enquanto o preço de exportação para o Brasil no período foi de 1,517 mil dólares. No caso do Peru, o preço normal apurado foi de 3,622 mil dólares, com o preço de exportação para o Brasil de 1,838 mil dólares por tonelada.

• Navigator vende negócio de pellets nos EUA

Empresa portuguesa desinveste na fábrica comprada em dezembro de 2014 e com capacidade de produção de 500.000 toneladas por ano. A Navigator anuncia assim a venda do negócio de pellets nos Estados Unidos.

• Indústria de biocombustível do Brasil vê impulso com RenovaBio

A nova política de biocombustíveis do Brasil (RenovaBio), aprovada no Senado, deverá impulsionar o setor no país e ao mesmo tempo colaborar para o uso de combustíveis renováveis e menos poluentes, disseram representantes da indústria.

• Entre produzir açúcar ou etanol, Governo Temer ‘disse’ à indústria o que fazer

Há algumas justificativas para o ‘singelo aumento’ da produção brasileira. A primeira delas é o clima favorável do outro lado do mundo para a produção da cana-de-açúcar. Segundo dados da União da Indústria de Cana-de-Açúcar (Unica), a proporção de cana-de-açúcar destinada à fabricação de etanol totalizou 53,01% desde o início da safra 2017/2018 até 16 de dezembro. Na segunda quinzena de novembro, essa proporção alcançou 63,17%.

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Sobre os actinómetros, dispositivos usados para medir a intensidade da radiação, e algumas aplicações dos mesmos

Um actinómetro é um dispositivo usado para medir a intensidade da radiação, como por exemplo a radiação solar.  O equipamento foi inventado por John Herschel em 1825, e funciona com base no princípio de que a taxa de conversão fotolítica de moléculas dentro de uma célula do actinómetro é igual à taxa de absorção de fotões no actinómetro. [1]

Na prática, consiste num sistema químico ou dispositivo físico que determina o número integral de fotões num feixe ou por unidade de tempo. O seu nome é comumente aplicado aos dispositivos usados para radiação compreendida nos intervalos de comprimento de onda ultravioleta e visível. As soluções de oxalato de ferro (III) podem ser usadas como actinómetro químico, enquanto que os bolômetros ou os fotodíodos são dispositivos físicos que dão uma leitura que pode ser correlacionada com o número de fotões detetados. [2]

Os actinómetros são utilizados principalmente na meteorologia para medir a radiação solar transmitida pelo sol, refletida pela Terra ou dispersa pela atmosfera. Eles são usados em experimentos fotoquímicos que envolvem geometria de irradiação complexa. Para que um actinómetro seja eficiente, o rendimento quântico deve ser independente de oxigénio, impurezas, temperatura e comprimento de onda de excitação. [1]

Ao nível da engenharia química, os actinómetros não são equipamentos correntes, mas estão muito presentes em trabalhos que incluam o uso de radiação UV, nomeadamente em reatores de descontaminação/tratamento de águas residuais.

Exemplos de investigação recorrendo a estes dispositivos/tecnologia:

• Hadas Mamane, Angelo Colorni, Ido Bar, Ido Ori, Noam Mozes, The use of an open channel, low pressure UV reactor for water treatment in low head recirculating aquaculture systems (LH-RAS), In Aquacultural Engineering, Volume 42, Issue 3, 2010, Pages 103-111,

• Jorgelina Farias, Enrique D. Albizzati, and Orlando M. Alfano, New Pilot-Plant Photo-Fenton Solar Reactor for Water Decontamination, Industrial & Engineering Chemistry Research 2010 49 (3), 1265-1273

• V. Rochatte, G. Dahi, A. Eskandari, J. Dauchet, F. Gros, M. Roudet, J.F. Cornet, Radiative transfer approach using Monte Carlo Method for actinometry in complex geometry and its application to Reinecke salt photodissociation within innovative pilot-scale photo(bio)reactors, Chemical Engineering Journal, Volume 308, 2017, Pages 940-953

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Sobre a evaporação multi-efeito, e a economia de utilidades pela utilização de evaporadores em série

Fonte: Paulo Seleghim

Fonte: GEA

"Quando um único evaporador é colocado em operação e os vapores que saem deste são condensados ​​e descartados, o método é conhecido como evaporação de um único efeito. A economia de um evaporador de efeito único é sempre inferior a um. Geralmente, para evaporação de 1 kg de água de uma solução, é necessário 1 a 1,3 kg de vapor.

O método de aumentar a evaporação por quilograma de vapor empregando uma série de evaporadores entre o fornecimento de vapor e o condensador é conhecido como evaporação de múltiplos efeitos (...). É uma maneira única de aumentar a economia de um sistema de evaporação.

Um sistema de evaporação de múltiplos efeitos é comumente usado em operações de grande escala. Em tal sistema, os evaporadores são dispostos em série de modo que o vapor de um evaporador seja usado como meio de calor para o próximo que está operando sob uma pressão e temperatura mais baixas. Cada unidade dessa série é chamada de "efeito". No caso de um evaporador de efeito triplo, se o primeiro efeito operar a pressão atmosférica, o segundo e o terceiro efeito funcionam sob vácuo. O vapor é alimentado ao primeiro efeito e o vapor do terceiro efeito é condensado em um condensador conectado a uma bomba de vácuo.

Com um sistema de evaporação de efeito múltiplo contendo efeitos N em série, é possível teoricamente evaporar N kg de água a partir de  kg de vapor inicial alimetnado ao primeiro efeito."

Fonte: Nirali Prakashan, Heat Transfer, 2008, 8ªEd, Nirali Prakashan, Maharashtra

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Sobre o software COMSOL Multiphysics, e a sua utilidade para a modelação e simulação de fenómenos de engª química

COMSOL é o nome de uma empresa sueca que desde 1998 comercializa software técnico de modelação e simulação, que permite conceber e estudar aplicações elétricas, mecânicas, de fluidos, e químicas.

O produto base é o COMSOL Multiphysics, o qual utiliza métodos numéricos avançados para modelar e simular fenómenos de física. O software é versátil a nível de compatibilidades com outras ferramentas, podendo ser usado em combinação com CAD e Matlab, por exemplo. Com isto garante uma gestão facilitadas de aspetos como geometria, mesh, definições, condições fronteira.

Finalmente, esta ferramenta reivindica ter uma interface gráfica intuitiva e amiga do utilizador.

COMSOL para Engª Química

Para além da versão base, o software conta com variadíssimos módulos técnicos, os quais têm vindo a ser lançados pela empresa desde 1998, agrupados nas seguintes categorias: elétrico, estrutural e acústica, fluidos e calor, químico, multiobjetivo.

Destaque natural para o módulo de reação química, onde é possível modelar e simular, entre outros reatores de leito fixo, reatores tubulares, reação sob condições microfluídicas, e perceber aspetos como rendimentos, perfis de concentração e temperatura, volumes mortos, etc.

Módulos do COMSOL por especialidade técnica

Exemplo COMSOL: modelo  para reator de leito fixo

Exemplo COMSOL: simulador de reactor tubular com reação em fase gasosa.

Licenças de utilização:

De acordo valores disponíveis na net, uma licença individual vitalícia  pode custar por computador cerca de 1700 dólares, e por utilizador (independentemente do pc) 3400 dólares. Já os módulos têm preços individuais, oscilando entre 700 e 1500 dólares, a somar ao valor base da licença individual.

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Sobre as semelhanças e diferenças de pesquisar engª química em português ou inglês - Parte 2

No seguimento da iniciativa BEQ de detectar e quantificar as diferenças de divulgação de engenharia química em Portugal e no Brasil, e ainda em língua portuguesa vs. língua inglesa, publicado aqui, dá-se agora continuidade a essa iniciativa, através da análise nas diferenças observadas entre as duas línguas no que diz respeito a temas e assuntos que estão no coração do estudo e trabalho em engº química.

Em termos de método, o estudo realizado compreendeu a pesquisa na versão portuguesa do motor de busca Google para os termos em português e em inglês. Em cada estudo, um conjunto fixo de termos foi pesquisado, e os resultados apresentados foram normalizados pelo total de resultados devolvidos pelo Google para a totalidade dos termos.

• Temas gerais de engª química - pesquisa em português vs. inglês 

De entre os termos "transferência de massa", "transferência de calor", "transferência de momento", "operação unitária", "processos de separação", "termodinâmica" e "controlo de processos", os resultados devolvidos pelo Google em português mostram haver um predomínio de resultados envolvendo "termodinâmica", e uma equilibrada ocorrência de todos os outros termos.

Quando a mesma pesquisa é feita em inglês os resultados apontam para uma maior hierarquização dos termos. Assim, "transferência de calor" é a expressão com maior volume de resultados em inglês, seguida a alguma distância de "termodinâmica", e em terceiro lugar "controlo de processos". Transferência de massa surge em quarto lugar, revelando uma pontuação idêntica à verificada em língua portuguesa. Finalmente, os termos "transferência de momento", "operação unitária" e "processos de separação" revelam, em inglês, volumes de resultados praticamente irrelevantes face aos demais termos considerados.

• Fenómenos de engª química e seus equipamentos - pesquisa em português vs. inglês 

Refinando ainda mais a pesquisa através da procura por palavras específicas, os resultados em inglês e português relevam um maior alinhamento entre si, pese embora pontuais diferenças.

Em primeiro lugar, a hegemonia do termo "reação": não só consegue representar quase 45% do volume de resultados total do estudo, é muito curioso notar como a conversão deste termo em "reactor" conduz a uma brutal redução do número de resultados, independentemente da língua utilizada na pesquisa.

Depois, é muito curioso como o termo "destilação" e mesmo "coluna de destilação", que são dos fenómenos e operações unitárias (respetivamente) mais clássicos de engª química, pontua de modo tão reduzido nos resultados devolvidos pelo Google.

Inesperadamente, depois de "reação", o termo "compressão" é o que surge com mais resultados em português , seguido de "bombear" e de "absorção". Este pódio é igual caso a pesquisa seja realizada em inglês,

De referir também como o termo "permutador de calor" pontua tão baixo em termos de volume de resultados em ambas as línguas, sobretudo atendendo a que, em inglês, "transferência de calor" ocupa uma posição de destaque na proporção de resultados devolvidos pelo Google.

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Sobre o novo material têxtil nanoPE (Stanford), capaz de reduzir em até 2.7 graus Celsius a temperatura corporal em relação ao algodão

Engenheiros de Stanford desenvolveram um material têxtil plástico de baixo-custo com capacidades melhoradas dissipação de calor, o que se traduz num maior conforto para o utilizador, e numa potencial redução das necessidades de climatização (poupança energética).

A investigação é da autoria do grupo do investigador Yi Cui, foi publicada na Science, e consiste num material designado por nanoPE, nada mais nada menos que polietileno nanoporoso, que é transparente à radiação infravermelha irradiada pelo corpo humano, mas opaco à radiação da luz visível devido à distribuição dos referidos poros (tamanhos compreendidos entre 50 e 1000 nm).

Através de manipulação, estes investigadores devesenvolveram um material que promove o arrefecimento do corpo por radiação, sem prejuízo significativo da permeabilidade do ar, dissipação da transpiração, e propriedades mecânicas que garantam o uso como peça de vestuário.

Os resultados publicados mostram ser possível reduzir até 2.7ºC a temperatura corporal em relação ao uso de algodão.

Fonte: Stanford + Science 

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Sobre o projeto Eco-Cooler, e o arrefecimento low cost de habitações à custa de um conceitos bem conhecido dos alunos de engª química

É muito comum ouvir, por parte dos estudantes de engenharia química mais pragmáticos, a seguinte questão: mas para que serve estudar isto, no contexto do dia-a-dia?

O projecto Eco-Cooler é especialmente pertinente para todos esses, já que pega num assunto abordado na disciplina de Mecânica de Fluidos, e operacionaliza esse conhecimento na forma de um produto/solução a ser usado por comunidades necessitadas do mesmo. Soma-se a isto ter um baixo custo de produção e usar materiais considerados lixo.

Mas de que trata, afinal, o Eco-Cooler? Este é, nada mais nada menos do que um sistema low cost de arrefecimento de habitações, que manipula princípios de conservação de energia relacionados com o escoamento de um fluido (ar quente) por uma restrição geométrica (garganta, ou bocal). O resultado é uma solução que se diz conseguir arrefecer uma habitação em até 12ºC.

Eco-Cooler fornece assim um exemplo fantástico de como conceitos e princípios sobejamente conhecidos e leccionados (e aparentemente sem utilidade), precisam apenas de criatividade e interesse para poderem materializar-se em soluções para problemas reiais do dia-a-dia.

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Sobre a análise Pinch e o aproveitamento de calor residual com vista ao aumento da integração energética

Imagem: Heat integration for bio-oil hydroprocessing coupled with aqueous phase steam reforming

Shemfe, Mobolaji B. et al.Chemical Engineering Research and Design , Volume 107 , 73 - 80

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A Análise Pinch é um método heurístico que pode ser usado para alcançar a máxima recuperação energética de processos,  encontrando a melhor forma de troca térmica entre correntes quentes e frias, e aproveitando a energia do próprio processo para as operações de troca térmica.

Para se aplicar a Análse Pinch, é necessário conhecer as temperaturas de entrada e saída, as capacidades caloríficas e os caudais mássicos de todas as correntes que serão envolvidas no processo de integração energética. É necessário também, que esta integração energética sugeridas pela Análise Pinch, obedeça à primeira e segunda lei da Termodinâmica.

Adaptado de:  Júnior, C.C.F. (2009) Integração Energética da Etapa de Extração de óleo de Soja Utilizando a Análise Pinch, Univ. Estadual do Paraná, Tese de Mestrado

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Como pode ser observado na Figura 3.02 o ΔTmin representa a menor diferença de temperatura entre as duas curvas. A energia recuperada é a energia transferida entre as correntes, sendo que o aquecimento adicional da corrente fria é feito por utilidades quentes e o resfriamento final da corrente quente é feito por utilidades frias.

Fonte: Módenes,  A. N. , (1999) Utilização da análise Pinch na redução de emissões de poluentes, 

Univ. Estadual de Capinas, Tese de Doutoramento

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Logicamente que a grande utilidade da Análise Pinch resulta da sua aplicação a processos que combinem várias correntes quentes contendo calor residual com potencial de aproveitamento, e correntes frias que possam beneficiar desse calor residual. Com efeito, a Figura 3.02 pode ser transformada numa figura equivalente, mas combinando todas as correntes quentes e todas as correntes frias a utilizar, tal como se mostra abaixo, na Figura 3.05.

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O ponto onde as duas curvas são mais próximas, ou seja, o ponto onde a diferença de temperatura entre as curvas é mínima (ΔTmin) é denominado de ponto de estrangulamento energético (PEE). Este ponto limita o grau de integração energética no processo, representando um gargalo do ponto de vista da recuperação de energia.

Fonte: Módenes,  A. N. , (1999) Utilização da análise Pinch na redução de emissões de poluentes, 

Univ. Estadual de Capinas, Tese de Doutoramento

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Sobre princípios e dados históricos do uso de refrigeração pelo Homem

[1]

"No princípio a refrigeração era primitiva e fazia uso do gelo natural. Geralmente o objetivo consistia em preservar o gelo para sua utilização como luxo no tempo quente em vez de utilizá-lo para conservar alimentos. O gelo era cortado nos lagos gelados no Inverno, os blocos era guardados em covas revestidas de palha ou outro material isolador, e cobertos com terra. Este isolamento era suficiente para evitar o calor do sol, e a cova poderia ser aberto a meio do Verão para se retirar o gelo.

Este método de armazenamento era utilizado pelos Romanos, e até mesmo durante o último século [XIX] havia um considerável transporte de gelo da Noruega, Canadá, e outros países onde os lagos gelavam durante o Inverno."

(...)

 [1]

"Mesmo depois da invenção da maquinaria para produção artificial de gelo, continuou o envio de gelo natural da Noruega para a Grã-Bretanha, em virtude de ser muito dispendioso o fabrico. Utilizaram-se navios com porões especialmente isolados, e continuaram a aportar a Londres até ao início da Grande Guerra de 1914-1018"

(...)

"É desnecessário entrar em detalhe acerca de tais ensaios, mas eles fizeram uso de dois princípios:

1) um gás liquefaz-se a uma temperatura superior à normal desde que a sua pressão aumente grandemente;

2) quando se dá uma evaporação rápida há uma queda brusca de temperatura.

São estes os princípios utilizados na refrigeração comercial."

[2]

"Quando tem lugar uma mudança do estado líquido para o estado gasoso ou vice-versa, há uma absorção ou libertação de certa quantidade de calor - «o calor latente » - que é independente de um aumento ou abaixamento da temperatura. O refrigerador comercial tira partido do calor que é absorvido quando o líquido passa a gás. O calor tem de provir de qualquer coisa, logicamente dos materiais vizinhos. Estes podem ser a parede de uma câmara de refrigeração ou de um tanque de salmoura. A extração deste calor reduz a temperatura e produz a "refrigeração". Comprimindo  o ar numa bomba de bicicleta produz-se calor, a expansão produzirá frio."

Fonte: A Ciência ao Serviço da Indústria - A.M.Low (Livro)

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Sobre a liofilização: definição, história e aplicações

A técnica conhecida por liofilização consiste numa estratégia de separação baseada na sublimação (mudança de fase diretamente de sólido para gás).

Costuma ser usada para reduzir a quantidade de água numa amostra que contenha espécies biológicas ou compostos químicos susceptíveis de se degradarem com a temperatura. [1]

 Enquanto método, é similar à destilação a vácuo convencional, com uma diferença essencial: o material deve estar previamente solidificado e ser sujeito a  uma pressão muito baixa (alto vácuo). Sob estas condições a matriz de gelo é selectivamente removida por sublimação.

Um aspecto interessante associada a esta técnica prende-se com haver sido descoberta em 1890 mas apenas se ter verdadeiramente expandido com a 2ª Guerra Mundial, no seguimento da necessidade de se liofilizar amostras de plasma sanguíneo.

Liofilizador de escala laboratorial.

Liofilizador de escala industrial.

A aplicação industrial deste processo de separação é variada [3]:

• No âmbito da indústria alimentar, a liofilização é aplicada na produção de refeições instantâneas (vegetais, carne, peixe), assim como na preparação de fruta a utilizar em cereais e sumos.
• A indústria leiteira recorre também à liofilização com vista a preservar nos lacticínios proteínas e enzimas.
• Na indústria farmacêutica esta técnica permite preservar hormonas, vacinas e outros produtos biológicos facilmente degradáveis.
• Relativamente a aplicações menos vulgares mas igualmente interessantes pode-se citar os exemplos da preservação de livros que danificados por cheias ou artefactos encontrados no fundo do mar. Noutro registo, pode-se referir o seu uso em arte floral para preservação de pétalas e flores destinadas à decoração.

[1] Livro: Separation Techniques in Clinical Chemistry - Hassan Y. Aboul-Enein

[2] Livro: Technetium-99m Pharmaceuticals: Preparation and Quality Control in Nuclear Medicine - Ilse Zolle

[3] Empresa: Cuddon

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Sobre o evaporador rotativo e a destilação a vácuo

Recorrendo à definição da IUPAC, entende-se por evaporação "O processo físico pelo qual uma substância líquida é convertida num gás ou vapor. Este processo pode ocorrer a uma temperatura igual ou inferior à do ponto de ebulição do líquido (a temperatura a que o líquido ferve à pressão de 1 atmosfera) e é um processo endotérmico"

Organizando esta informação saltam à vista 4 aspetos importantes:

- A evaporação é um processo físico que envolve um líquido;

- O líquido não precisa de estar mesmo à temperatura de ebulição para evaporar;

- Pressão e temperatura são variáveis relevantes para perceber a evaporação;

- O processo de evaporação é endotérmico;

Tendo estes quatro aspectos em vista, concentremo-nos na peça de equipamento conhecida por evaporador rotativo, fácil de encontrar em laboratórios de química e exemplificado na imagem abaixo.

O interessante de um evaporador rotativo é o facto de combinar um conjunto de condições favoráveis à evaporação de uma amostra. Se não vejamos:

1. Pelo facto de ter um banho de aquecimento acoplado ao equipamento, o aquecimento da amostra é desde logo possível, etapa vital para fornecer energia a um processo que, como se viu, é endotérmico.

2. A possibilidade de se submeter a amostra e todo o sistema em contato com ela a uma redução de pressão – vácuo – traz vantagens no consumo de energia da evaporação, visto que a pressões mais reduzidas há lugar a um abaixamento da temperatura de ebulição. Na figura abaixo exemplifica-se este comportamento para água.

3. O condensador permite condensar parte da amostra que vai evaporando numa zona distinta daquela onde se encontra a amostra, concentrando-a em termos dos componentes menos voláteis.

O evaporador rotativo é, deste modo, um exemplo simples de destilação a vácuo. Tem uma vantagem que pode ser crucial em algumas aplicações: permitir que a destilação seja realizada a temperaturas mais baixas, evitando assim que determinados compostos da amostra se degradem devido ao aumento da temperatura.

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