Grupo Nanoita
A fonte de energia de seu lixo

GRUPO NANOITA

 

Prof. Dr. Antonio Carlos de Francisco

Programa de Pós-graduação em Engenharia de Produção

E seus orientados:

Leila Mendes da Luz

Rodrigo Salvador

[email protected]

 

Biocombustível é um produto de origem animal ou vegetal, renovável, que pode ser utilizado para alimentar motores à combustão. Existem vários biocombustíveis já em uso no mercado. Os mais famosos são o biodiesel e o bioetanol, mas também existem o biometanol, o biogás e outros, além dos que ainda não foram descobertos.

O biodiesel pode ser obtido geralmente de plantas como o girassol, e até mesmo de algas, e podem ser utilizados como combustíveis de diversos equipamentos.

O bioetanol também pode ser utilizado como combustível de equipamentos e veículos e geralmente pode ser obtido a partir da cana-de-açúcar, e também do milho e da beterraba.

Além dessas plantas cultivadas muitas vezes, exclusivamente para a produção de biocombustíveis, parte do lixo que nós geramos pode ser utilizada para produzir biocombustíveis.

Todas aquelas cascas de banana que o leitor descartou no lixo poderiam ter sido utilizadas para abastecer o seu carro ou ter carregado o seu celular por diversas vezes.

Pois bem, o lixo orgânico que costumamos jogar no lixo comum pode passar por um processo de digestão anaeróbia, aquela decomposição que ocorre na ausência de oxigênio onde microrganismos agem digerindo a matéria orgânica e produzindo biogás.

O biogás, depois de purificado para não danificar os equipamentos, pode ser utilizado de várias formas. Um dos usos mais simples é o doméstico, substituindo o gás de cozinha.

Ele pode ainda ser utilizado no lugar do gás liquefeito de petróleo (GLP) para abastecer os carros adaptados, apresentando o mesmo rendimento que o gás que encontramos nos postos de combustíveis.

O biogás pode ser queimado e a energia térmica gerada pode ser transformada em energia elétrica. E o mais interessante é que isso pode ser feito com coisas que jogaríamos no lixo.

Além disso, o biogás também pode ser obtido de resíduos agrícolas, ou mesmo de excrementos de animais e dos homens.

Pode também ser utilizado como fonte de energia em propriedades rurais reduzindo os custos de produção.

Por ser um tipo de energia limpa e natural o biogás apresenta também vantagens para o meio ambiente e a saúde das pessoas, reduzindo, por exemplo, a deposição de compostos orgânicos em aterros.

Além do mais, a região dos Campos Gerais apresenta um grande potencial para a produção de biogás. É o que aponta um estudo feito pela Federação das Indústrias do Paraná (FIEP) e pelo Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial (SENAI-PR) apresentando as oportunidades da cadeia produtiva de biogás para o estado do Paraná (SENAI, 2016).

Já imaginou o seu lixo sendo transformado em energia e ainda por cima ajudando a reduzir impactos ambientais e melhorando sua qualidade de vida?

Análise por separação

Evaldo Toniolo Kubaski

Doutor em Engenharia pela Escola Politécnica da USP

[email protected]

 

 

Alguns dos fatores que fazem com que a ciência evolua de forma vertiginosa estão relacionados à melhoria, à precisão e à quantidade de novos equipamentos que surgem a cada dia.

Percebemos que é possível detectar doenças cada vez mais prematuramente e com maior grau de precisão quando comparado há décadas.

Tudo isso melhora nosso conforto, tempo e qualidade de vida.

Isto é a aplicação do conhecimento científico e tecnológico que se faz ao redor do mundo.

Um processo físico-químico de caracterização de misturas bastante conhecido pelos químicos é a chamada cromatografia, que é a separação de misturas quando essas são constituídas de fases sólidas em uma solução, uma mistura homogênea de duas ou mais substâncias.

A cromatografia consiste no fato das substâncias presentes na mistura terem diferentes propriedades, dentre elas a densidade e composição, assim, a interação delas com as duas fases imiscíveis (fase estacionária e fase móvel) será diferente também.

Neste caso existem duas fases, a estacionária e a fase móvel. A fase móvel se desloca através da fase estacionária por ação de um solvente líquido ou gasoso.

Na fase móvel, se colocarmos cada substância da mistura para “correr”, cada uma delas terá velocidade diferente.

Assim, com o tempo as substâncias sólidas da mistura se separam e é possível identificar cada fase.

Existem vários tipos de sistemas cromatográficos: em coluna, através da cromatografia líquida, gasosa e supercrítica; também pode ser planar através de centrífuga, em papel e camada delgada.

Em relação à fase móvel existem a cromatografia gasosa, a gasosa de alta resolução, a líquida clássica, a líquida de alta eficiência e a cromatografia supercrítica.

Já em relação à fase estacionária, ela pode ser líquida, sólida e quimicamente ligada.

Agora que sabemos um pouco do conceito e tipos de cromatografia vamos propor uma brincadeira de químico:

Pegue um papel de coar café e corte em tiras de aproximadamente 2 cm de largura por 10 cm de altura.

Nessa tira de papel cortado, marque um ponto a 2 cm da base do papel com uma caneta porosa.

Pode repetir em outras tiras com outras cores para comparar também.

Coloque em um copo 1 cm de álcool e com cuidado deixe a tira de papel de pé no copo sem que o álcool entre em contato direto com o ponto feito com a tinta da caneta porosa. O ponto deve ficar para baixo, próximo ao álcool.

Espere o álcool ser absorvido pelo papel e deixe-o ultrapassar o ponto de tinta. Observe a separação das cores que compõem a cor.

O leitor acabou de realizar uma cromatografia! Bom experimento!

 

 

A mudança das cores

* Por Sergio Mazurek Tebcherani ([email protected]

A palavra “pigmento” é originária do latim “pigmentum” que significa “aquilo que dá cor”. Por mais que o tempo passe, o conceito da palavra “pigmentum” tem sempre o mesmo significado. Por mais que a ciência evolua e a tecnologia se modernize, pigmento sempre representará aquilo que fornece uma coloração.
Outra palavra que designa a mesma finalidade é “corante”.
Os corantes são substâncias que solubilizam no meio em que são aplicados. Devido a isso, eles possuem baixa propriedade de solidez à luz e são transparentes.
Os pigmentos permanecem sempre insolúveis quando preparados e aplicados e, por isso, possuem elevada propriedade de solidez à luz e são bastante opacos, em geral estão na forma de pó.
A clorofila é um pigmento natural da planta que remete à coloração verde para os vegetais. 
Quando uma luz atinge uma superfície que observamos, parte dela é absorvida e outra parte é refletida. A luz refletida confere a cor que enxergamos porque as demais cores foram absorvidas. 
No caso da clorofila a absorção ocorre nas faixas do vermelho e do violeta e a reflexão da luz verde que enxergamos. 
O nome desse pigmento chamado clorofila foi sugerido por Pelletier e Caventou em 1818, designando uma substância verde que saía das folhas quando colocadas no álcool.
Existem diferentes tipos de clorofilas, que são chamadas de A, B, C e D, e que diferem-se pela estrutura de sua molécula e sua capacidade de absorção.
Presente em cerca de 75% de todos os pigmentos verdes encontrados nas plantas está a clorofila A. Os outros 25% estão representados pelas clorofilas B, C ou D.
A clorofila B está presente nos vegetais superiores e em plantas sombreadas, pois esse tipo de clorofila aumenta os comprimentos de onda de luz que a planta consegue captar. 
A clorofila C pertence a alguns grupos como diatomáceas, dinoflagelados e algas pardas e a clorofila D está presente em algas vermelhas. 
No campo do espectro que enxergamos, os vários tipos de clorofilas absorvem luz em faixas diferentes, que, por consequência, enxergamos com colorações diferentes.
No inverno, devido à redução da incidência de luz na terra, a quantidade de clorofila nas plantas está diminuída, prevalecendo a presença de outros pigmentos. Esta variação faz com que as folhas mudem de cor. 
Com a chegada da primavera a incidência de luz passa a ser maior e a natureza nos premia com o verde voltando a prevalecer.
A diminuição e aumento da clorofila é o dispositivo que o vegetal possui para captar a luz e manter sua subsistência.
E é assim, depois de uma pausa o verde volta e prevalece.
Para quem gosta de luz só resta falar: viva o verde!

*Doutor em Química pela UNESP

As 1001 faces do aço

*Por Robson Couto da Silva ([email protected])

Hoje falaremos da liga metálica mais intensamente utilizada pelo homem, e apesar de nosso título parecer exagerado, segundo a World Steel Association existem atualmente um número superior a 3.500 classes de aço no mundo.
A palavra aço deriva do latim e está relacionada a gume ou ponta, se referindo a um “ferro temperado para fio cortante”. Essa referência torna-se bastante adequada, visto que o aço é uma liga composta por ferro com endurecimento a partir da adição de carbono e uma de suas primeiras aplicações foi na construção de armas como espadas.
Essa liga de ferro e carbono passou a ser utilizada frequentemente pela abundância de jazidas de minério de ferro e carvão e pela facilidade de sua fabricação a um custo relativamente baixo. Os aços proporcionaram a fabricação de ferramentas que elevaram a produção de alimentos e posteriormente diversas máquinas que alavancaram o desenvolvimento do homem moderno.
As proporções de carbono que são adicionadas dentro do ferro em um aço são geralmente inferiores a 1%, porém apesar de parecer uma quantidade pequena, provoca um grande aumento na dureza e resistência desse material. Os aços carbono são os mais baratos e são comumente encontrados em nosso cotidiano em pregos, arames, molas, carcaças de automóveis, chapas de tubulações, vergalhões para construção civil, entre tantas aplicações.
Porém, os aços carbono apresentam como principal desvantagem sua facilidade de corrosão. Devido a isso, com o aprimoramento da metalurgia, outros elementos foram sendo adicionados nos aços para que se fossem conferidas outras propriedades e novas aplicações, esses são chamados de aços ligados.
Os aços ligados mais conhecidos são aqueles em que se têm a adição de elementos como o cromo e o níquel, formando os aços inoxidáveis que apresentam como principal característica a maior resistência à corrosão, permitindo que sejam utilizados em ambientes mais agressivos e para aplicações mais nobres. Encontramos os aços inoxidáveis em pulverizadores agrícolas, válvulas para altas temperaturas, turbinas, talheres, panelas, processamento químico de alimentos e até em stents utilizados na cirurgia de angioplastia.
Além do cromo e do níquel, outros elementos de liga também encontrados nos aços são o molibdênio, o vanádio, o manganês, o silício, o alumínio, o cobre, o nióbio, o tântalo, o titânio e o tungstênio. Todas essas adições conferem as mais variadas gamas de propriedades, em que aplicações para indústria aeroespacial e plataformas marítimas são alcançadas.
Porém, as modificações nas características dos aços não são limitadas somente à composição química do metal. Existem processamentos chamados de tratamentos térmicos nos quais o metal é aquecido e resfriado em diversas faixas de temperaturas e taxas de aquecimento e resfriamento. Esses tratamentos fazem com que se tenham alterações na microestrutura dos aços e também são responsáveis por elevação na resistência mecânica, além de conferirem diferentes ductilidades ao material. 
Para que se tenha uma ideia da complexidade das variações possíveis, até o fato de deformarmos um aço faz com que esse tenha alterações em suas propriedades mecânicas, caso o leitor tenha curiosidade, esse fenômeno é conhecido como encruamento.
Enfim, existem muitos parâmetros a serem considerados no processo de fabricação de um aço que fazem com se tenha um material muito versátil. Como a cada dia novas tecnologias são descobertas, o desenvolvimento de novas ligas com outros tipos de processamento são constantes. Esse ainda é um ramo bastante desafiador para engenheiros e pesquisadores e que provavelmente ainda trará muitas inovações nas próximas décadas. 

*Doutor em Engenharia de Produção pela UTFPR

Os Supercondutores

* Por Robson Couto da Silva
Em nosso último artigo falamos a respeito de alguns materiais que apresentam características que se sobressaem às dos demais e introduzimos uma propriedade chamada de supercondutividade, na qual o material conduz eletricidade sem resistência. Assim, hoje explicaremos porque essa propriedade ainda é um desafio para ciência, mesmo após mais de um século de sua descoberta.
A supercondutividade foi observada pela primeira vez pelo físico neerlandês Heike Kamerlingh Onnes (1853-1926), que verificou em seus trabalhos sobre a liquefação e solidificação do hélio que o mercúrio em uma determinada temperatura apresentava uma queda abrupta de sua resistividade para próximo de zero. Essa temperatura, a qual o material passa a apresentar a supercondutividade, é chamada de temperatura crítica e posteriormente foi observada em outros metais como o nióbio, o vanádio, o tungstênio, o estanho, o alumínio, o titânio e o chumbo.
O grande problema na supercondutividade é que ela somente é observada nesses metais em temperaturas muito próximas do zero absoluto (-273,15 ºC). Com o passar do tempo foram desenvolvidas ligas metálicas principalmente à base de nióbio, com intuito de se obterem materiais com temperaturas críticas mais elevadas, porém os resultados obtidos apresentavam valores inferiores a -248 ºC. 
Dessa forma, até aqui para obtenção de um supercondutor era necessário trabalhar com o hidrogênio ou hélio líquidos, os quais necessitam de uma camada de isolamento térmico extremamente cara que inviabilizava sua aplicação, pois o custo para que se mantivesse um fio elétrico a temperaturas tão baixas não superava o benefício da supercondutividade. 
Foi então em 1986 que o físico alemão Johannes Georg Bednorz (1950-) e o físico suíço Karl Alexander Müller (1927-) desenvolveram um material à base de lantânio que apresentava supercondutividade, abrindo as portas para uma nova linha de pesquisas de supercondutores cerâmicos. 
No ano seguinte, o físico taiwanês Maw-Kuen Wu (1949-) juntamente com o físico chinês Chu Ching-wu (1941-), descobriram uma cerâmica com estrutura cristalina tipo perovskita (já falamos dessa estrutura em um artigo publicado em abril desse ano) com temperatura crítica de -178,15 ºC. Esse material é um óxido de cobre, bário e ítrio (YBa2Cu3O7) e passou a ser um marco nessa linha de pesquisa porque apresenta a supercondutividade em temperaturas superiores a -196 ºC, permitindo com isso o uso de nitrogênio líquido, um refrigerante muito mais barato que os utilizados anteriormente.
Esses resultados trouxeram uma grande expectativa para o uso dos materiais supercondutores para aplicações cotidianas. Recordo-me que em 1987, quando ainda era uma criança, que a supercondutividade estampava revistas e especulava-se que os produtos à base de materiais supercondutores estariam popularizados em cerca de cinco anos.
Esteiras magnéticas por onde as pessoas podem deslizar utilizando sapatos com bobinas embutidas, supergeradores a partir de bobinas elétricas de fios supercondutores, carros elétricos com bobinas supercondutoras que armazenam energia elétrica e dispensam combustíveis à base de petróleo, trens de alta velocidade que levitam magneticamente, ímãs para aceleradores de partículas, a mais rápida transmissão de dados para computadores, filmes finos que atuam como filtros para estações de telefonia celular... Todas são aplicações que ainda ficam nos sonhos dos pesquisadores.
Atualmente equipamentos médicos, como os que fornecem imagem por ressonância magnética, utilizam materiais supercondutores, mas por que outras aplicações não foram popularizadas, já que se trabalha em uma faixa de temperatura que permite um custo baixo?
A explicação para isso está na principal desvantagem de todo e qualquer material cerâmico: sua natureza frágil. Essa característica é um grande limitante para que se produzam objetos com formas como de fios para que se consiga a condução. Assim os supercondutores cerâmicos por enquanto estão confinados a estudos de dispositivos com filmes finos ou alguns compósitos à base de prata para que se ganhe alguma ductilidade. Ainda temos muito trabalho pela frente!!! 
 

*Doutor em Engenharia de Produção pela UTFPR
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Inovação: o que proteger?

GRUPO NANOITA

 

Evaldo Toniolo Kubaski *
[email protected]

 

Na semana passada, abordamos a prática do P&D para a indústria como vantagem competitiva diante da concorrência. Esta prática nos leva à ideia de criação, descoberta e invenção.

A capacidade de criar, descobrir e inventar acompanha a espécie humana desde sua existência na Terra.

A necessidade de sobrevivência de nossos ancestrais fez com que partes da natureza fossem transformadas em objetos para caça, defesa, proteção e conforto. Esta capacidade está associada ao campo da técnica que diz respeito ao aprimoramento dos recursos naturais.

Por outro lado, o convívio do homem em comunidades também permitiu que ele fosse criativo nas pinturas, danças e outras formas de comunicação. Esta é a relação com o campo da estética referindo-se às obras intelectuais.

O ato de criar não está relacionado ao sobrenatural e à genialidade, e sim, à capacidade de observar necessidades e aprimorar habilidades que acompanham o homem desde sua existência.

Os direitos da criação, do novo e do original, denominado de propriedade intelectual, podem ser protegidos seja no campo da técnica como no da estética.

Estes direitos têm o respaldo no âmbito civil e penal. Para que isso seja válido, alguns cuidados e protocolos devem ser seguidos.

Exemplo disto está na divulgação antecipada ao pedido de registro, o que torna a ideia de domínio público.

Os registros podem estar relacionados à Marca, ao Nome Empresarial, à Patente, ao Cultivar, ao Software, à Obra Literária, Artística ou Científica.

A Marca é todo nome ou sinal hábil para uma mercadoria, produto ou prestação de serviço que estabeleça uma relação entre o consumidor (ou usuário) e a mercadoria (ou produto ou prestador). Podem existir marcas iguais para ramos de atividades diferentes. Não é exclusividade e vigora pelo prazo de dez anos, contados da data da concessão, prorrogáveis por períodos iguais e sucessivos.

O Nome empresarial é direito exclusivo correspondente ao nome, firma do empresário individual, razão social e denominações de sociedades anônimas ou limitadas. Não é restrita a ramo da atividade por envolver a identificação empresarial.

A Patente é um título de propriedade temporária sobre uma invenção ou modelo de utilidade, outorgado pelo Estado aos inventores ou autores ou outras pessoas físicas ou jurídicas detentoras de direitos sobre a criação. Existem duas possibilidades de depósitos, a Patente de Invenção com vigência de até 20 anos a partir da data do depósito e o Modelo de Utilidade com vigência de até 15 anos também a partir da data do depósito.

A Lei de Cultivares é a proteção no Ministério da Agricultura e Abastecimento de qualquer gênero de espécie superior. Normalmente a vigência é de 15 anos, ou 18 anos para alguns tipos de árvores.

A Lei do Software protege a propriedade intelectual de programas de computador e sua comercialização. O direito é de 50 anos.

A proteção de Obra Literária, Artística ou Científica tem o direito autoral estabelecido em 70 anos.

Após conhecermos as formas legais de proteção estamos aptos para explorar um pouco das patentes industriais. Confira na próxima semana.

Inovação: a vantagem competitiva

GRUPO NANOITA

Por: Sergio Mazurek Tebcherani ([email protected])

 

Durante a década de 1980, a indústria automobilística norte-americana encontrava-se com medo do GAP tecnológico nesse setor.

Nesta época, o professor Michael E. Porter da Universidade de Harvard havia sugerido que as inovações e as tecnologias eram a base da vantagem competitiva.

Desta forma, essas inovações induziram a constituição de novos arranjos produtivos, que, aliados à crescente difusão de equipamentos microeletrônicos, elevaram significativamente a produtividade dessa indústria.

Arquivo pessoal
Sérgio é Dr. em Química pela UNESP
A melhoria na produção em conjunto à nova fase de investimentos, serviram para modernizar e ampliar a capacidade produtiva resultando no rápido crescimento da produção mundial de veículos.

Com isso, a inovação e a tecnologia como base da vantagem competitiva expandiram para outras áreas da economia americana servindo de modelo para a expansão mundial.

Sem percebermos, a inovação tecnológica e a gestão da tecnologia estão presentes em nosso dia a dia, seja nas indústrias, nas universidades, nas gestões públicas, no comércio como em vários outros campos socioeconômicos.

Poderíamos enumerar várias tecnologias para a indústria, porém, as mais presentes são as tecnologias de produto, de produção ou processo e de informação.

Atualmente, as indústrias de ponta incorporaram em sua estrutura organizacional o setor de Pesquisa e Desenvolvimento (P&D).

Conforme o porte industrial, o setor de P&D pode ser muito complexo envolvendo especialistas em estudo de mercado, de produto, de marketing, de custos, de vendas, de engenharia, bem como uma série de técnicos e pesquisadores, com habilidades específicas, empenhados no desenvolvimento de novos produtos.

A sinergia de um P&D industrial tem como propósito desenvolver produtos para cativar e reter o consumidor.

O foco deste processo não é unicamente o dinheiro, mas sim, a necessidade de manter ativo um empreendimento.

De forma pretenciosa, um produto de mercado possui certa analogia com a vida. Ele nasce quando desenvolvido e colocado no mercado, cresce e atinge a maturidade até um patamar máximo de venda e, envelhece quando as vendas são reduzidas até o momento de serem retirados do mercado.

Em síntese, utiliza-se o P&D para gerar inovação, ou seja, criar produtos diferentes no mercado. O ganho industrial está relacionado à vantagem competitiva na tendência da ampliação do crescimento e da maturidade dos produtos.

A natureza da inovação foi definida no Manual de Oslo, sendo classificada como inovação radical ou inovação incremental.

Inovação radical é aquela capaz de mudar a concepção de mercado através da introdução de um produto revolucionário no mercado.

Já a inovação incremental é aquela que traz alguma modificação no produto de mercado.

Particularmente, acreditamos que o processo de P&D não seja tão complexo quanto ao citado nesse artigo. Vários são os atalhos que se podem utilizar para reduzir os custos desta prática.

Todavia, todo o exposto neste artigo não teria sentido se não existisse uma forma de blindagem do novo produto criado por uma indústria. Esta abordagem será apresentada nas próximas semanas.