Engenheiro químico desenvolve microdispositivo que purifica biodiesel

Olá querido leitor. Toda semana, nós conversamos sobre pesquisas e notícias sobre o mundo da Microfluídica e da Engenharia Química. O post de hoje tem um significado especial para mim, porque é uma publicação de um recente artigo nosso e que foi destaque na primeira página do site da Unicamp. Abaixo eu reproduzo o texto do Carmo Gallo Netto com as imagens do Antonio Scarpinetti. A publicação na íntegra você pode ver no site do Journal da UNICAMP (Link aqui).

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Em artigo publicado recentemente na Chemical Engineering Research and Design, periódico de grande impacto, o engenheiro químico Harrson Silva Santana apresenta um microdispositivo que permite a remoção do excesso de álcool do biodiesel, normalmente realizada em rotaevaporadores em laboratório e em colunas de destilação na escala industrial.

O professor Osvaldir Taranto, coordenador da linha de pesquisa: “Não existia nenhuma simulação computacional na área, daí a ideia de implementá-la”

Nessas colunas a mistura álcool/biodiesel, introduzida na base, é submetida a aquecimento e o álcool vaporizado sai pela extremidade superior e depois volta à fase líquida por resfriamento. Agora, todo esse processo poderá vir a ser realizado, com alta eficiência, com o emprego de microdispositivos.

Os microdispositivos, fabricados com a utilização de um polímero e que não ocupam mais de 5 cm2, possuem uma entrada pela qual é introduzida a mistura e duas saídas, uma inferior e outra superior, pelas quais saem, respectivamente, o biodiesel líquido e o álcool vaporizado por aquecimento e que também pode voltar à fase líquida por resfriamento. A diferença é que neste caso o processo ocorre em canais com diâmetros hidráulicos de cerca de 300 micrômetros, ou seja, 3 vezes maiores que o diâmetro médio de um fio de cabelo. Segundo o pesquisador, no futuro poderão ser desenvolvidos microdispositivos que agrupem as operações de aquecimento e resfriamento, responsáveis, respectivamente, pela separação dos componentes e condensação dos vapores do álcool.  Esses dois efeitos combinados podem ser viabilizados com a utilização de placas de Peltier.

O engenheiro químico Harrson Silva Santana: “O estudo teve três fases distintas: a computacional, que envolveu simulações, a construção dos microrreatores para a produção do biodiesel e a construção do evaporador para a retirada do álcool em excesso”.

O trabalho faz parte de uma linha de pesquisa orientada e mantida pelo professor Osvaldir Taranto, do Departamento de Engenharia de Processos, da Faculdade de Engenharia Química (FEQ) da Unicamp.

Explicações

Figura 1. Foto do microdispositivo/evaporador desenvolvido para evaporação de álcool

O biodiesel normalmente é produzido pela reação de transesterificação com excesso de álcool para deslocar o equilíbrio da reação na direção dos produtos. Depois o álcool em excesso é removido por destilação e pode ser reaproveitado no processo. Embora a tese desenvolvida pelo pesquisador concentre-se, conforme diz o titulo, na “Síntese de biodiesel em microcanais”, (veja abaixo a relação de artigos dela oriundos), ela aborda também a purificação do produto, o que deu origem à publicação inicialmente mencionada.

O trabalho realizado deteve-se, assim, na investigação computacional e experimental dos processos tanto de síntese como de purificação do biodiesel em microcanais, a partir do produto obtido da reação de óleo vegetal e álcool em presença de catalizador básico.  Harrson enfatiza: “O estudo teve três fases distintas: a computacional, que envolveu simulações, a construção dos microrreatores para a produção do biodiesel e a construção do evaporador para a retirada do álcool em excesso”.

Os pesquisadores esclarecem que na literatura são encontrados estudos que avaliam a aplicação de microdispositivos na síntese de biodiesel, porém poucos trabalhos aplicam a microescala na purificação desse combustível, apresentam as técnicas de modelagem, ou melhor, se dedicam às simulações que podem vir a permitir a otimização dos processos de síntese e separação e dos microdispositivos utilizados.

Figura 2. Visão lateral do evaporador.

Na realidade, diz o professor Osvaldir, “não existia nenhuma simulação computacional na área, daí a ideia de implementá-la. Além do que, embora a produção do biodiesel fosse já  estudada em microdispositivos, para a separação do álcool consideravam-se os equipamentos convencionais. Tivemos então a ideia de estudar todo o processo com o emprego de microdispositivos”. Por isso, após os ensaios numéricos e experimentais da síntese, estudou-se da mesma forma a purificação do biodiesel em microcanais e foram simultaneamente desenvolvidos processos para produção dos microdispositivos utilizados em ambas as situações.

Esse processamento exigiu que Harrson trabalhasse também na construção dos microdispositivos que obedecessem a uma arquitetura previamente estudada, tanto no processo de síntese como de separação dos componentes do biodiesel obtido. Isto o levou inclusive a um estágio na Universidade de Glasgow, Escócia.

Imagem conceitual de uma microplanta química que ilustra como a multiplicação do microdispositivo pode substituir os métodos tradicionais de purificação de biodiesel.

Expectativas

O professor Osvaldir considera com entusiasmo que se trata de um estudo que está apenas começando e que vai avançar muito, em razão dos investimentos nessa área em outros países. As unidades de processamento podem vir a utilizar quantos microdispositivos forem necessários para, por exemplo, substituir uma coluna de destilação para produção em escala. Microreatores, já produzidos, podem atender às necessidades de uma indústria farmacêutica em que o princípio ativo dos medicamentos se mede em microgramas. Com a obtenção e utilização de micropeneiras, viáveis hoje com as impressoras 3D, os microcanais poderão viabilizar a dessalinização da água do mar para atender a pequenas comunidades ou mesmo a  produção de água altamente pura para procedimentos médicos.

Fonte: Journal da UNICAMP

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Sobre Harrson S. Santana

Harrson S. Santana obteve seu doutorado em Engenharia Química pela Universidade de Campinas em 2016. Sua tese de doutorado foi a investigação da síntese de biodiesel em microcanais, utilizando simulações numéricas e ensaios experimentais. Em 2015, ele passou vários meses na Universidade de Glasgow (Reino Unido) desenvolvendo pesquisas na área de impressão 3D. Atualmente, ele é pesquisador associado e professor colaborador da Faculdade de Engenharia Química da Unicamp, trabalhando no desenvolvimento de microplantas químicas e uso de impressoras 3D em processos químicos. Ele publicou vários artigos explorando desde simulações numéricas no desenvolvimento de microdispositivos até o uso de microfluídica em reações químicas e operações unitárias. Seu interesse científico se concentra em fenômenos de transporte em sistemas microfluídicos, impressoras 3D e sistemas robóticos aplicados a processos químicos em microescala.

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