Trabalhos desenvolvidos

Aqui estão listados alguns dos trabalhos que foram desenvolvidos ao longo dos anos, publicações e perspectivas de novos trabalhos. Entre em contato se tem interesse em desenvolver um trabalho em algum tema.

Sumário de Temas:
1. Captura e Utilização de CO₂
2. Meio Ambiente e Sustentabilidade
3. Fluidodinâmica Computacional (CFD)
4. Construção de Modelos
5. Ensino e Aprendizagem

1. Captura e Utilização de CO₂

Segundo o relatório do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC), a temperatura média do planeta já subiu 1,1 °C desde a Revolução Industrial, e, no melhor dos cenários, deve alcançar 1,5 °C de aquecimento nas próximas duas décadas. Isto leva a uma maior ocorrência de eventos adversos como longas secas, enchentes pontuais, temperaturas mais extremas e o ciclo da água mais intenso, que trazem danos para a produção de alimentos e até mesmo para saúde humana.

O dióxido de carbono (CO₂) é um dos principais gases de efeito estufa devido à sua maior emissão comparado aos demais gases e a tecnologia de captura do mesmo avançou significativamente, apoiada pela Conferência das Partes (COP), para mitigar as mudanças climáticas. Existem diversas tecnologias disponíveis para captura ou separação do CO₂ de uma corrente gasosa, tais como: absorção (física ou química), adsorção (física ou química), método criogênico e separação com membranas.

1.1 Ideias de Projetos

I. Intensificar o processo de dessorção
Uma vez que o processo de absorção química utilizando solventes de aminas é a tecnologia mais madura, ela é a principal tecnologia a já ser aplicada nos processos industriais para a redução da emissão de CO₂. A contrapartida é o alto custo energético necessário para a regeneração dos solventes utilizados, principalmente pelo fato de que solventes com alta velocidade de absorção possuem lenta dessorção. Deste modo, procura-se estudar formas de intensificar o processo de dessorção de CO₂ utilizando formas alternativas ao puro aquecimento da solução, como aquecimento por micro-ondas, dessorção intensificada por meio de ultrassom, aquecimento solar, destilação por arraste.

II. Estudo do processo de adsorção de CO₂
Uma vez que o CO₂ é capturado, o destino mais usual é o sequestro geológico. Ele consiste basicamente em armazenar o gás em reservatórios subterrâneos. Esses sites geológicos podem ser naturais, como cavernas e regiões com rochas porosas, ou artificiais, podendo ser  preenchidos por determinais materiais que retenham ainda mais os gases através do processo de adsorção. Deste modo, procura-se construir um sistema de adsorção de CO₂ para simular esses reservatórios, assim como desenvolver novos materiais adsorventes.
Quanto ao desenvolvimento do material adsorvente, procura-se utilizar materiais que já seriam descartados, como restos de alimentos (biomassas), cascas e outros para a produção de bio-carvões, o que tornaria o processo mais barato que utilizar estruturas como MOFs, além de serem mais sustentáveis.

III. Conversão de CO₂
O principal destino ao CO₂ capturado é o sequestro geológico. Apesar disto remover o CO₂ da atmosfera, e contribuir para a redução do aquecimento global, não há um retorno financeiro, além de que, com o passar dos tempos, não haverá mais sites geológicos. A conversão de CO₂ em um produto de valor agregado torna esses processos mais atrativos para empresas financiarem e aplicarem este tipo de processos. Assim, procura-se avaliar a transformação deste gás em outras substâncias com maior valor comercial, como etenos, combustíveis, entre outros, por exemplo, a partir da eletrólise.

1.2 Publicações e Trabalhos Anteriores

Tese de Doutorado (2022)
A captura pós-combustão (PCC) com absorção química é a tecnologia mais estabelecida, predominante e de baixo custo para reduzir as emissões de CO₂ que poderia ser aplicada a processos industriais e usinas existentes. Existem vários absorventes, como solventes aquosos de amina, líquidos iônicos, solventes de amina não aquosos, solventes de amina aquosos com o auxílio de um catalisador sólido e muito mais. Os solventes de amina são os mais conhecidos na indústria e por pesquisadores por sua melhor absorção e eficiência em correntes de gás diluído em comparação com outras tecnologias, assumindo então a liderança em aplicações em escala industrial. A monoetanolamina (MEA) foi utilizada industrialmente há mais de meio século para remover CO₂ devido ao seu baixo custo e alta taxa de absorção, tornando-se referência em comparação com outras tecnologias de captura de CO₂. No entanto, solventes de amina com absorção mais rápida têm menores taxas de dessorção.
A desvantagem dessa tecnologia é o alto consumo de energia necessária para regenerar o solvente, que geralmente ocorre em sua temperatura de ebulição e está diretamente relacionado à estabilidade dos compostos iônicos formados. A energia necessária pode chegar a 50 % da energia total gasta no processo de sequestro de carbono. Além disso, temperaturas mais altas levam a vários problemas, como vaporização de aminas, degradação e corrosão do dispositivo.
Neste trabalho, foi avaliado o processo de dessorção de CO₂ em uma coluna de pratos, de modo a avaliar a real necessidade de múltiplos estágios na coluna regeneradora, uma vez que o refervedor é o responsável pela maior dessorção do processo.

Artigo Científico - Greenhouse Gases-Science and Technology (2021)
Neste estudo foi avaliado o comportamento dinâmico da dessorção de CO₂ em uma mistura aquosa de 2-amino-2-metil-1-propanol (AMP) e piperazina (PZ) em uma coluna de parede molhada com promotor de película. As concentrações dos componentes em fase líquida firam monitoradas de forma online por espectroscopia de infravermelho utilizando um modelo PLS para quantificar as aminas livres, espécies carbonatadas e CO₂ total absorvido em todas as suas formas químicas presentes. Avaliaram-se diferentes temperaturas e composições do solvente. O coeficiente de transferência de massa líquida (k_L) diminuiu com maiores cargas de CO₂ e não foi significativamente afetado pela temperatura.

Trabalho de Conclusão de Curso (TCC) - Conversão de CO₂ por eletrólise (2021) (Congresso 2021)
Avaliou-se a possibilidade de eletrólise para conversão de CO₂ em produtos que possuíssem valor agregado. Uma dificuldade da eletrólise do CO₂ é a sua baixa solubilidade em meio líquido, por isso, avaliou-se a possibilidade de eletrólise utilizando monoetanolamina. Testou-se eletrodos de cobre, aço-inox e titânio, temperaturas de 25 °C e 40 °C e diferença de potencial de 1,7 V a 24 V. Usou-se a espectroscopia no infravermelho (FTIR) com modelos PLS para avaliar a reação. O titânio não contribui para a eletrólise e o aço-inox apresentou os melhores resultados, pois teve conversão similar ao cobre sem ser corroído durante o processo. Houve a possível formação de bicarbonato na fase líquida e eletrólise do solvente nos eletrodos de cobre e aço-inox. O teste de Baeyer resultou negativo, enquanto o método de brometo foi positivo na constatação da formação de alcenos a partir da eletrólise do CO₂.

Trabalho de Conclusão de Curso (TCC) - Microrreator para Captura de CO₂ (2021) (Congresso 2021)
Este trabalho estudou o uso de um microrreator para o processo de absorção de CO₂ e avaliou a hidrodinâmica do mesmo em CFD. Foi possível verificar a rápida absorção pela diminuição e desaparecimento das bolhas de CO₂ logo no início do reator. Por meio de titulação potenciométrica e pela velocidade de desaparecimento das bolhas (vídeo), determinou-se uma taxa de absorção de 0,18 mg/s ou 5,18 kg/ano. Este resultado mostra que é necessário apenas 18 % do volume de uma coluna convencional de absorção para capturar a mesma quantidade de CO₂ utilizando microrreatores.

Iniciação Científica (IC) - Desenvolvimento de um Sistema para Caracterização de Destilação Reativa (Seminário/2020) (Congresso/2020)
Este trabalho estudou a possibilidade de prever as temperaturas do interior de uma coluna de pratos a partir da medição da temperatura da parede externa da coluna. Isto permitiria estudar diferentes processos sem a necessidade de inserir sensores no interior do equipamento, além de liberar uma entrada da coluna para outros tipos de amostragens. Foi possível distinguir as diferentes temperaturas do equilíbrio pela parede com um erro de 0,12 % a 1,64 % acima do valor médio da temperatura experimental. Além disso, a partir do cálculo da eficiência de Muprhree, conclui-se que a coluna estudada apresenta uma mistura pobre nos pratos 3 e 4 em um sistema água-etanol.

Dissertação de Mestrado - Estudo do Processo de Dessorção de CO₂ da Mistura 2-amino-2-metil-1-propanol e Piperazina Carbonatada (2017)
Um processo de captura de CO₂ por meio da absorção química permite reduzir as emissões em pelo menos 80 %, se comparado a um sistema de produção de energia pela queima de butano. Como o processo de dessorção é o maior responsável pelo consumo de energia desta tecnologia, chegando a 50 % do total de energia requerida, estudou-se esse sistema em uma coluna de parede molhada. Utilizou-se a técnica de espectroscopia no infravermelho (FTIR) e modelos de regressão PLS para quantificar as concentrações dos componentes em fase líquida do sistema AMP-PZ-H₂O-CO₂. O processo foi avaliado em quatro diferentes condições de temperatura e quatro diferentes composições iniciais do solvente.

2. Meio Ambiente e Sustentabilidade

Um grande desafio da atualidade é o cuidado do meio ambiente e a sustentabilidade, ou seja, ações e estratégias de longo prazo que busquem equilibrar o uso racional de recursos naturais, preservando o meio ambiente para garantir meios de sobrevivência para as futuras gerações. O tema está diretamente relacionado com os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS) da ONU. Como, fornecer acesso à água limpa à comunidades, evitar o aquecimento global, acesso à energia limpa e renovável, assegurar padrõesw de produção e consumo sustentável, entre outros.

2.1 Ideias de Projetos

I. Produção de adsorventes de CO₂ a partir de biomassa e resíduos
Uma vez que o CO₂ é capturado, o destino mais usual é o sequestro geológico. Ele consiste basicamente em armazenar o gás em reservatórios subterrâneos. Esses sites geológicos podem ser naturais, como cavernas e regiões com rochas porosas, ou artificiais, podendo ser  preenchidos por determinais materiais que retenham ainda mais os gases através do processo de adsorção. Deste modo, procura-se desenvolver novos materiais adsorventes, principalmente, a partir de materiais que já seriam descartados, como restos de alimentos (biomassa), cascas e outros resíduos, para a produção de bio-carvões, o que tornaria o processo mais barato que utilizar estruturas como MOFs, além de serem mais sustentáveis.

II. Economia circular
Atuar na reciclagem. reutilização e recuperação de resíduos de modo que os mesmo tornem-se matéria prima. Otimização de processos, recuperação de energia e recursos e a extensão da vida de produtos.

III. Tratamento de água por meio de destilação solar
Desenvolver uma estrutura flutuante que permita captar água em rios/lagos e, por meio da destilação, produzir água limpa. Fornecer acesso à água limpa à comunidades.

2.2 Publicações e Trabalhos Anteriores

Iniciação Científica (IC) - Biocarvão (2022)
(em desenvolvimento) Este trabalho produziu bio-carvão a partir do bagaço de cana-de-açúcar e casca de coco. A produção foi realizada sem o controle de atmosfera inerte, e ainda assim foi possível produzir um bio-carvão ativado capaz de capturar CO₂.

Trabalho de Conclusão de Curso (TCC) - Bioplástico como indicador de pH (2022)
(em desenvolvimento) O trabalho teve como objetivo desenvolver um bioplástico 100 % degradável a partir de amido. A adição de antocianina proveniente do repolho no biopolímero permite a utilização do mesmo como indicador de pH. O plástico foi aplicado na detecção de pH de alguns alimentos (sucos e frutas), indicando a degradação e alteração do pH do meio. E também, em película hidratante no alívio de dores musculares, perdendo sua coloração no fim da presença dos extratos glicólicos incorporados no bioplástico.

Trabalho de Conclusão de Curso (TCC) - Destilação solar como tratamento de água (2021)
Este estudo buscou identificar materiais para a construção de um sistema de destilação de água flutuante de baixo custo. Foram avaliados diferentes materiais absorventes: cermet (liga metal-cerâmica), feltro preto (tecido sintético) e tecido de algodão preto (presente em roupas). As estruturas de condensação estudadas foram filme de PVC e um filme de poliéster. O cermet foi o único material a atingir a condição de potabilidade, reduzindo uma concentração inicial de 4400 mg/L de sais para zero. Já o feltro e tecido de algodão reduziram os sais de 5600 mg/L para 1000 mg/L, ou seja, acima do permitido para consumo. Coliformes fecais totais e E. coli foram testados negativos para a água. A construção da estrutura com o feltro apresentou um valor de U$ 88,61 para a obtenção de 1 L de condensado, sendo este um custo fixo, que não demanda gastos extras com energia e nem manutenções recorrentes

3. Simulação & Fluidodinâmica Computacional (CFD)

A modelagem é uma transformação de um processo ou sistema na forma de modelos matemáticos e computacionais. Enquanto a simulação é a manipulação deste modelo sob diferentes condições. A simulação possibilita ampliar a visualização de um sistema, permitindo calcular propriedades do sistema que não poderiam ser medidas ou seriam muito difíceis. Além disso, torna os projetos e análises de sistemas mais rápidos e baratos, reduzindo o número de ensaios experimentais.

3.1 Ideias de Projetos

I. Estudo de reformador catalítico para transformação de etanol em hidrogênio
A produção de hidrogênio ainda é muito cara e muitas rotas de produção existentes ainda utilizando recursos não renováveis. O etanol é um combustível renovável brasileiro e apresenta potencial para a produção de hidrogênio verde.

II. Desenvolvimento/dimensionamento de microrreatores para química fina
Realizar simulações em CFD para avaliar a hidrodinâmica em microrreatores. Validar as simulações por meio de protótipos de microrreatores e realizar o aumento de escala.

3.2 Publicações e Trabalhos Anteriores

Distribuição de temperaturas em processo de vulcanização
Estudo do comportamento térmico e levantamento das temperaturas em uma massa crua de um elemento pneumático genérico durante o processo de vulcanização utilizando fluidodinâmica computacional (CFD). Projeto em conjunto com a empresa Prometeon Tyre Group e com o Centro de Pesquisas do Instituto Mauá de Tecnologia.

Simulação de um prato de coluna de destilação - COBEQ 2018
O presente trabalho avaliou o comportamento hidrodinâmico de pratos de coluna de destilação por meio da fluidodinâmica computacional (CFD). O escoamento de uma mistura ar/água em um prato perfurado foi comparada com dados experimentais encontrados na literatura, que apresentou concordância com os fenômenos esperados do comportamento hidrodinâmico de um prato. A mesma metodologia foi aplicada para simular as condições hidrodinâmicas de uma coluna industrial, em que a vazão de projeto não era atingida. Foi verificada por meio da simulação a ocorrência de inundação do downcomer, o mesmo problema hidrodinâmico que ocorria na coluna real.

Trabalho de Conclusão de Curso (TCC) - Simulação de Pratos de Coluna de Destilação utilizando a Fluidodinâmica Computacional (CFD) (Congresso/2015)
No presente trabalho, simulou-se, no software CFX 16.0 da ANSYS Inc., um prato do interior de uma coluna de destilação para verificar as causas de problemas de ineficiência apresentadas na indústria. Esse estudo foi capaz de prever o comportamento fluidodinâmico de um prato perfurado comparando resultados com dados experimentais obtidos na literatura. Também foi previsto a hidrodinâmica em um prato valvulado e o resultado de inundação no downcomer foi previsto, assim como determinado em estudo de caso na indústria.

4. Construção de Modelos

Com o avanço da tecnologia e instrumentação vivemos uma chamada "revolução dos dados". Medimos e armazenamos um grande volume de dados em uma velocidade enorme. Mas dados precisam ser processados e modelados para serem transformados em informação. E é a informação que permite criamos novos conhecimentos e entendermos o mundo à nossa volta.

4.1 Ideias de Projetos

I. Quimiometria
A quimiometria é a intersecção das áreas (engenharia) química, matemática, estatística, e computação. É a disciplina que extrai qualitativamente e quantitativamente informações sobre um sistema químico combinando medidas multivariadas e processamento de dados estatísticos para construção de modelos preditivos.

4.2 Publicações e Trabalhos Anteriores

Quantitative Speciation of the Liquid Phase by FTIR Spectroscopy in the System AMP-PZ-CO₂-H₂O - Química Nova (2022)
Desenvolveran-se múltiplos modelos PLS que permitiaram a quantificação das aminas AMP (2-amino-2-metil-1-propanol) e PZ (piperazina) livres, carbamato e dicarbamato de PZ e bicarbonato em fase líquida a partir do espectro infravermelho da solução. O modelo foi baseado nos valores de referência obtidos da titulação potenciométrica sem o uso de soluções padrões, uma vez que não há carbamatos comerciais destas aminas.

Iniciação Científica (IC) - Modelo Multivariado para Quantificação de Metanolamina e Produtos Carbonatados (Seminário/2020) (Congresso/2020)
Utilizou-se a espectroscopia no infravermelho médio, com e sem o descarte de água durante a coleta dos espectros, e em conjunto com um modelo multivariável PLS, para quantificar as espécies químicas MEA, MEAH⁺ e CO₂, a partir das concentrações obtidas por titulação das amostras. A escolha do modelo mais adequado foi feita de acordo com os valores dos erros quadráticos médios e os coeficientes de determinação, sendo ele capaz de quantificar as substâncias de interesse, com RMSEP e R² para MEA de 1,27 e 0,99085, respectivamente.

An FTIR spectroscopic study and quantification of 2-amino-2-methyl-1-propanol, piperazine and absorbed carbon dioxide in concentrated aqueous solutions - Vibrational (2018)
Desenvolveu-se um único modelo PLS que permitia quantificar as aminas AMP (2-amino-2-metil-1-propanol) e PZ (piperazina) e a quantidade total de CO₂ capturado pelo solvente aquoso a partir do espectro infravermelho da solução. O modelo foi baseado nos valores de referência obtidos da titulação potenciométrica sem o uso de soluções padrões, uma vez que não há carbamatos comerciais destas aminas.

Estudo do Processo de Dessorção de CO₂ da Mistura 2-amino-2-metil-1-propanol e Piperazina Carbonatada (Dissertação de Mestrado/2017) (Congresso/2018)
Utilizou-se a técnica de espectroscopia no infravermelho (FTIR) e modelos de regressão PLS para quantificar as concentrações dos componentes em fase líquida do sistema 2-amino-2-metil (AMP), piperazina (PZ), água e dióxido de carbono. A metodologia aplicada permitiu, mesmo não possuindo soluções padrões de carbamatos e carbonatos de aminas, que pudessem caracterizar este sistema. Utilizou-se valores de referência obtidos a partir da titulação potenciométrica das amostras com ácido clorídrico. Os modelos desenvolvidos permitiram a quantificação da quantidade de aminas livres de AMP e PZ, AMPH⁺, carbamato de PZ, dicarbamato de PZ e bicarbonato.

5. Ensino e Aprendizagem

O mundo está em constante mudança, isso exige novas abordagens educacionais, uma educação 4.0. Cada aluno possui um tempo de aprendizado diferentes, peculiaridades diferentes, por isso é necessário ter abordagens diferentes que possam atingir o máximo de alunos possíveis. É necessário uma forma de romper as barreiras físicas e do tempo, o que pode ser possível com o uso de novas tecnologias.

5.1 Ideias de Projetos

I. Realidade Aumentada (AR), Realidade Virtual (VR) e Metaverso
Desenvolver simulações de laboratórios virtuais, plantas industriais e fenômenos físicos-químicos. Criar formas que melhorem a visualização dos problemas e ambientes que pode ser arriscados ou perigosos no mundo real. Permitir a vivência em ambientes, realizar ou explorar algo que não pode ser feito no mundo real devido a questões práticas, como o custo ou a falta de materiais reais.
Investigar os efeitos de ambientes educacionais baseados em metaversos no desempenho e nas percepções de aprendizagem dos alunos. Comparar o desempenho dos alunos que usam a abordagem educacional baseada no metaverso e aqueles que usam a abordagem de aprendizagem aprimorada por tecnologia convencional. Empregar o metaverso como abordagem de avaliação. Conectar o metaverso às teorias pedagógicas existentes ou redefinir as teorias levando em consideração as características do metaverso. Propor estratégias de aprendizagem baseadas em metaversos.

II. Desenvolvimento de aplicativos, simulações e calculadoras
Criar atividades, simulações e ferramentas que permitam melhorar o entendimento de tópicos relacionados às disciplinas da graduação. Desenvolver ferramentas que auxiliem no aprendizado e que possam gerar engajamento.

III. Aprendizagem personalizada
Criar ferramentas que possam tornar a aprendizagem mais personalizada, com instruções e devolutivas adaptadas às necessidades individuais do aluno.

5.2 Publicações e Trabalhos Anteriores

ZanoneApps
Site com diversas calculadoras que permitem facilitar o cálculo de propriedades, diminuindo o tempo com a matemática mecânica e dando tempo para as interpretações e entendimento dos problemas. E aplicativos que permitem melhorar a visualização dos problemas.