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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/11560| Título: | Automação de um sistema de direcionamento de luz no processo de degradação fotocatalítica de efluentes por irradiação solar |
| Autor(es): | Erhard, Léon Silva |
| Orientador(es): | Ferreira, Douglas da Costa |
| Palavras-chave: | Prototipagem rápida Arduino (Controlador programável) Fotocatálise Rapid prototyping Arduino (Programmable controller) Photocatalysis |
| Data do documento: | 1-Jul-2019 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Francisco Beltrao |
| Citação: | ERHARD, Léon Silva. Automação de um sistema de direcionamento de luz no processo de degradação fotocatalítica de efluentes por irradiação solar. 2019. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Francisco Beltrão, 2019. |
| Resumo: | Reações fotocatalíticas que utilizam luz solar enfrentam problemas ao longo do dia devido a periodicidade, afetando o rendimento da reação. Solucionou-se o problema criando um protótipo baseado em um modelo criado em software CAD do qual movese radialmente para onde há maior incidência de luz pela interação de sensores resistores do tipo LDR e microcontrolador Arduino. Realizaram-se três experimentos de fotocatálise. Nos dois primeiros ensaios foi realizado o tratamento de 100 mL e 250 mL, respectivamente, de solução do corante Azul de metileno na concentração de 50 mg L-1 em pH inicial 7,0. No terceiro experimento, foi empregada a solução de corante azul reativo 5G na concentração de 50 mg L-1, com pH inicial 2,0. Nos três casos, foi empregada a dosagem de 1 g L-1 de catalisador, sendo no primeiro ensaio utilizado o dióxido de titânio e nos outros dois ensaios o óxido de zinco. O procedimento experimental consistiu na adição do catalisador ao volume de solução de corante a ser tratada, sendo a mistura mantida em ambiente escuro por 15 minutos, e posteriormente, se adicionava peróxido de hidrogênio numa proporção de 100 μL a cada 100 mL de solução. Após isso o reator era exposto a luz solar sob agitação magnética constante e a variação de concentração era medida através das absorbâncias obtidas em relação ao tempo. Todos os ensaios foram realizados no reator fotocatalítico convencional e no protótipo direcionador de luz solar, para fins de comparação da eficiência da degradação dos corantes nos dois sistemas. Os resultados obtidos indicaram que os processos realizados no protótipo possibilitaram o estabelecimento do equilíbrio de forma antecipada, comparado ao Sistema convencional no qual utiliza-se somente de um agitador magnético fixo. Ademais a eficiência na degradação do corante utilizando-se o protótipo foi ligeiramente superior em todos ensaios. Para o primeiro experimento as eficiências foram muito próximas com 98,57% de degradação para protótipo e 98,55% para o agitador fixo, No experimento 2, verificou-se ligeiro favorecimento da degradaçãod o corante com o experimento conduzido o protótipo (63,84%), quando comparado ao Sistema com agitado fixo (62,63%). Para esses experimentos, as taxas de evaporação e temperatura média de operação foram de 0,035 mm min-1 e 21,45ºC no experimento 1 e 0,05 mm min-1 e 18,59ºC no experiment 2. Para o terceiro experimento, as eficiências foram de 98,48% para o protótipo e 86,39% para o agitador fixo, verificando-se o favorecimento do processo com o Sistema de direcionamento de luz solar possivelmente pela maior incidência de radiação. A taxa de evaporação e a temperatura média do protótipo no experimento foram de 0,03 mm/min e 21,03º C. De forma geral, pode-se verificar a satisfatoriedade do protótipo construído na melhoria de eficiência do processo de fotocatálise solar pela busca automatizada de luminosidade, bem como a possibilidade de monitoramento de condições operacionais como a taxa de evaporação e a temperatura de forma autônoma. |
| Abstract: | Photocatalytic reactions that use sunlight face problems throughout the day due to periodicity, affecting the yield of the reaction. The problem was solved by creating a prototype based on a model created in CAD software from which it moves radially to where there is a greater incidence of light through the interaction of LDR resistors and Arduino microcontroller sensors. Three photocatalysis experiments were carried out. In the first two trials, the treatment of 100 mL and 250 mL, respectively, of the methylene blue dye solution at a concentration of 50 mg L-1 at initial pH 7.0 was performed. In the third experiment, the solution of 50 g L-1 reactive blue 5G dye solution with initial pH 2.0 was used. In the three cases, the dosage of 1 g L-1 of the catalyst was used, with titanium dioxide being the first test and zinc oxide in the other two tests. The experimental procedure consisted of adding the catalyst to the volume of dye solution to be treated, the mixture being kept in the dark for 15 minutes, and hydrogen peroxide was added at a rate of 100 μL per 100 mL of solution. After this the reactor was exposed to sunlight under constant magnetic stirring and the concentration variation was measured by the absorbances obtained with respect to time. All the tests were carried out in the conventional photocatalytic reactor and in the solar light directing prototype, in order to compare the efficiency of the dye degradation in the two systems. The results indicated that the processes performed in the prototype allowed the establishment of equilibrium in advance, compared to the conventional system in which only a fixed magnetic stirrer is used. In addition the efficiency in the degradation of the dye using the prototype was slightly superior in all tests. For the first experiment the efficiencies were very close with 98.57% degradation for prototype and 98.55% for the fixed agitator. In experiment 2, there was slight favoring of the degradation of the dye with the experiment conducted the prototype (63, 84%), when compared to the System with fixed shaking (62.63%). For these experiments, evaporation rates and mean operating temperature were 0.035 mm min-1 and 21.45 ° C in experiment 1 and 0.05 mm min-1 and 18.59 ° C in experiment 2. For the third experiment, the efficiencies were 98.48% for the prototype and 86.39% for the fixed agitator, and the process favoring the Solar Light Steering System was observed, possibly due to the higher radiation incidence. The evaporation rate and the average temperature of the prototype in the experiment were 0.03 mm.min-1 and 21.03º C. In general, it is possible to verify the satisfactory nature of the prototype built in the efficiency improvement of the process of solar photocatalysis by the search automated lighting, as well as the possibility of monitoring operating conditions such as evaporation rate and temperature autonomously. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/11560 |
| Aparece nas coleções: | FB - Engenharia Química |
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