ÀREAS DE CONHECIMENTO 4 ENGENHARIAS

Transcrição

1 42 ÀREAS DE CONHECIMENTO 4 ENGENHARIAS

2 43 ESTUDO DA RESISTÊNCIA DA ARGAMASSA, DO CONCRETO ESTRUTURAL E DO GRAUTE COM AGREGADOS RECICLADOS Bolsista: Beatrice Gonçalves Baschiera Orientadora: Marina Rodrigues de Aguiar Colaboradores: Karine P. L. Beltrame Thales S. Losqui, William Nogueira Flávio Gramolelli. Jr. Leví de Carvalho Marcelo F. Ramos INTRODUÇÃO: O desenvolvimento sustentável tornou-se uma grande preocupação da construção civil, pois o setor é responsável pelo consumo de grande quantidade de recursos naturais e por grande parte dos impactos ambientais em virtude de suas atividades, uma vez que desperdiça materiais, seja na forma de resíduo sólido (entulho de construção), seja na utilização dos recursos naturais. Para um edifício, cuja massa de materiais equivale a 1000 kg/m², o entulho gerado corresponde a aproximadamente 5% da massa total do edifício (PINTO,1999). Diante do consumo de concreto e, também da argamassa, observou-se que a possibilidade de utilização do resíduo sólido gerado poderia afetar positivamente o desenvolvimento sustentável. Surgiu então, a ideia de substituir os agregados naturais (pedra e areia) que são recursos não renováveis utilizados na argamassa, graute e concreto, por agregados reciclados, ou seja, areia e pedra provenientes de entulho e demolição de obras, (BUTTLER, 2003; LEVY, 1997; LIMA, 1999, VIEIRA et.al., 2012; ZORDAN, 1997). Esse entulho, encaminhado para empresas especializadas, que os separa de acordo com sua granulometria, pode, então, ser utilizado como agregados miúdo e graúdo reciclados, substituindo total e/ou parcialmente os agregados naturais da argamassa e do concreto. O presente trabalho trata da utilização desses agregados miúdos e graúdos reciclados em argamassa, concreto e graute. OBJETIVOS: Através da avaliação do módulo de ruptura à compressão, da distribuição granulométrica e da consistência para trabalhabilidade, o objetivo principal deste trabalho foi o de estudar o comportamento da argamassa, do graute e do concreto confeccionados com diferentes proporções de agregados miúdos e graúdos reciclados. MATERIAIS E MÉTODOS: Os materiais utilizados foram cimento Portland CP-32; areia, pedrisco e brita naturais; areia e pedrisco reciclados. No preparo do graute e concreto utilizou-se uma betoneira elétrica de laboratório e no preparo da argamassa utilizou-se uma argamassadeira (misturador mecânico de laboratório). Todos os corpos de prova foram moldados em moldes cilíndricos. Para argamassa os moldes mediam 5,0 cm de diâmetro por 10,0 cm de altura. Para o graute e concreto utilizou-se moldes com 10,0 cm de diâmetro por 20,0 cm de altura. A determinação da composição granulométrica das areias foi realizada segundo a norma NBR 7217 (1987) e a classificação seguiu a norma NBR 7211 (2009). A norma NBR 7215 (1996) norteou a mistura mecânica da argamassa. A NBR 5738 (2003) foi utilizada para moldagem e cura dos corpos de prova cilíndricos. Os ensaios de compressão dos corpos de prova cilíndricos foram realizados seguindo a norma NBR 5739 (2007). A norma NBR 8953 (1992) foi utilizada para classificação do concreto estrutural. Os ensaios com argamassa (traço 1:3:0,6 cimento, areia, relação água/cimento ou a/c) foram realizados com substituição da areia natural por areia reciclada nas seguintes proporções, 0, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 e 100%. Os ensaios com graute (traço 1:2:2:0,7, cimento, arei, pedrisco, a/c), com substituição de areia nas proporções de 0, 25, 50, 75 e 100% de areia reciclada e com substituição de pedrisco natural por pedrisco reciclado nas mesmas proporções da areia reciclada. Os ensaios com concreto (traço 1:2:2:0,6 cimento, areia, brita, a/c), foram executados com substituição de areia natural pela reciclada nas proporções de 0, 25, 50, 75 e 100%. Todas as amostras de argamassa, concreto e graute sofreram cura em água, foram

3 44 retificadas e submetidas à compressão nas idades normatizadas. A argamassa sofreu compressão em máquina de ensaio universal EMIC de até 100kN. O graute e o concreto foram ensaiados em outra máquina de compressão de mesma marca, mas para cargas superiores à 100 kn. Para avaliação da consistência, o graute e o concreto foram submetidos ao ensaio de abatimento de tronco cônico, o slump test, seguindo a norma NBR NM 67 (1996). RESULTADOS: O módulo de finura (MF) da areia natural foi de 2,74 e o MF da areia reciclada foi de 2,28, ambos na faixa ótima de utilização quanto à distribuição granulométrica, NBR 7211 (2009). A resistência à compressão da argamassa aos 28 dias aumentou à partir de 50% de substituição por areia reciclada, chegando a 27,3 MPa para argamassa com 90% de areia reciclada, ou seja, uma diminuição de 3,57% em relação aos resultados para argamassa com 100% de areia natural, que foi de 28 MPa. O graute com agregados naturais apresentou resistência à compressão de 36,41 MPa aos 91 dias. O melhor resultado com reciclados com a mesma idade apresentou uma resistência 33,45% menor, ou seja, 24,23 MPa de resistência à compressão, para a série com 0% de areia reciclada e 100% de pedrisco reciclado. O concreto apresentou resistência de 32,94 MPa para a série com 100% de natural e resistência à compressão de 35,18 MPa para série com 100% de areia reciclada, ou seja, a areia reciclada proporcionou um aumento de 6,8% na resistência, aos 91 dias de idade. CONCLUSÃO: Em termos de distribuição granulométrica a areia reciclada utilizada é compatível com a areia natural, ficando também na faixa ótima de utilização. Argamassas com 90% de substituição por areia reciclada apresentaram resistência à compressão bastante semelhante à argamassa com somente areia natural, o que significa economia de recursos. Já para o caso do graute, o papel da areia reciclada não foi positivo, pois o melhor resultado de resistência foi para a composição com 0% de areia reciclada e 100% de pedrisco reciclado. O concreto obtido com agregados naturais é um concreto estrutural classe C30, já o concreto com 100% de areia reciclada classificou-se como concreto estrutural classe C35, segundo NBR 8953 (1992), todos do grupo I de resistência. PALAVRAS CHAVES: resíduos sólidos, agregados reciclados, concreto estrutural, graute, argamassa. REFERÊNCIAS: 1. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5738: Procedimento para moldagem e cura de corpos-de-prova. Rio de Janeiro, NBR 5739: Concreto - ensaios de compressão de corpos-de-prova cilíndricos. Rio de Janeiro, NBR 7211: Agregado para Concreto - Especificação. Rio de Janeiro, NBR 7215: Cimento Portland determinação da resistência à compressão. Rio de Janeiro, NBR 7217: Determinação da Composição Granulométrica. Rio de Janeiro, NBR 8953: Concreto para fins estruturais classificação por grupos de resistência. Rio de Janeiro, 1992.

4 45 7. NBR NM 67: Concreto determinação da consistência pelo abatimento do tronco de cone, BUTTLER, A. M. Concreto com agregados graúdos reciclados de concreto influência da idade de reciclagem nas propriedades dos agregados reciclados. Dissertação (Mestrado) - Curso de Engenharia Civil, Universidade Estadual de São Paulo, São Carlos, LEVY, S.M. Reciclagem do entulho da construção civil, para utilização com agregados com argamassas e concreto. São Paulo. Dissertação (Mestrado) Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, LIMA, J. A. R. Proposição de diretrizes para produção e normalização de resíduo de construção reciclado e de suas aplicações em argamassas e concretos. Dissertação (Mestrado) -- Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo, São Carlos, PINTO, T. P. Metodologia para a gestão diferenciada de resíduos sólidos da construção urbana. Tese (Doutorado) Escola Politécnica Universidade de São Paulo, São Paulo, VIEIRA, G. L.; DALMOLIN, D. C. C.; LIMA, F. B. Resistência e durabilidade de concretos produzidos com agregados reciclados provenientes de resíduos de construção e demolição. Ambiente Construído, Porto Alegre, v. 12, n. 3, p.1-14, set ZORDAN, S. E. Utilização do Entulho como agregado, na confecção do concreto. Dissertação (Mestrado) - Curso de Engenharia Civil, Universidade Estadual de Campinas, Campinas, AGRADECIMENTOS: Torre Forte, Morelix e UniAnchieta. SUPORTE FINANCEIRO: CNPq.

5 46 ESTUDO DA CINÉTICA DE HIDRATAÇÃO DA SOJA Bolsista: Monique Duarte Barro Orientador: Ailton Cavalli Curso: Engenharia de Alimentos INTRODUÇÃO: Originária da China, a soja há muito é consumida devido a pesquisas e descobertas de sua riqueza nutricional, é utilizada em bebida, tofu (PORTO e OLIVEIRA, 2006) e em iogurtes (HAULY et al; 2005). Graças a sua resistência a pragas é uma ótima forma de cultivo rentável (NESTLE, 2013). Durante a hidratação, a água é transportada para o interior do grão por difusão, aumentando seu volume. A quantidade de água absorvida está ligada ao tempo de submersão e à temperatura da solução (COUTINHO, 2005). Modelos têm sido desenvolvidos para representar tal hidratação com o intuito de prever o tempo necessário do processo, reduzindo o tempo de cozimento e diminuindo o índice de perdas; melhorando assim a qualidade final (TIBURCIO, 2012). OBJETIVO: o objetivo desse trabalho foi estudar a cinética de hidratação da soja, assim como o comportamento do grão durante o processo e a hidratação em função da temperatura e do tempo. MATERIAIS E MÉTODOS: Para determinar a taxa de hidratação do grão por meio de imersão foi realisado o procedimento descrito a seguir, o qual foi repetido para cada uma das temperaturas estudadas (30 C, 35 C, 40 C, 45 C, 50 C e 60 C): para cada temperatura foram posicionados 12 béqueres em um equipamento de banho maria. Em cada um desses béqueres foram adicionados 200ml de água, e, aproximadamente, 50g de grãos de soja. A cada 1 hora 3 amostras foram retiradas, secadas superficialmente com peneira e papel para serem mensuradas (peso e volume). Por fim, as amostras foram colocadas na estufa por 17 horas a 105 C, e mensuradas novamente, obteve-se assim 72 medidas, 12 para cada temperatura. RESULTADOS: a partir das médias das três amostras, para uma mesma temperatura e retiradas do banho maria na mesma hora foi possível calcular o teor de umidade usando o modelo experimental de Peleg (1988). Os teores de umidade obtidos para a temperatura de 30 C foram (1h - 36,92%), (2h 45,13%), (3h 48,94%), (4h 51,11%); na de 35 C foram (1h 39,59%), (2h 47,18%), (3h 51,16%), (4h 52,53%); na de 40 C foram (1h 44%), (2h 50,18%), (3h 52,7%), (4h 52,68%); para a de 45 C obteve-se (1h 49,96%), (2h 52,53%), (3h 52,68%), (4h 52,97%); para a de 50 C foram (1h 45,28%), (2h 51,58%), (3h 52,66%), (4h 53,13%); e por fim, para a de 60 C, (1h 52,06%), (2h 52,68%), (3h 52,60%), (4h 52,64%). Os dados acima mostram que a difusão da água para o interior do grão ocorre de forma rápida no inicio da hidratação e tende a um valor máximo conforme o tempo de hidratação aumenta, é possível observar o aumento significativo do volume do grão devido à difusão de água para o interior da soja. Com isso foi possível representar curvas de tendência que ajudaram no cálculo das constantes k 1 e k 2 do modelo de Peleg. Onde o coeficiente angular da reta é o valor de k 1 e o coeficiente linear dá o valor de k 2. Para a temperatura de 30 C obteve-se as constantes com valores de (k1 = 0,0187), (k2 = 0,0114), (R² = 1); para a temperatura de 35 C, (k1 = 0,0117), (k2 = 0,0093), (R² = 0,9926); para 40 C, (k1 = 0,0201), (k2 = 0,0043), (R² = 0,9993); para a temperatura de 45 C, (k1 = 0,0223), (k2 = 0,0028), (R² = 0,9911); para 50 C, (k1 = 0.021), (k2 = 0,0023), (R² = 0,9982); e para a temperatura de 60 C, (k1 = 0,0227), (k2 = 0,0021) e (R² = 0,9993); Neste trabalho o comportamento de k 1 foi diretamente proporcional à temperatura, com exceção dos resultados de k 1 nas temperaturas de 35 o C e 50 o C o que está de acordo com os resultados obtidos por Tuhran et al. (2001), ainda mostra que a temperatura de 45 o C e a temperatura mais econômica para a hidratação da soja, pois alcançou máxima porcentagem de hidratação no tempo de duas horas, temperaturas menores que estas alcançaram o máximo de hidratação em tempos maiores. CONCLUSÃO: A partir dos resultados obtidos neste trabalho, é possível concluir que: Os

6 47 dados mostram que a difusão tende a um valor máximo de hidratação de 52% e que o menor custa desta etapa de produção é obtido na temperatura de 45 o C. PALAVRAS CHAVES: Soja, Cinética de hidratação. REFERÊNCIAS: 1. COUTINHO, et al. Modelagem e Validação da Hidratação de Grãos de soja. Ciências e Tecnologia de Alimentos, Campinas, 25(3): , HAULY, M. C. O.; FUCHS, R. H. B.; PRUDENCIO-FERREIRA, S. H.; Suplementação de iogurte de soja com fruto oligossacarídeos: características probióticas e aceitabilidade; Rev. Nutr. vol.18 no.5 Campinas Sept./Oct NESTLE. Disponível em: /Alimentos/Pages/Soja.aspx. Acessado em 3 de maio de PELEG, M. An Empirical Model for the Description of Moisture Sorption Curves. J. of Food Sci., v. 53, n. 4, p e 1219, PORTO A, OLIVEIRA L. Tabela da Composição de Alimentos. Lisboa: Instituto Nacional de Saúde Dr. Ricardo Jorge, pág. 72 e 102, TIBURCIO, Mauro José. Determinação da cinética de hidratação do grão de bico (Cicerarietinum). Engenharia de alimentos, Centro Universitário Padre Anchieta, TURHAN, M.; SAYAR, S.; GUNASEKARAN, S. Application of Peleg model to study water absorption in chickpea during soaking. Journal of food engineering, n.53, pp

7 48 CONSTRUÇÃO DE UM REATOR PARA ESTUDO DE REAÇÕES FOTOQUÍMICAS Bolsista: Denis Rafael de Souza Lima Orientador: Vanderlei Inácio de Paula Curso: Engenharia Química INTRODUÇÃO: A poluição ambiental por efluentes industriais tem aumentado gradualmente ao longo das últimas décadas, tornando-se uma séria questão social e ambiental [BRITO & SILVA, 2012; PEREIRA & FREIRE, 2006]. Mais de 0,7 milhão de toneladas de corantes orgânicos sintéticos são fabricados por ano em uma escala global, principalmente para uso nas indústrias têxtil, artigos de couro, alimentos, pintura industrial, plásticos, cosméticos e setor de produtos eletrônicos [RAJESHWAR et al., 2008]. Estimas-se que aproximadamente 20% da produção global de corantes seja perdida durante sua síntese, processamento ou aplicação [KONSTANTINOU & ALBANIS, 2004], causando poluição visual, contaminação em corpos d água, mudanças nos ciclos biológicos e particularmente afetando os processos de fotossíntese [MERIÇ, et al., 2004]. Processos Oxidativos Avançados (POA) vêm sendo largamente estudados para aplicações como: descoloração de corantes, degradação de compostos orgânicos, fármacos e tratamento de efluentes [EBRAHIEM et al., 2013], devido suas características de mineralização de compostos e por não gerar lodo, evitando gastos com destinação final de resíduos. POA são baseados na geração de radicais altamente reativos, principalmente hidroxila ( OH), que possuem alta reatividade e baixa seletividade. Para viabilizar os estudos de POA, vários tipos de reatores fotoquímicos podem ser utilizados, por batelada, em fluxo ou processos combinados com outras técnicas (biológicas, por exemplo). OBJETIVO: Construção de um reator fotoquímico em fluxo de baixo custo e a realização de um estudo comparativo do seu uso para fotodegradação do corante Azul Indigotina em diferentes condições. MATERIAL E METODO: O sistema reator foi construído na forma de uma caixa de madeira com tampa, de dimensões internas 200x180x200mm, com todas as paredes internas revestidas em alumínio para um melhor aproveitamento da radiação incidente. Foram realizados três furos nas paredes da caixa, sendo um para fixação do soquete da lâmpada UV e dois para entrada e saída de um tubo de vidro (redutor de fluxo). Na lateral superior direita do reator foi realizado um rebaixo para fixação de uma chave de segurança (micro switch). A lâmpada utilizada foi de vapor de mercúrio de alta pressão, 250W, Empalux (modelo ME32514), cujo envoltório externo de Vanadato de Ítrio foi previamente removido. Ao redutor de fluxo foram conectadas mangueiras flexíveis a um vaso (capacidade máxima 5 litros) e a uma bomba eletromagnética de diafragma de ajuste manual, Etatron (modelo DLX MA/AD). O sistema construído foi utilizado para realizar um estudo da degradação fotoquímica de soluções (efluentes simulados) do corante Azul Indigotina (100 mg/l) nas seguintes condições: fotólise direta, UV/H 2 O 2, UV/TiO 2, UV/TiO 2 /H 2 O 2, UV/TiO 2 /H 2 O 2 /Fe 2+ e UV/H 2 O 2 /Fe 2+ (foto-fenton). As condições operacionais otimizadas para o estudo foram (temperatura = 30±5ºC), (tempo de irradiação = 60 min), (fluxo = 0,3L/min), (conc. H 2 O 2 = 2mL/L), (conc. Fe = 100mg/L), (conc. TiO 2 = 100mg/L), (volume irradiado = 1,0L) e (ph inicial = 7,0) para todas as condições. A degradação/remoção de cor foi acompanhada em intervalos de tempo definidos por um espectrofotômetro modelo SmartSpectro (Lamotte) no comprimento de onda (λ max = 610nm). RESULTADOS: Observou-se um decréscimo nas medidas de absorbância ao longo do tempo para todas as condições estudadas, mostrando, assim, que a concentração do corante diminui com o aumento do tempo de exposição. Os valores de degradação obtidos foram: fotólise direta (1,2%), UV/TiO 2 (18,7%), UV/H 2 O 2 (42,3%), UV/TiO 2 /H 2 O 2 (50,8%), UV/TiO 2 /H 2 O 2 /Fe 2+ (71,4%) e UV/H 2 O 2 /Fe 2+ [foto-fenton] (90,1%). CONCLUSÃO: O reator fotoquímico construído forneceu dados que permitiram estudos envolvendo a degradação do

8 49 corante Azul Indigotina via POA, sendo que a melhor condição para degradação do composto estudado foi a reação de foto-fenton, cuja degradação foi de 90,1% em 1h de irradiação e ph inicial 7,0. Além de validar o equipamento construído, a degradação de mais de 90% do composto orgânico em ph inicial neutro é de grande interesse do ponto de vista industrial, pois para tratamento de resíduos contendo este tipo de composto por reação de Fenton/foto-Fenton, geralmente trabalha-se com o ph ideal que é na faixa de 2,5 a 3,0. A possibilidade de operar com ph inicial neutro pode gerar uma redução no uso de produtos para correção e adequação tanto do ph inicial, quanto final. Novos estudos focados na reação de foto-fenton para degradação de compostos orgânicos serão abordados na sequência deste projeto. PALAVRAS CHAVES: Reator Fotoquímico, Fotoquímica, Processos Oxidativos Avançados (POA), foto-fenton, Corantes. REFERÊNCIAS: 1. BRITO, N.N.; SILVA, V.B.M. Processo Oxidativo Avançado e sua aplicação ambiental. REEC, nº.3, v.1, p , RAJESHWAR K.; OSUGI M. E.; CHANMANEE W.; CHENTHAMARAKSHAN C. R.; ZANONI M.V.B.; KAJITVICHYANUKUL P.; KRISHNAN-AYER R. Heterogeneous photocatalytic treatment of organic dyes in air and aqueous media. J. Photochem. Photobiol. C: Photochem., v.9, p , KONSTANTINOU, I.K.; ALBANIS, T.A. TiO 2 -assisted photocatalytic degradation of azo dyes in aqueous solution: kinectic and mechanistic investigations A review. Applied Catalysis B: Environmental. v.49, p.1-14, MERIÇ, S.; KAPTAN, D.; OLMEZ, T. Color and COD removal from wastewater containing Reactive Black 5 using Fenton s oxidation process. Chemosphere, v.54, n.3, p , EBRAHIEM, E.E.; AL-MAGHRABI, M.N.; MOBARKI, R. Removal of organic pollutants from industrial wastewater by applying photo-fenton oxidation technology. Arabian Journal of Chemistry. In press, SUPORTE FINANCEIRO: Centro Universitário Padre Anchieta.