Venturi: dispositivo de cavitação hidrodinâmica para acelerar a síntese de biodiesel / Venturi: hydrodynamic cavitation device to accelerate biodiesel synthesis

RESUMO O objetivo deste trabalho foi avaliar o potencial do Venturi para a síntese de biodiesel a partir de óleo comestível residual em rota metílica. Para tanto, foi construído em escala de laboratório um aparato experimental constituído de um tanque de 5,2 L e um dispositivo Venturi projetado para produzir o fenômeno de cavitação. A produção de biodiesel foi avaliada em três diferentes pressões de entrada do Venturi: 4,4; 2,9; e 1,4 bar. Os teores de ésteres metílicos foram determinados por cromatografia gasosa. O tempo de síntese de 5,2 L de biodiesel, com o Venturi, foi de 23,2 segundos (ou 4,5 segundos por litro de biodiesel produzido), o que equivale a um único ciclo de passagem pelo sistema a pressão máxima (4,4 bar). Nessa condição, o rendimento dos teores de ésteres foi superior a 98%. Não há na literatura outro caso de síntese tão rápida como a encontrada neste trabalho. A caracterização do biodiesel mostrou que os parâmetros viscosidade cinemática, índice de acidez, ponto de entupimento a frio e massa específica estão dentro dos limites estabelecidos pela Agência Nacional de Petróleo. A comparação com outros estudos da literatura mostrou que o Venturi é superior às placas de orifício na síntese de biodiesel.

Abstract The objective of this work was to evaluate the potential of Venturi in the synthesis of biodiesel from residual edible oil in a methyl route. For this purpose, an experimental apparatus consisting of a 5.2 L tank and a Venturi device designed to produce the cavitation phenomenon was constructed in laboratory scale. Biodiesel production was evaluated at three different Venturi inlet pressures: 4.4; 2.9; and 1.4 bar. Methyl esters contents were determined by gas chromatography. Biodiesel synthesis time with the Venturi device was 23.2 seconds (or 4.5 seconds per liter of biodiesel produced), which is equivalent to a single cycle of the system at maximum pressure (4.4 bar). In this condition, the yield of the ester contents was greater than 98%. There is no other case of synthesis as fast as that found in this work. The biodiesel characterization showed that the parameters kinematic viscosity, acidity index, cold clogging point, and specific mass are within the limits established by National Agency of Petroleum Natural Gas and Biofuels (Agência Nacional de Petróleo). The use of Venturi, as a cavitation device, was shown to be more efficient in biodiesel synthesis than other devices, such as orifice plates.

Estimativa do coeficiente de transferência de massa de oxigênio com o uso da técnica das sondas solúveis flutuantes: um estudo de laboratório / Estimating the mass transfer coefficient using the floating soluble probes technique: a laboratory study

RESUMO A sonda solúvel flutuante (SSF) é considerada uma técnica de baixo custo para a estimativa do coeficiente de transferência de massa de oxigênio na interface ar-água (KL). Essa técnica se baseia no fato que KL pode ser correlacionado com a velocidade de dissolução do sólido solúvel (VS), uma vez que ambos os parâmetros são influenciados pela turbulência na superfície do escoamento. O objetivo do presente estudo consistiu em calibrar uma nova configuração da SSF. Experimentos de reaeração superficial e dissolução da sonda solúvel foram realizados em dois aparatos experimentais (tanque agitado por jatos e um canal hidráulico circular), de modo que diferentes níveis de turbulência foram produzidos. Os resultados mostraram forte correlação entre KL e VS; r = 0,953 para experimentos realizados no tanque e r = 0,895 para experimentos realizados no canal. A nova configuração da SSF forneceu razão KL.VS -1 crescente em função do número de Reynolds, indicando que a relação entre os dois parâmetros é dependente da turbulência. Conclui-se que a técnica SSF possui elevado potencial. Entretanto, para que se possa atribuir utilidade definitiva, verificações em cursos d'água naturais e em equipamentos com estrutura de turbulência diferentes das utilizadas neste estudo ainda são necessárias.

ABSTRACT The floating solid soluble probe is a low-cost technique for estimating the mass transfer coefficient of oxygen in the air-water interface (Ka). This technique is based on the fact that Ka can be correlated with the dissolution rate of a soluble solid (VS), since both parameters are influenced by the surface turbulence. The aim of this study was to calibrate a new floating solid soluble probe configuration. Surface reaeration experiments and dissolution of the soluble solid probe were performed in two experimental apparatus (jets stirred tank and a circular hydraulic channel), in which different levels of turbulence were produced. The results showed a strong correlation between Ka and VS, r = 0.953 for experiments performed on the tank and r = 0.895 for experiments performed on the channel. The new floating solid soluble probe configuration provided an increasing Ka.VS -1 ratio as a function of the Reynolds number, indicating that the relationship between these two parameters depends on the surface turbulence. We conclude that the floating solid soluble probe technique has a high potential, despite calibrations in natural water bodies and equipment with a turbulence structure different from those used in this study are still necessary to definitive utility.

Avaliação da qualidade da água e autodepuração do ribeirão do meio, Leme (SP) / Evaluation of the water quality and auto-purification from the meio stream, Leme (SP)

Este trabalho utilizou relações hidroquímicas para avaliar possíveis entradas antropogênicas nas águas superficiais do Ribeirão do Meio (SP). Realizaram-se três coletas de água durante os meses de fevereiro, abril e julho de 2005 em cinco pontos de coleta analisando: vazão, temperatura, turbidez, pH, condutividade, oxigênio dissolvido, sólidos totais dissolvidos, sólidos totais em suspensão, Ca2+, Mg2+, Na+, K+, HCO3-, Cl-, SO4(2-), PO4(3-) e NO3-. As características da água próximo à nascente até a cidade de Leme permitem concluir que há pouca interferência na sua qualidade, porém, a falta de tratamento para o esgoto doméstico da cidade de Leme piora a sua qualidade. Para se modelar à autodepuração utilizou-se o modelo QUAL 2K, que identificou as zonas de autodepuração e indicou a necessidade de tratamento de esgotos em nível secundário, com eficiência de 76 por cento.

This investigation utilized hydrochemical relations to evaluate possible anthropogenic inputs at Meio Stream, São Paulo State. Realized three sampling of water during the months of February, April and July/2005, in five sampling points analyzing: discharge, temperature, turbidity, pH, electrical conductivity (EC), dissolved oxygen (DO), TDS (total dissolved solids), TSS (total suspended solids), Ca2+, Mg2+, Na+, K+, HCO3-, Cl-, SO4(2-), PO4(3-) and NO3-. The characteristics of water close to spring until Leme city allow concluding that there is a small interference in its quality, however the absence of treatment of domestic wastewater at Leme city reduced its quality. It was applied the QUAL 2K modeling to evaluate the Meio Stream auto-purification identified the auto-purification zones and indicated the necessity of secondary wastewater treatment, with 76 percent of efficiency.