ISEP - DM – Engenharia Química
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O Mestrado em Engenharia Química, visando a especialização nas áreas ambiental e energética, nasceu da necessidade de conjugar a optimização dos recursos ambientais e energéticos com a engenharia química.
O Mestrado em Engenharia Química (2º ciclo) tem como objetivo aprofundar os conhecimentos adquiridos na Licenciatura (1º ciclo) em áreas fundamentais para o engenheiro químico, como fenómenos de transporte, termodinâmica, reatores químicos, matemática aplicada à engenharia e projeto e conferir aos diplomados as competências técnicas e científicas adequadas a cada um dos ramos: Tecnologias de Proteção Ambiental e Otimização Energética na Indústria Química.
Os diplomados devem possuir capacidade de planear e conduzir experiências, analisar e interpretar resultados, projetar um sistema ou um processo para atingir determinada necessidade com constrangimentos realísticos (económicos, ambientais, sociais, de saúde, de segurança e de sustentabilidade). Devem demonstrar as competências adquiridas para identificar, equacionar e resolver problemas complexos de engenharia química e devem saber colaborar no desenvolvimento e na aplicação de novos produtos e de novos processos.
• Ramo de Otimização Energética na Indústria Química
É objetivo específico do Mestrado em Engenharia Química – Ramo de Otimização Energética na Indústria Química formar técnicos de engenharia com elevada preparação técnica e científica, capazes de avaliar o consumo de energia de uma unidade industrial e propor alterações no sentido da sua otimização, tendo em conta a necessidade de aumentar o nível tecnológico e a eficiência dos processos. Os diplomados devem ainda ser capazes de gerir sistemas de produção de energia, colaborar na realização de auditorias energéticas, definir e implementar planos de racionalização da utilização da energia.
• Ramo de Tecnologias de Proteção Ambiental
É objetivo específico do Mestrado em Engenharia Química – Ramo de Tecnologias de Proteção Ambiental a formação de técnicos de engenharia com elevada preparação técnica e científica, capazes de projetar e operar unidades de proteção ambiental, nas áreas de tratamento de águas e águas residuais, de emissões gasosas e de resíduos sólidos. Os diplomados terão capacidade para aplicar conhecimentos e implementar tecnologias que garantam um avanço real nas técnicas de proteção ambiental
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Browsing ISEP - DM – Engenharia Química by Sustainable Development Goals (SDG) "09:Indústria, Inovação e Infraestruturas"
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- Desenvolvimento de biopolímeros de base proteicaPublication . Dias, Rita Maria Sousa; Ribeiro, António Alfredo CrispimCom as crescentes exigências do mercado e fortes restrições a nível ambiental, as indústrias modernas tendem a progredir no sentido da eficiência, sustentabilidade e rentabilidade dos seus processos produtivos. Uma vez que a indústria dos curtumes é uma forte geradora de resíduos sólidos, é indispensável criar alternativas à valorização desses mesmos resíduos. Esta dissertação tem como objetivo a valorização do retalho verde e tripa, através do estudo e desenvolvimento de biopolímeros de base proteica. Os resíduos em causa consistem maioritariamente em colagénio, que apresenta um grande potencial para a produção de biopolímeros. Desta forma, este trabalho tem como objetivos específicos a extração de colagénio do retalho e a sua utilização na produção de biofilmes, a sua aplicação no processo de recurtimento do couro e ainda a sua aplicação na produção de aglomerados de couro. O retalho verde e tripa foi caracterizado através de uma análise imediata e elementar, o que demonstrou condições desejáveis para a produção de biopolímeros, nomeadamente devido ao elevado teor em proteína. A extração do colagénio foi realizada através de uma hidrólise térmica e alcalina, baseando os ensaios num plano experimental de modo determinar as melhores condições de extração, sendo estas: 80°C, 10% de NaOH e 2 horas. Definidas as condições, procedeu-se à hidrólise em larga de escala dos retalhos e posterior caracterização dos hidrolisados proteicos. Foram elaborados diferentes biopolímeros através da adição de glicerol, glutaraldeído e Retanal VN, uma resina vinílica. Produziu-se biofilmes através da técnica de casting, com boas propriedades mecânicas. No entanto, os filmes não apresentaram hidrofobicidade. No processo de recurtimento do couro, a adição do biopolímero conferiu ao couro uma cor mais viva relativamente a um processo padrão, tendo-se verificado que o toque e a firmeza da flor do couro resultaram semelhantes, além de se ter obtido valores de resistências físico-mecânicas da mesma ordem de grandeza do padrão e adequados à utilização do couro em calçado. Por fim, na produção de aglomerados de couro, apesar de não se conseguir quantificar a influencia do biopolímero nas propriedades mecânicas dos aglomerados, concluiu-se que o melhor ligante é o Retanal VN.
- Estudo da viabilidade do aproveitamento de lamas e águas de lavagem de filtros ricas em ferro no tratamento de águas residuaisPublication . Martins, Alexandre de Azevedo; Figueiredo, Sónia Adriana Ribeiro da CunhaO tratamento de água e água residual é crucial para garantir a saúde pública, preservar o meio ambiente e promover a sustentabilidade. Ao tratar a água potável, é possível remover contaminantes e fornecer água segura para consumo humano. Para além disso, o tratamento adequado da água residual protege os ecossistemas aquáticos e possibilita a reutilização da água tratada, reduzindo a procura por água potável. No entanto, enfrenta desafios que exigem investimentos em tecnologias inovadoras e políticas públicas eficientes. Priorizar o tratamento de água e água residual é fundamental para um futuro promissor e equilibrado. Este estudo teve como objetivo avaliar a viabilidade da utilização das lamas ricas em ferro e das águas de lavagem de filtros provenientes de uma estação de tratamento de águas (ETA) para integração nos processos de uma estação de tratamento de águas residuais (ETAR). A investigação procurou determinar se esses resíduos poderiam ser integrados de forma benéfica no processo de tratamento biológico, visando diminuir os tempos de sedimentação e a qualidade do efluente final. Foram realizados testes de coagulação/floculação com as águas residuais provenientes da ETAR de Fornos (gerida pela empresa SIMDOURO) juntamente com as lamas ricas em ferro e as águas de lavagem de filtros da ETA de Castelo de Paiva (gerida pela empresa Águas do Douro e Paiva). Foram analisados 6 parâmetros, sendo eles, pH, condutividade, turvação, lamas, CQO e ferro total. Os resultados demonstraram que não seria possível o uso das lamas ricas em ferro, no reator biológico, devido ao produto final apresentar uma cor indesejável e também por produzir um maior teor de lamas. No entanto, a água de lavagem de filtros (usada como coagulante) apresentou resultados promissores, melhorando a clarificação da água residual e reduzindo o seu tempo de sedimentação, quando foi usado um volume de 140 mL de coagulante por L de água residual.
- Estudo da viabilidade do aproveitamento de lamas e águas de lavagem de filtros ricas em ferro no tratamento de águas residuaisPublication . Martins, Alexandre de Azevedo; Figueiredo, Sónia Adriana Ribeiro da CunhaO tratamento de água e água residual é crucial para garantir a saúde pública, preservar o meio ambiente e promover a sustentabilidade. Ao tratar a água potável, é possível remover contaminantes e fornecer água segura para consumo humano. Para além disso, o tratamento adequado da água residual protege os ecossistemas aquáticos e possibilita a reutilização da água tratada, reduzindo a procura por água potável. No entanto, enfrenta desafios que exigem investimentos em tecnologias inovadoras e políticas públicas eficientes. Priorizar o tratamento de água e água residual é fundamental para um futuro promissor e equilibrado. Este estudo teve como objetivo avaliar a viabilidade da utilização das lamas ricas em ferro e das águas de lavagem de filtros provenientes de uma estação de tratamento de águas (ETA) para integração nos processos de uma estação de tratamento de águas residuais (ETAR). A investigação procurou determinar se esses resíduos poderiam ser integrados de forma benéfica no processo de tratamento biológico, visando diminuir os tempos de sedimentação e a qualidade do efluente final. Foram realizados testes de coagulação/floculação com as águas residuais provenientes da ETAR de Fornos (gerida pela empresa SIMDOURO) juntamente com as lamas ricas em ferro e as águas de lavagem de filtros da ETA de Castelo de Paiva (gerida pela empresa Águas do Douro e Paiva). Foram analisados 6 parâmetros, sendo eles, pH, condutividade, turvação, lamas, CQO e ferro total. Os resultados demonstraram que não seria possível o uso das lamas ricas em ferro, no reator biológico, devido ao produto final apresentar uma cor indesejável e também por produzir um maior teor de lamas. No entanto, a água de lavagem de filtros (usada como coagulante) apresentou resultados promissores, melhorando a clarificação da água residual e reduzindo o seu tempo de sedimentação, quando foi usado um volume de 140 mL de coagulante por L de água residual.
- Otimização do consumo de eletricidade do centro de produção de uma indústria cervejeiraPublication . Sousa, Rafael Gonçalves; Silva, Paula Cristina Pereira; Freitas, Maria Madalena Alves deCom o crescimento da consciencialização ambiental, a eficiência energética possui um papel cada vez mais importante para as indústrias. Graças à natureza dos processos de produção de cerveja, a indústria cervejeira apresenta um consumo de energia elétrica bastante elevado. Devido ao volume deste consumo acabam por surgir diversas oportunidades de melhorias. Para garantir que estas acontecem é necessário utilizar sistemas de gestão/controlo do consumo, adotar as tecnologias mais eficientes, otimizar os processos e utilizar fontes de energia renováveis. Desta forma, diminuem-se os custos e ao mesmo tempo mitiga-se o impacto ambiental desta indústria. Neste contexto, esta dissertação tem como objetivos identificar os grandes consumidores de eletricidade do Super Bock Group, desenvolver modelos de previsão de consumo e propor melhorias para os sistemas existentes. De forma a identificar os grandes consumidores foram analisados os consumos elétricos das diferentes zonas desde janeiro de 2018 até maio de 2023. As utilidades são a secção da fábrica que apresenta o peso maior no consumo, destacando-se o sistema de refrigeração e o de produção e distribuição de ar comprimido (representam cerca de 25 e 10% do consumo total da fábrica, respetivamente). A partir dos dados históricos dos consumos e das diferentes variáveis identificadas foram desenvolvidos modelos de previsão do consumo elétrico, mensais e semanais, tanto para a fábrica, como para cada uma das secções existentes. Foi desenvolvida uma ferramenta de gestão e monitorização das utilidades, em Power BI, onde foram inseridos os modelos de previsão, que permitem ao utilizador entender o estado atual das mesmas e identificar picos de consumo, de uma forma rápida e fácil. Através da utilização desta ferramenta, da análise dos sistemas existentes e dos registos de consumos da empresa foram identificadas algumas propostas de melhoria. A primeira é a implementação dessa ferramenta e entre as propostas corretivas destacam-se a diminuição da temperatura do ar admitido aos compressores de ar e a verificação de fugas, tanto do sistema de distribuição de ar comprimido, como do de dióxido de carbono.
- Scale-up of an electrocatalytic unit for lignin depolymerizationPublication . Mendes, João Manuel Silva; Garrido, Jorge Manuel Pinto de JesusOil dependency is pointed out as one of the main vulnerabilities inherent to the 21st century’s society. In the transportation field, electric vehicles and new forms of fuel such as hydrogen, are being developed. However, in the manufacturing field no incumbent progress has been made to replace petrochemicals. In this research for petroleum alternatives, lignocellulosic materials with particular emphasis on lignin, have been highlighted as candidates. Lignin is an abundant polymer from the pulp and paper industries with a structure that enables the extraction of interesting chemical platforms. Despite this potential, the lack of efficiency in its processing through depolymerization hinders its industrial adoption. In this realm of developing efficient green technologies to depolymerize lignin an electrochemical approach has been highlighted, with few papers already published. However, the focus of these papers lies on achieving the desired product at beaker scale and not in an industrial implementation. To bridge this gap the present thesis focused on the implementation and subsequent scale-up of an electrocatalytic system aimed to depolymerize lignin with obtention of monomeric products. The scale-up process was based on Pi-Buckingham theorem. The project started with the design of a small system, able to depolymerize 100 ml of a lignin solution. Based on the bench studies that were being carried out simultaneously, the electrodes chosen were a titanium anode with a ruthenium layer deposited, through an electrodeposition process, with the cathode used being a nickel electrode. Due to the differences in size between the bench tests’ electrodes and the ones used in the system, different electrodeposition times were tested to assess monomers/oligomers’ (MM< 500g/mol) formation during the depolymerization process, carried with a voltage appliance of 2.5V. After analysis of the HPLC results, from the depolymerization carried out, it was possible to conclude that electrodes subjected to the same depolymerization time of the bench test electrode (300 seconds) were not effectively able to produce monomers/oligomers. The electrodes electrodeposited for 600 and 1200 seconds were able to produce monomers/oligomers and were the ones used in further experiments. The electrodes were named as Ru-Ti followed by the order in which they were produced in between their electrodeposition time group, for example Ru-Ti_1st_600sec, with this electrode being the first one to be produced from the 600 second group. Chronoamperometric tests were carried out to evaluate the electrode’s oxidative capacity, assessing the stability and determining a coefficient that was named transport coefficient. It was possible to verify that the electrode Ru-Ti_1st_1200sec had a peak current value in all steps twice as higher when compared to Ru-Ti_3rd_600sec, but a similar value for the transport coefficient. When a comparison between electrodes with the same electrodeposition times was performed it was verified that the electrode without usage had a 2 times higher current peak and a mass transport value 2 orders of magnitude higher. With these tests was also possible to verify that the equilibrium potential of the reaction was 1.75V. To determine the efficiency of the process an analysis of the HPLC graphs was performed. The time taken until monomers/oligomers’ detection was directly pointed out and lignin depolymerization rate was determined through a new method based in the peak integration of the graphs. In the presence of a 1% solution the results showed that the electrode with higher amount of ruthenium, Ru-Ti_1st_1200sec had a 2.5 higher depolymerization rate when compared with Ru-Ti_3rd_600sec, being this reflected on the capacity to produce monomers/oligomers with a monomers/oligomers’ peak emerging between 7 and 9 hours in the tests performed with the first electrode but only after 24 hours with the second electrode. The results obtained for the 8% solution were not quantifiable due to the lack of accuracy of the method. It was also possible to conclude that an inactivation of the electrode occurs during the depolymerization process with the electrode Ru-Ti_1st_600sec, having a 1.5 lower rate when compared with Ru-Ti_3rd_600sec. During the depolymerization process the analysis of the current evolution with time enabled to affirm that the initial value is higher for the electrode with higher electrodeposition time, followed by the new electrode with an electrodeposition time of 600 seconds. Two other important factors are that this current constantly lowers with time to an approximate value of 0 A and that the 8% solutions have lower currents for all the electrodes tested with higher time needed until identification of the monomeric peaks. Regarding the dimensionless numbers’ determination, experiments to determine essential parameters as viscosity, density and flowrate were performed. Not all dimensionless numbers were determined and a first estimative for the flow rate was based on geometric similarity, with the value obtained pointing to both cells having the same operating flowrate, 1,40E-06 m3/s. After determination of all dimensionless numbers the flowrate will be optimized to obtain the smallest difference between all the values determined.