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.

Resumo O monitoramento da qualidade do ar por estações automáticas, apesar de eficiente, não permite avaliar os efeitos da poluição sobre organismos e comunidades. Assim, o objetivo do presente estudo foi usar liquens da espécie Parmotrema tinctorum em biomonitoramento ativo da qualidade do ar, baseado em uma nova metolologia de análise de clorose por meio do software Qgis, como uma ferramenta de baixo custo e complementar aos métodos físico-químicos. Amostras dessa espécie foram expostas à poluentes do ar por 30 dias consecutivos, nas estações seca e chuvosa, em regiões urbanas e industriais. A taxa de clorose (34% do talo dos liquens, em média) e o acúmulo de enxofre (1,1 g.kg-1, em média) foram maiores em amostras expostas na região industrial, na estação seca. Houve correlação positiva moderada a alta entre a taxa de clorose e o acúmulo de nitrogênio, enxofre, ferro e zinco, no período seco, principalmente com exnofre (r = 0,71). Os resultados confirmaram a sensibilidade de P. tinctorum à poluição atmosférica, mesmo após um curto período de exposição. Essa nova metodologia de biomonitoramento ativo (análise de clorose por meio do QGis) pode ser usada em estudos futuros sobre avaliação da qualidade do ar por gestores de vigilância ambiental e de saúde.

Abstract Air quality monitoring by automatic stations, although efficient, does not allow evaluating the effects of pollution on living organisms and communities. Thus, the aim of the present study was to use lichens of the Parmotrema tinctorum species in active air quality biomonitoring. We used a new methodology of chlorosis area analyses in QGis software, as low-cost and complementary tool to physicochemical methods. Samples of the aforementioned species were exposed to atmospheric pollution for 30 consecutive days in the dry and rainy seasons, in urban and industrial regions. The chlorosis rate (34% of the lichen thalli, on average) and the accumulation of sulfur (1.1 g.kg-1, on average) were higher in the samples of lichens exposed in the industrial region, in the dry season. There was a moderate-to-high positive correlation between chlorosis rate and lichen content of nitrogen, sulfur, iron and zinc, in the dry season, mainly with sulfur (r = 0.71). The results confirmed the sensitive of P. tinctorum to atmospheric pollution, even after a short exposure time. Such new active biomonitoring methodology (chlorosis analysis in the QGis) can be used in future studies of air quality assessment by environmental and health surveillance managers.

Resumo O objetivo do presente trabalho foi avaliar a degradação do corante azul de bromotimol em dispositivo Venturi empregando processo combinado: cavitação hidrodinâmica e peróxido de hidrogênio. O Planejamento Composto Central (PCC) foi utilizado para otimizar as variáveis; pressão, tempo de reação e proporção molar de peróxido de hidrogênio. Foram avaliadas as eficiências de degradação a partir das análises da Demanda Química de Oxigênio (COD) e a remoção de cor antes e após o tratamento no Venturi. Obteve-se a condição de remoção máxima de COD (93.42%) e cor (93.28%) para pressão de entrada de 4.0 bar, com tempo de tratamento de 25 minutos e proporção molar de H2O2 e efluente (corante) de 30:1. O sistema de cavitação hidrodinâmica, combinado com peróxido de hidrogênio, tem grande potencial para remover compostos orgânicos de difícil degradação (inércia química).

Abstract This study assessed the degradation of bromothymol blue in a Venturi device based on a hybrid process that combines hydrodynamic cavitation (HC) and hydrogen peroxide (H2O2). A Rotatable Central Composite Design (RCCD) was used to optimize the following variables: pressure, reaction time and molar ratio of hydrogen peroxide. Degradation efficiencies were evaluated based on Chemical Oxygen Demand (COD) and color removals before and after Venturi treatment. Maximum COD (93.42%) and color (93.28%) removals were observed at 4.0 bar inlet pressure, at a treatment time of 25 minutes and at H2O2/effluent (dye) molar ratio of 30:1. The hydrodynamic cavitation/hydrogen peroxide system has great potential to remove normally recalcitrant organic pollutants.

Resumo O coeficiente de reaeração superficial (K2), que representa a transferência de oxigênio na interface ar-água, é uma importante variável dos ecossistemas aquáticos. O K2 é influenciado por diversos fatores, entre eles as substâncias surfactantes, além disso, tal coeficiente é utilizado em modelos de qualidade da água, o que demanda a sua correta estimativa. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito do surfactante Dodecil Sulfato de Sódio (SDS) sobre o K2. Em um reator cilíndrico com agitador mecânico tipo turbina, 15 experimentos de reaeração foram realizados com concentrações de SDS (0,0; 0,25; 0,5; 1,0 e 1,5 mMol L-1) e velocidades de rotação do agitador (25, 50 e 100 rpm). Em um canal hidráulico circular, 8 experimentos de reaeração foram realizados, em triplicata, com concentrações de SDS (0 e 1.5 mMol L-1) e níveis de agitação (Reynolds 4.500, 37.500, 49.200 e 54.000). No reator, independentemente da velocidade de rotação, o surfactante reduziu o K2 em 20%, devido à formação de um filme superficial na interface que dificultou a transferência do oxigênio, fenômeno conhecido como efeito barreira. No canal, a redução de K2 (aproximadamente 15%) ocorreu em maiores níveis de agitação da água. Na presença de surfactantes, e em baixos níveis de agitação, fenômenos que aumentam o K2 (i.e., efeito de Marangoni) coexistem com os que reduzem K2 (i.e., efeito barreira). Conclui-se que a presença de SDS em ambientes aquáticos deve ser considerada na estimativa do coeficiente de reaeração superficial, pois este surfactante pode contribuir para estimativas incertas do K2.

Abstract Surface reaeration coefficient (K2), which represents the transfer of oxygen at the air-water interface, is an important variable in aquatic ecosystems. K2 is influenced by several factors, including surfactants; furthermore, this coefficient is used in water-quality models, which requires its correct estimation. This study evaluated the effects of the surfactant Sodium Dodecyl Sulfate (SDS) on K2 in two different experimental systems. In a cylindrical reactor with a turbine-type mechanical stirrer, 15 reaeration experiments were carried out with SDS concentrations of 0.0; 0.25; 0.5; 1.0 and 1.5 mMol L-1 and stirrer rotation velocities of 25, 50 and 100 rpm. In a circular hydraulic channel, 8 reaeration experiments were carried out, in triplicate, with SDS concentrations of 0 and 1.5 mMol L-1 and agitation levels of Reynolds 4,500, 37,500; 49,200 and 54,000. In the reactor, regardless of the rotation velocity, the surfactant reduced K2 by 20%, due to a superficial film formation at the interface that made oxygen transfer difficult, due to a phenomenon known as “barrier effect”. In the channel, an approximate K2 reduction of 15% occurred at higher levels of water agitation. In the presence of surfactants, and at low levels of agitation, phenomena that increase K2 (i.e., Marangoni effect) may coexist with those that reduce K2 (i.e., barrier effect). We concluded that the presence of SDS in aquatic environments should be considered when estimating the surface reaeration coefficient, because this surfactant can contribute to uncertain K2 estimation.

RESUMO O objetivo deste estudo foi comparar a eficiência de remoção de DQO de um Venturi e de uma placa de orifício. Adicionalmente, a otimização da pressão de entrada dos dispositivos, o estudo da cinética da degradação, e o efeito sinérgico resultante da combinação da cavitação e H2O2 foram realizados. Um aparato experimental em escala laboratorial foi construído para atingir esses objetivos. Uma solução de sacarose e um efluente real de uma indústria de refrigerante, a base de sacarose, foram tratados. Os resultados mostraram que o Venturi atingiu 90% de remoção de DQO em apenas em três minutos de tratamento, com a pressão de 4,0 bar e proporção molar de sacarose: peróxido de 1:20. Enquanto que, para placa de orifício, uma eficiência de 90% foi atingida em 9 min, na pressão de 2,0 bar. A ordem de reação da cinética de degradação foi igual a 3,5, com exceção da maior pressão de entrada do Venturi (7,3 bar) na qual ocorreu coalescência das cavidades e a redução na velocidade de degradação. O coeficiente sinérgico (Sc) foi igual a 185,20, mostrando que o processo híbrido (HC + H2O2) é muito mais eficiente do que a cavitação isolada. A elevada concentração de DQO do efluente da indústria de refrigerante (2.512,8 mg L-1) foi degradada no Venturi com eficiência de 72%, sob uma pressão de entrada de 4,0 bar e baixa proporção (sacarose: peróxido de 1:10). O sistema de cavitação com dispositivo Venturi tem grande potencial para remover elevadas concentrações de matéria orgânica em um curto período de tratamento.

ABSTRACT The aim of the current study is to compare the chemical oxygen demand (COD) removal efficiency of a Venturi device to that of an orifice plate. The inlet pressure in the devices was optimized and the degradation kinetics was analyzed. In addition, the synergistic effect resulting from the combination between cavitation and H2O2 was investigated. An experimental apparatus was built to achieve these goals. A sucrose solution and an effluent from a sucrose-based soft drink industry were treated. Results showed that the Venturi device recorded 90% COD removal efficiency after three treatment minutes. On the other hand, the orifice plate recorded 90% COD removal efficiency after 9 min. The degradation kinetics-reaction order was 3.5, except for the highest Venturi inlet pressure (7.3 bar), which led to coalescence of cavities and to reduced degradation rate. The synergistic coefficient (Sc) was 185.20 and showed that the hybrid process (HC + H2O2) was much more efficient than the cavitation process applied alone. The high COD concentration in the effluent generated by the soft drink industry (2,512.8 mg L-1) was significantly decreased by 72%. The combined use of cavitation and Venturi has significant potential to remove high organic matter concentrations in short treatment periods.

RESUMO O oxigênio dissolvido (OD) é um dos principais parâmetros de qualidade da água. O equilíbrio da concentração de OD em um corpo d´água pode ser alterado por fenômenos interfaciais como a reaeração e a dissipação de oxigênio, os quais podem ser representados pelos coeficientes K2 e KD, respectivamente. Poucos estudos correlacionaram conjuntamente K2 e KD a parâmetros físicos e hidráulicos do escoamento. Este trabalho investigou o comportamento desses coeficientes em diferentes condições hidráulicas do escoamento, bem como desenvolveu equações semi-empíricas capazes de relacionar ambos coeficientes. Os testes de reaeração e de dissipação foram conduzidos em um canal hidráulico circular com velocidade do escoamento variando de 0,20 a 0,79 m.s-1 e a profundidade de 0,09 a 0,15 m. As estimativas de K2 e KD foram realizadas com o uso do método da regressão não linear. As equações semi-empíricas foram obtidas com base na análise dimensional clássica e na análise de regressão exponencial multiparamétrica. A comparação entre os coeficientes medidos e estimados produziu coeficientes de determinação (R2) para a dissipação e reaeração de 0,940 e 0,844, respectivamente. KD foi maior do que K2 para todos os níveis de turbulência utilizados no canal hidráulico. Uma estimativa obtida pela relação entre as equações semi-empíricas indica que a transferência de oxigênio no sentido água-ar (dissipação) é aproximadamente duas vezes mais rápida do que a transferência no sentido ar-água (reaeração).

ABSTRACT Dissolved oxygen (DO) is a key parameter in water quality. The DO concentration in a water body can be changed by interfacial phenomena such as reaeration and oxygen dissipation, which can be represented by the coefficients K2 and KD, respectively. Few studies have jointly correlated K2 and KD with physical and hydraulic parameters of the channel. The present work investigated the behavior of these coefficients over a range of hydraulic conditions, and developed semi-empirical equations capable of relating both coefficients. Reaeration and DO dissipation tests were conducted in a circular hydraulic channel with flow velocity ranging from 0.20 to 0.79 m.s-1 and depth ranging from 0.09 to 0.15 m. Estimates of K2 and KD were performed using the non-linear regression method. Semi-empirical equations were obtained based on classical dimensional analysis and multiple regression analysis. The comparison between measured and estimated coefficients yielded R2 for reaeration and dissipation of 0.940 and 0.844, respectively. KD was higher than K2 for all turbulence levels applied at the hydraulic channel. An estimate obtained by the relation between the semi-empirical equations indicates that the transfer of oxygen in the water-air direction (dissipation) is approximately twice as fast as the transfer in the air-water direction (reaeration).