The Journal of Engineering and Exact Sciences

Guide for authors: jCEC Template

Ivan Carlos Franco — 2020-12-20

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Plataforma baseada em arduino para aprendizado de controle de processos químicos

Bruna Couto Molinar Henrique — 2020-12-12

Este trabalho trata da implementação de uma unidade experimental de controle de vazão utilizando hardware e software gratuitos e de baixo custo. O software livre Processing foi usado para desenvolver os códigos fonte e a interface gráfica do usuário e a plataforma de prototipagem eletrônica de código aberto Arduino foi usada para adquirir os dados de uma unidade experimental. O trabalho apresenta descrições da configuração experimental, dos controladores PID de tempo real usados e das questões teóricas/conceituais do Arduino. Os controladores PID com base nos métodos controle por modelo interno, minimização da integral do erro absoluto ponderado no tempo, Ziegler-Nichols e outros foram ajustados para mudanças de setpoint e de carga e execuções em tempo real foram realizadas a fim de fazer uso da teoria de controle em tempo real ensinada na academia. Os resultados mostraram que a plataforma desenvolvida se provou adequada para uso em configurações experimentais, permitindo aos usuários comparar suas ideias e expectativas com as evidências experimentais de forma real e com baixo custo. Além disso, a instrumentação é simples de configurar com nível de ruído aceitável e particularmente útil para aprendizagem de controle automação com fins educacionais.

Vulcanização com Produtos Naturais: Uma análise através da Modelagem Molecular

Helson Moreira da Costa — 2020-12-12

Nesta investigação, os dados experimentais para a vulcanização da borracha natural (NR) e do copolímero de estireno-butadieno (SBR) com óleos vegetais de amendoim, coco e linhaça, além da cera de abelha, foram validados através da modelagem molecular das principais reações do processo. O método semiempírico AM1 (Austin Model 1) permitiu comprovar que a redução da dureza, associada à solubilidade na matriz elastomérica, é o fator que permite que ácidos graxos insaturados de 12 ou mais átomos de carbono ajam como ativadores em associação com o óxido de zinco. Porém, o impedimento estérico torna o ácido lignocérico, presente na cera de abelha, um ativador de baixo desempenho. Para os ácidos graxos insaturados de 18 carbonos, presentes nos óleos de amendoim e linhaça, as insaturações aumentam a reatividade das espécies geradas na vulcanização. No entanto, tal alteração de natureza produz efeito adverso, pois provavelmente induz reações laterais que comprometem o papel ativador dos óleos.

Effect of preparation method in the properties of iron oxide catalysts for fenton reaction

Fabiana Maria Barbosa — 2020-12-12

This work discusses methods of preparing iron oxide for the Fenton reaction, using methylene blue as a model molecule. The solids were prepared by precipitation, complexation, combustion, and decomposition and characterized by Fourier transform infrared spectroscopy, X-ray diffraction, scanning electronic microscopy, energy dispersive X-ray spectroscopy, specific surface area measurement and were evaluated for methylene blue removal. The method influenced the structural and surface properties of the solids, and consequently the catalytic performance of the solids. The solid prepared by precipitation showed the highest area, amorphous phase, and the best performance in the adsorption test. On the other hand, the combustion method favored the formation of hematite and traces of magnetite. The solid prepared by this method showed higher values of the methylene blue dye oxidation./Este trabalho discute métodos de preparação de óxido de ferro para a reação de Fenton, utilizando o azul de metileno como molécula modelo. Os sólidos foram preparados por precipitação, complexação, combustão e decomposição e caracterizados por espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier, difração de raios-X, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia de energia dispersiva de raios-X, medição de área superficial específica e foram avaliados para remoção de azul de metileno. O método influenciou as propriedades estruturais e superficiais dos sólidos e, consequentemente, o desempenho catalítico dos sólidos. O sólido preparado por precipitação apresentou a maior área, fase amorfa e melhor desempenho no teste de adsorção. Por outro lado, o método de combustão favoreceu a formação de hematita e vestígios de magnetita. O sólido preparado por este método apresentou valores mais altos de oxidação do azul de metileno.

3D Bioprinting: a review of materials, processes and bioink properties

Anna Beatriz Fontes — 2020-12-12

Bioimpressão 3D é um método de manufatura aditiva para engenharia de scaffolds usados como modelos para adesão celular, crescimento celular e subsequente formação de tecidos. Um dos biomateriais mais utilizados para biotintas é o hidrogel devido às suas propriedades adaptáveis que facilitam o processo de bioimpressão 3D e fornecem ambientes extracelulares favoráveis para várias funções celulares. A bioimpressão 3D pode ser dividida em técnicas baseadas em extrusão, jato de tinta ou impressão assistida a laser. Um dos maiores desafios na bioimpressão 3D é sua otimização, que depende da complexidade da estrutura 3D, das propriedades dos materiais e do desenvolvimento da biotinta para a “janela de bioimpressão”. Este trabalho pretende revisar o estado da arte das classificações e materiais componentes de hidrogéis, a física envolvida em técnicas de bioimpressão e as propriedades que afetam printabilidade e viabilidade celular./Bioimpressão 3D é um método de manufatura aditiva para engenharia de scaffolds usados como modelos para adesão celular, crescimento celular e subsequente formação de tecidos. Um dos biomateriais mais utilizados para biotintas é o hidrogel devido às suas propriedades adaptáveis que facilitam o processo de bioimpressão 3D e fornecem ambientes extracelulares favoráveis para várias funções celulares. A bioimpressão 3D pode ser dividida em técnicas baseadas em extrusão, jato de tinta ou impressão assistida a laser. Um dos maiores desafios na bioimpressão 3D é sua otimização, que depende da complexidade da estrutura 3D, das propriedades dos materiais e do desenvolvimento da biotinta para a “janela de bioimpressão”. Este trabalho pretende revisar o estado da arte das classificações e materiais componentes de hidrogéis, a física envolvida em técnicas de bioimpressão e as propriedades que afetam printabilidade e viabilidade celular.

Aplicação do sistema de gestão ambiental na minimização dos impactos ambientais gerados por uma agroindústria abatedora de aves

Adriana Biasi Vanin — 2020-12-12

Salienta-se os impactos ambientais ocasionados e maximizados pela ausência de um sistema de gerenciamento ambiental, considerando a alta industrialização de aves no sul e sudeste do Brasil. O que resulta em um equivocado direcionamento de resíduos líquidos e sólidos, potencializando a ocorrência de impactos ambientais negativos. A ferramenta que avalia e controla os impactos ambientais é o Sistema de Gestão Ambiental (SGA), este estudo teve como objetivo aplicar o SGA na avaliação e minimização dos impactos ambientais gerados por uma agroindústria de abate de frangos localizada no meio oeste de Santa Catarina. A coleta de dados possibilitou um diagnóstico da situação da agroindústria no início da pesquisa, considerando os impactos ao meio físico, biológico e socioeconômico das áreas de influência direta e indireta e a caracterização da cobertura vegetal local. O sistema mostrou ser uma ferramenta tecnicamente viável, priorizando os principais problemas ambientais presentes, analisando todo o processo de produção da agroindústria e identificando todos os pontos que deveriam ser melhorados para reduzir os impactos ambientais, abrangendo os resíduos líquidos e sólidos

Determinação de nitrogênio amoniacal em amostras de alimentos, solo, fertilizantes e água baseado na reação com formaldeído

Juracir Silva Santos — 2020-12-12

O íon amônio de amostras digeridas de alimentos, solo, fertilizante e água foi determinado baseado na reação do íon amônio com formaldeído e, em seguida, titulado com solução de hidróxido de sódio. A otimização de variáveis como quantidade de formaldeído e concentração de EDTA foi realizada por meio de análise univariada. Em condições otimizadas, o método permitiu a determinação de amônio com o limite de detecção alcançado de 1,83 mg L^-1, um limite de quantificação de 6,11 mg L^-1 e precisão de 6,0 - 0,5% para soluções de amônio na concentração de 0,400 - 3,773 mg L^-1, respectivamente. O procedimento foi validado pelo método Kjeldahl. O método foi aplicado com sucesso para determinar amônio em amostras de água, solo, fertilizante e aveia. O procedimento proposto resultou em um método simples, rápido e de baixo custo para a determinação de amônio em análises de rotina.

Obtenção de mapas de curvas residuais para sistemas ternários azeotrópicos homogêneos: um estudo comparativo

Josemar Pereira da Silva — 2020-12-12

Os mapas de curvas residuais são muito úteis para interpretar o desempenho da destilação azeotrópica de sistemas homogêneos. Esses mapas são obtidos através de um sistema de equações diferenciais, comumente resolvido em duas etapas, a saber, um equilíbrio líquido-vapor e um sistema de equações diferenciais. Uma solução alternativa trata ambas as etapas como um único sistema de equações. O objetivo do presente trabalho é comparar as duas abordagens de solução. Os sistemas ternários, nomeadamente etanol/metil-cicloexano/3-metil-pentano e acetato de etila/n-hexano/acetona, são usados para este fim. O coeficiente de fugacidade da fase de vapor foi calculado pela equação de Virial (truncada no segundo coeficiente), e o coeficiente de atividade da fase líquida, através dos modelos WILSON, NRTL, UNIQUAC e UNIFAC. Os resultados mostraram o potencial do método alternativo em comparação à abordagem convencional. Isso diz respeito ao tempo computacional despendido para a obtenção dos mapas das curvas residuais, igual a 4 e 25 segundos em média, respectivamente. Outra questão diz respeito à detecção da borda de destilação, que pode ser obtida sem o cálculo dos pontos de azeótropo.

Productivity enhancement of stepped solar still integrated MEMS light sensors for solar tracker

Ali. F. Muftah — 2020-12-12

Water is life, and the threat of unsustainable means of potable water supplies has led to the reviews of various renewable energy sources to create a cleaner and more efficient solution for potable water supply. The aim of this study is to present a way in which the efficiency of stepped solar still can be increased. It is to increase the efficiency of solar still by increasing the amount of time that the solar still is directly perpendicular to the sunlight. The Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) light sensors for solar tracking are used to enhance the productivity. The results obtained indicate that the use of MEMS light sensors for solar tracking are used to makes a solar still to be predictable and it equally increases its efficiency in terms of distillate yield and overall performance.

Modelos tridimensionais aplicados à engenharia de plataformas de petróleo offshore: Etapas de perfuração e riscos ambientais

Brian Siqueira Zampirolli — 2020-12-12

O petróleo é a principal fonte de energia do mundo atual capaz de abastecer um imenso mercado, movimentando grande parte da economia mundial. É um composto complexo, extraído por meio da perfuração de poços de exploração em terra ou em mar. No mar, o processo de extração possui maior complexidade, possuindo também um maior risco inerente ao meio ambiente. O trabalho conjunto associado ao desenvolvimento de novas tecnologias e de políticas públicas, permite a atividade ser menos impactante a cada dia. O presente trabalho integra modelos prévios e fornece novos modelos tridimensionais, de modo a permitir o detalhamento dos processos de extração de petróleo, associando os riscos ambientais às etapas de exploração, perfilagem, completação e produção e os mecanismos de controle e remediação de impactos.

Síntese, caracterização e avaliação do poder antimicrobiano do nanocompósito Ag/TiO2

Maria Elisa Berriel de Sousa — 2020-12-12

Nas últimas décadas houve um aumento no interesse em estudos no campo da nanotecnologia, e isso se deve às diversas vantagens e aplicações que os nanomateriais apresentam. Juntamente com o avanço nas pesquisas envolvendo a nanotecnologia, está a preocupação com o controle de bactérias, fungos e vírus danosos à saúde humana. Um exemplo bastante claro e atual é a Pandemia (COVID-19) que o mundo está vivenciando, a qual ressalta a importância do controle de microorganismos existentes na atmosfera, água e solos. Dentre os inúmeros materiais que apresentam capacidade antimicrobiana, estão a prata e o dióxido de titânio. Nesse contexto, este trabalho teve como proposta sintetizar e caracterizar nanocompósitos de Ag/TiO2 por técnicas físico-químicas e avaliá-los em relação ao poder antimicrobiano frente aos microrganismos E.coli. S. aureus e C.albicans. Formaram-se nanopartículas de prata dispersas sobre uma matriz de dióxido de titânio, os quais apresentaram poder antimicrobiano entre 62 e 71% demonstrando ser um material com um grande potencial para ser utilizado em produtos purificadores de água e/ou ar.

Obtenção e caracterização de compósitos de polietileno de alta densidade (PEAD) com fibra de coco

Carla Reis de Araujo — 2020-12-12

A incorporação de fibras naturais se mostra como uma alternativa promissora na obtenção de materiais compósitos, pois seu baixo custo, alta disponibilidade e propriedades únicas criam oportunidades para novos usos e aplicações dessas fibras. No entanto, o estudo das propriedades dos compósitos obtidos é fundamental na determinação das características do material e seu processo de seleção para aplicação em materiais, pois o compósito deve atender a uma série de requisitos e exigências de propriedades. Com isto, o presente trabalho teve como objetivo a obtenção de compósitos de polietileno com fibras de coco e a sua caracterização através de ensaios mecânicos e análise térmica. Os resultados dos ensaios mecânicos mostraram que os compósitos não apresentaram mudanças significativas na tensão na força máxima com a adição de fibra, mas apresentaram uma diminuição da deformação na ruptura e um aumento do módulo de elasticidade do compósito com a adição de fibra. Os resultados da análise térmica mostraram que a temperatura de fusão (Tm) do polímero é de 130ºC, a degradação das fibras ocorre acima de 200ºC e o polímero se degrada em 485ºC, o que permite o processamento do compósito sem degradar seus constituintes, embora a estabilidade térmica dos compósitos obtidos tenha diminuído com a adição de fibra.

Riscos da indústria 4.0: um quadro teórico dos pontos de vista da sustentabilidade

Ramon Soltovski — 2020-12-12

A indústria 4.0 é um tema pouco discutido hoje, principalmente em relação aos possíveis riscos negativos por ela gerados. Desta forma, este trabalho tem como objetivo levantar e discutir os riscos da Quarta Revolução Industrial encontrados atualmente na literatura sob uma perspectiva da sustentabilidade e desenvolver um referencial teórico para representá-los. Para isso, foi utilizada uma metodologia de análise sistemática da literatura para relacionar os trabalhos relevantes ao tema e, assim, discuti-los. Foram utilizadas duas bases de dados (Scopus e Web of Science) nas quais foram avaliados 7.772 artigos, dos quais 66 foram utilizados para a discussão. Os 28 riscos encontrados foram agrupados em quatro dimensões (Riscos Econômicos, Riscos Sociais, Riscos Ambientais e Riscos Tecnológicos) onde suas relações foram estudadas e representadas no framework construído. Dessa forma, além de contribuir para que a academia construa mais contribuições teóricas para o tema, os riscos levantados podem ajudar gestores e empresas a verificações de atenção antes de implantar tecnologias e conceitos da indústria 4.0.

Adsorção de ácido acético em carvão ativado para o ensino de adsorção

Bruno José Arcanjo Gonçalves — 2020-12-12

Adsorção é um fenômeno em que ocorre o enriquecimento de uma substância numa interface, sendo que pelo menos uma fase deve ser condensada. É um processo espontâneo que ocorre devido ao desbalanceamento de forças na superfície. Tem vasta aplicação na indústria, desde purificação de líquidos, gases e até no campo da medicina. Este trabalho apresenta um experimento simples de adsorção de ácido acético em carvão ativado, apropriado para o ensino dos conceitos envolvidos em aulas de transferência de massa. Os dados obtidos foram ajustados na isoterma de Langmuir, e os pontos importantes do processo e do modelo foram discutidos.

Alteração da estabilidade térmica causada pelo crômio (iii) na hidrotalcita carbonatada de magnésio-alumínio

Nayara Bach Franco de Aquino — 2020-12-12

As pesquisas com argilas de hidrotalcita têm diversas finalidades e uma delas se deve à sua importância como adsorvente aniônico e trocador de íons, o que as tornam capazes de remover diversos poluentes da água. A estrutura de hidrotalcita mais comum é baseada em hidróxido duplo lamelar de magnésio e alumínio, contendo ânions carbonato no espaço interlamelar. No entanto, é comum investigar a cossubstituição do alumínio por outros cátions trivalentes, especialmente cátions de metais de transição, devido às suas propriedades ligantes. Neste trabalho, foi investigada a cossubstituição do alumínio com cromo (III) em uma amostra de hidrotalcita carbonatada de magnésio-alumínio, comparando-a com a mesma composição sem esta cossubstituição. Estabilidade térmica, cristalinidade e morfologia foram investigadas, mostrando que o cromo contribui para a capacidade adsortiva em baixa temperatura.

Estudo das tensões residuais e distorções de peças produzidas por impressão FDM utilizando o método dos elementos

Alexandre Tácito Malavolta — 2020-12-12

No processo de manufatura aditiva FDM (Modelagem por Fusão e Deposição) filamentos de materiais poliméricos são fundidos em um bocal extrusor e depositados em camadas para produzir uma peça com geometria pré-determinada através de um modelo. Durante o processo de extrusão, o material polimérico atinge elevadas temperaturas, mudando de fase e resfriando-se rapidamente após a deposição das camadas, o que ocorre repetidamente até o final do processo. Desta forma, é comum que os gradientes térmicos acarretem tensões residuais e distorções nas peças produzidas. Neste contexto, este trabalho utiliza o método dos elementos finitos para realizar análises termo-mecânicas e prever as distorções e tensões residuais em uma peça produzida pelo processo FDM.

Simulação numérica de ventiladores centrífugos com variação do tipo da voluta: normal e com reentrância

Gabriela Pereira Toledo — 2020-12-12

Ventiladores centrífugos são máquinas amplamente utilizadas em diversos setores da indústria. Devido sua importância e ao fato de o uso de energia elétrica ser uma preocupação nos dias atuais, a busca por melhores rendimentos nestas máquinas faz-se necessário. O objetivo é avaliar a influência do tipo da voluta, normal e com reentrância, no rendimento de ventiladores centrífugos por meio de simulação numérica por técnicas de CFD. O estudo comparativo entre estes dois tipos de volutas ainda é escasso. Para cada tipo de voluta, variou-se a vazão mássica de saída, e, assim, montou-se as curvas diferença de pressão e rendimento. Também foram analisadas as distribuições de pressão e velocidades. Os resultados indicaram uma superioridade da voluta normal.

Desenvolvimento de um software para dimensionamento de fundações do tipo tubulão para torres de linhas de transmissão

Renata de Oliveira Marinho — 2020-12-12

A energia elétrica é um recurso indispensável à vida moderna. Neste sentido, sendo as linhas de transmissão as responsáveis por transmitirem energia ou sinais a longas distâncias e tendo em vista sua importância no contexto do setor elétrico do Brasil, se torna primordial desenvolver um projeto bem elaborado destas construções, que vai desde sua fundação até os elementos que as compõe. O presente trabalho apresenta o desenvolvimento de um software para auxiliar no projeto dos elementos de fundações de torres autoportantes de linhas de transmissão conforme as normas vigentes no país utilizando a linguagem de programação Python. Para validar os resultados obtidos pelo software implementado apresenta-se um exemplo de aplicação com os resultados comparados aos obtidos de uma solução analítica.

Reaproveitamento energético do lodo de estação de tratamento de esgoto – uma revisão

Ana Flávia Fagundes Moura — 2020-12-12

Este trabalho teve como objetivo avaliar a capacidade do reaproveitamento energético do lodo de uma estação de tratamento de esgoto (ETE) urbana, a fim de determinar a viabilidade técnica e econômica deste destino final do lodo, em comparação com a disposição final em aterro sanitário. A análise bibliográfica efetuada mostra que do ponto de vista energético, o lodo proveniente de uma ETE, digerido anaeróbio, possui elevada carga orgânica e elevado poder calorífico em relação a outras biomassas combustíveis. Sendo assim, seu reaproveitamento pode ser vantajoso econômica e ambientalmente. A disposição de lodo em aterros, apesar da simplicidade, apresenta problemas ambientais, como a possibilidade de contaminação do lençol freático, do solo e emissão de poluentes. A investigação mostra que no reaproveitamento energético, os processos de conversão do lodo em energia como pirólise e incineração, apresentaram resultados satisfatórios, porém são processos de elevados custos de operação e manutenção.

Estudo da cinética de flotação catiônica de rejeitos de minério de ferro

Tiago Eugênio Lopes — 2020-12-12

A flotação é uma técnica de separação de misturas, caracterizada pelo envolvimento das fases líquida, sólida e gasosa. Essa operação é utilizada para separar partículas hidrofóbicas de partículas hidrofílicas. Consiste em adicionar bolhas de ar ao meio, que faz com que as partículas hidrofóbicas em suspensão no líquido passem a aderir?se a essas bolhas, ocasionando a formação de espuma que podem ser então removidas, arrastando consigo as partículas de impurezas. Este trabalho apresenta particular interesse no estudo experimental acerca do processo de flotação reversa com o intuito de recuperar minerais de interesse, como por exemplo, minerais de ferro, presentes em rejeitos da indústria de mineração, visando sobretudo o reaproveitamento em aplicações futuras.

Simulação de processos de transferência de calor aplicada à indústria alimentícia com enfoque em produtos cárneos

Isadora Vitoria Coelho Torres — 2020-12-12

O objetivo desse artigo é o estudo dos processos de transferência de calor em produtos cárneos. A metodologia adotada foi o fracionamento da carne do tipo “coxão mole”, a construção de uma malha igualmente espaçada nas coordenadas x e y e a aferição das temperaturas nas regiões nodais em diferentes intervalos de tempo. A partir da temperatura calculada no tempo zero, pode-se prever as temperaturas nos demais tempos, utilizando o método explícito das diferenças finitas e, assim, foi possível comparar os resultados obtidos com as temperaturas experimentais. Os erros encontrados entre os dados experimentais e os calculados foi da faixa de oitenta por cento, distorção que pode ser justificada pelos erros associados ao experimento. Ademais, por meio da aferição das temperaturas centrais pode-se estudar a cocção da carne e classificá-las como mal passadas, ao ponto ou bem passadas. Conclui-se que o experimento obteve êxito no estudo do método das diferenças finitas bem como na análise da importância dos fenômenos de transferência de calor na indústria alimentícia.

Equação da difusão transiente: uma aproximação alternativa para diferenças finitas

Marcelo Franco de Oliveira — 2020-12-12

Esse trabalho foi desenvolvido com uma aproximação alternativa para o Método das Diferenças Finitas (MDF) para solução da equação da difusão transiente. Nessa aproximação, considera-se que a função potencial tem uma variação linear em um dado intervalo de tempo. Assim uma integral em relação ao tempo é aplicada na equação inicial da difusão. Uma função de ponderação constante no tempo é adotada. A integração no tempo reduz a ordem da derivada temporal da equação inicial. Dois exemplos numéricos serão apresentados para verificar a acurácia e a aplicabilidade da aproximação proposta. Os resultados são comparados com a formulação tradicional do MEF e com a solução analítica.