quinta-feira, 17 de junho de 2010

UNICAMP: Processo sem produtos químicos "limpa" águas residuais

Ensaios feitos por docentes e aluna dispensam uso de produtos químicos

O professor José Gilberto Dalfré Filho mostra equipamento em laboratório da FEC: simulando a ação da cavitação e a erosão em superfícies em curto espaço de tempo A deterioração progressiva e crescente da água potável provocada pela atividade industrial, pela expansão e desenvolvimento agrícola e pelo aumento do esgoto doméstico decorrente do adensamento populacional, constitui preocupação constante e é tema recorrente nas sociedades modernas. A desinfecção das águas e a eliminação de substâncias nocivas residuais tornaram-se questões de saúde pública e têm implicações na preservação dos ecossistemas.

Essa desinfecção é normalmente feita com a utilização de produtos químicos. Este fato sugere que os desenvolvimentos de processos para esse fim estejam afetos aos químicos e engenheiros químicos. Por isso, causa inicialmente estranheza que esse estudo esteja na agenda do Laboratório de Hidráulica e Mecânica dos Fluidos da Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo (FEC), da Unicamp.

Foi a desinfecção das águas residuais que efetivamente propôs o professor José Gilberto Dalfré Filho, da Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo (FEC) da Unicamp, em colaboração com a professora Ana Inés Borri Genovez em trabalho que tem também a participação da aluna de iniciação científica Maiara Pereira Assis, graduanda do curso superior de tecnologia em Saneamento Ambiental e Controle Ambiental, da Faculdade de Tecnologia da Unicamp, em Limeira.

A estranheza se desfaz com a informação de que se trata de um processo físico de desinfecção e não químico e que, portanto, não leva à formação de outros compostos tóxicos como pode ocorrer nos tratamentos com cloro, que originam organoclorados, criando mais problemas para o meio ambiente.

Para realização do trabalho, o pesquisador adaptou um equipamento tipo jato cavitante, que consome menos energia quando comparado a outros que geram cavitação. Segundo ele, os ensaios realizados em laboratório permitem concluir que o jato cavitante é adequado para a desinfecção de água e permite vislumbrar a possibilidade de sua utilização em larga escala. Embora parte dos ensaios esteja em andamento, os estudos se orientam na destruição de microorganismos e na degradação de moléculas orgânicas, a exemplo das constituintes dos corantes, descartados em efluentes industriais.

O início
O professor Dalfré valoriza o caminhar pelo seu significado e até por razões sentimentais. De início, lembra que o pai, um tio e posteriormente o irmão, também cursaram engenharia civil na Unicamp. Durante a graduação dedicou-se à iniciação científica, já sob orientação da professora Ana, quando estudou a erosão de superfícies submetidas à ação de mistura de água e sólidos. Esse tipo de erosão ocorre, por exemplo, em vertedores de barragens de concreto em que circulam as águas de rios que carreiam sólidos. Diante da constatação de que a erosão dessas superfícies era muito mais danosa quando provocada pelo fenômeno da cavitação, dedicou-se no mestrado a simular seus efeitos em laboratório.

Ainda com a mesma orientadora, continuou o trabalho no doutorado, porque muitos detalhes aguardavam esclarecimentos e parâmetros de ensaios precisavam ser devidamente calibrados. “Nesta fase ampliei os estudos e cheguei a mais detalhes sobre a natureza da cavitação, de como simular a erosão e a determinar a resistência das superfícies. A partir daí, me ocorreu a ideia de aproveitar as pressões geradas na cavitação para romper e consequentemente destruir microrganismos, como se estes recebessem uma pancada. Trata-se, portanto, de um processo puramente mecânico. Depois do pós-doutorado, mostrei a viabilidade do projeto à Fapesp, que se dispôs a financiá-lo”, explicou.

O pesquisador faz questão de enfatizar a natureza do trabalho desenvolvido, que serve de exemplo de como uma pesquisa pode levar a outra. Lembra que durante a graduação não vislumbrava a possibilidade que veio a se desvendar: “Cursando uma disciplina, sou levado à iniciação científica, que me desperta para outro processo. Durante esse novo estudo, olho mais adiante e vejo uma utilidade que vai além do que eu imaginara inicialmente e que poderia trazer ganhos para a sociedade. O processo desenvolvido permite eliminar no tratamento de águas o uso de substâncias químicas que geram produtos que podem ser nocivos ao ambiente e às pessoas”.

Jato cavitante
Dalfré conta que, durante a pós-graduação, verificou que o equipamento tipo jato cavitante poderia ser muito interessante por permitir simular a ação da cavitação e a erosão em superfícies em um tempo bastante curto, se fossem utilizadas altas velocidades de jatos líquidos e altas pressões. Ele explica que a cavitação corresponde à formação de bolhas em um líquido, a exemplo do que ocorre durante a ebulição que se inicia quando a pressão de vapor do líquido se iguala com a pressão atmosférica. A formação de cavidades ou bolhas dentro do líquido – a cavitação – verifica-se quando, à temperatura constante e por ação de um mecanismo determinado, ocorre brusca queda da pressão no interior de um líquido de forma a igualar-se à pressão de vapor.

Mas o importante no processo, para o pesquisador, é o rompimento dessas bolhas quando, mais adiante, as pressões se normalizam. Na região da implosão das bolhas, as pressões geradas são de grande magnitude, ultrapassando estimados 70 giga Pascal. Pela recorrência e intensidade do fenômeno, as implosões provocam erosão nas superfícies próximas. É o que acontece em estruturas hidráulicas. Durante o mestrado e o doutorado, ele se preocupou em verificar a resistência de diferentes superfícies à ação da cavitação. Daí surgiu a necessidade de desenvolver um equipamento que simulasse a cavitação e permitisse medir a resistência de materiais frente a essa ação.

Durante esses estudos, ele foi levado a se perguntar: por que não utilizar as altas pressões geradas na implosão das bolhas na desinfecção de águas, destruindo os microorganismos. Com base na aparelhagem, ele explica que no reservatório de desinfecção formam-se bolhas quando da queda da pressão de vapor do líquido. Com um aparelho que tem capacidade de produzir pressões de mais de mil metros de coluna d’água, a água pressurizada é impulsionada por meio de uma tubulação que na saída tem um bocal com um orifício estreito. Ao passar pelo bocal, a velocidade do líquido injetado aumenta para mais de cem metros por segundo e a pressão se reduz muito. Com o aumento da velocidade e a redução da pressão a magnitudes adequadas, surge a cavitação.

Dalfré esclarece ainda que dentro do recipiente existe uma região de altas tensões de contato, de alto cisalhamento, ou seja, de grande atrito. É aquela em que a água parada que se encontra no recipiente entra em contato com a água que sai do bocal a mais de cem metros por segundo. Nessa região de contato são formados vórtices, que são verdadeiros redemoinhos. Quando as bolhas existentes no líquido são capturadas nestes vórtices, aumentam de tamanho por causa da baixa pressão que encontram, destruindo os redemoinhos e, em seguida, implodem. É quando se verificam dois fenômenos recorrentes: geração de pressões estimadas em mais de 70 giga Pascal, suficientes para danificar quaisquer materiais, e a formação de micro jatos, com velocidades maiores do que 100 metros por segundo. “Uma bactéria que estiver nessa região de ocorrência vai ser morta, a pancadas”, diz ele, com humor.

Esse efeito pode ser utilizado para destruir bactérias e outros organismos patogênicos e degradar moléculas, que dão origem a outras menores. Maiara lembra que nas simulações estudaram a desinfecção de microorganismo utilizando bactérias Escherichia coli, por constituírem organismos mais simples que os protozoários. A professora Ana afirma que para a degradação de compostos orgânicos o estudo mostra-se muito mais complexo e exige uma abordagem multidisciplinar em que atuem químicos, biólogos, sanitaristas.

As pesquisas permitem calibrar as condições de máxima eficiência, ou seja, a definição dos parâmetros em que se consegue o menor tempo de desinfecção em termos de pressão aplicada e velocidade do jato resultante, levando em conta a contaminação por bactérias Echerichia coli. Os ensaios microbiológicos para verificar o poder do fenômeno na desinfecção estão sendo desenvolvidos com o auxílio da equipe do Laboratório de Saneamento da FEC. Na sequência serão submetidos a ensaio outros tipos de microorganismos. No trabalho com moléculas encontra-se em andamento a simulação com o azul de metileno.

Dalfré esclarece que nas pesquisas de laboratório são utilizados cerca de 40 litros de água. O emprego do processo em efluentes ou estações de tratamento de águas exigirá estudo para determinar as condições de viabilidade. Maiara destaca que, na indústria, o tratamento de resíduos é feito nas próprias etapas em que são gerados e com isso evita-se seu acúmulo no efluente final. O processo em questão pode ser utilizado tanto nas várias etapas de uma produção industrial como no descarte final. (Foto: Antonio Scarpinetti)

Fonte: Carmo Gallo Netto/Jornal da Unicamp

Unicamp: imagens de retina são analisadas automaticamente a fim de detectar problemas relacionados ao diabetes

Computação no combate à cegueira
O diabetes mellitus é uma doença metabólica que atinge 10% dos brasileiros e inflige a cerca de 8% da população afetada alguma anomalia na visão. Entre elas está a retinopatia diabética, que é a terceira maior causa de cegueira nos países em desenvolvimento. Identificar os efeitos da doença sobre a visão antes que ocorra a cegueira é o objetivo de uma pesquisa apoiada pelo Instituto Microsoft Research-FAPESP de Pesquisas em TI.

O projeto “Triagem automática de retinopatias diabéticas: tecnologia da informação contra a cegueira previsível” é coordenado por Jacques Wainer, professor do Instituto de Computação da Universidade Estadual de Campinas (IC-Unicamp).

A retinopatia diabética afeta a visão porque provoca microaneurismas nos vasos sanguíneos que alimentam a retina. “Geralmente, quando isso acontece, novos vasos são formados, só que eles são mais fracos e sujeitos a hemorragias que ocorrem no interior do olho e causam cegueira, explicou Wainer.

Em geral, os sintomas só são percebidos pelo paciente quando a doença está em estágio avançado, o que aumenta a importância do diagnóstico precoce.

A solução da equipe de pesquisadores foi criar um sistema computacional que analisasse a distância imagens obtidas por escâneres de retina. O sistema detectaria anomalias na retina a fim de fazer a triagem desses pacientes de modo que fossem encaminhados a um especialista.

“Regiões que não contam com médicos poderiam triar esses casos se contassem com um escâner de retina e um técnico para operar o equipamento. O sistema identificaria casos suspeitos, que seriam encaminhados para um oftalmologista”, afirmou Wainer.

No entanto, o projeto tem que superar um obstáculo importante: o sistema não pode apresentar resultados falso-negativos. “Se o programa não conseguir detectar uma anomalia, o paciente não chegará a ser examinado pelo médico, o que poderá trazer sérias consequências”, ressaltou.

Resultados falso-positivos não chegam a causar problemas tão sérios, porém ocupam desnecessariamente o tempo de um especialista. “Nosso objetivo é apresentar 0% de falso-negativos e o menor número possível de falso-positivos”, disse o professor da Unicamp.

Sem espaço para erros
Para complicar, o diabetes pode provocar cerca de 30 diferentes anomalias na retina e todas teriam de ser consideradas pelo programa. Uma primeira solução é utilizar um modelo matemático para cada uma das disfunções, mas isso seria extremamente trabalhoso e demorado.

Por essa razão, a equipe optou por uma solução mais abrangente, denominada de model free (“sem modelo específico”). “É como procurar uma imagem na internet: solicitamos itens específicos e o buscador mostra os resultados com aquelas características”, explicou Wainer.

No caso, o programa desenvolvido seleciona pontos-chave da imagem da retina procurando por características anômalas, como cores, deformações e tamanhos que diferem de uma retina normal.

O protótipo desenvolvido foi testado para que os pesquisadores pudessem verificar se ele conseguiria detectar todas as anomalias na retina provocadas por diabetes com a mesma acurácia dos métodos tradicionais.

O teste foi realizado com 2.381 imagens selecionadas de um banco de 8.039 fotos que já haviam sido laudadas por 11 especialistas. O sistema apresentou 95% de sensibilidade, significando que retornou apenas 5% de resultados falso-negativos.

O sistema ainda está em desenvolvimento e mais dados estão sendo acrescentados. Ele deve ser testado em 2011 em unidades de saúde da Universidade Federal de São Paulo (Unifesp), parceira do grupo da Unicamp no projeto.

A Unifesp pretende utilizá-lo no Mutirão da Catarata e do Diabetes, campanha organizada a cada dois meses pelo Instituto da Visão, unidade do Departamento de Oftalmologia da instituição.

Fonte: Fabio Reynol/Agência FAPESP

"Plástico Verde" impulsiona mercado de álcool

Resina verde estimula demanda por álcool

Os projetos de resina verde - a partir de matéria-prima renovável - estão impulsionando o mercado de álcool voltado para as indústrias químicas no Brasil. Companhias como a Solvay e a Braskem começam a usar o etanol em substituição aos derivados de petróleo para a produção do plástico verde. Na ponta fornecedora estão grupos como a Copersucar e ETH Bioenergia, controlada pela Odebrecht, que já fecharam contratos para atender essa demanda. De olho no potencial desse mercado, tradicionais empresas do setor sucroalcooleiro, como a Cosan, já planejam entrar nesse segmento, em franca expansão no país.

A expectativa é de que o mercado de álcool voltado para indústria química movimente entre 1,5 bilhão a 1,8 bilhão de litros este ano, ante cerca de 1 bilhão de litros destinados a esse segmento nos últimos anos. Para 2011, os volumes devem ultrapassar os 2 bilhões de litros, informou Antonio de Pádua Rodrigues, diretor-técnico da Unica (União das Indústrias da Cana-de-açúcar). A produção de álcool químico tem girado em torno de 1 bilhão de litros e é destinado, sobretudo, às companhias farmacêuticas, para a produção de remédios e perfumes, dentro e fora do Brasil. Agora, com os projetos de resinas verdes saindo do papel, o mercado para esse produto deverá se ampliar.

Em entrevista ao Valor, Luís Roberto Pogetti, presidente do conselho de administração da Copersucar, informou que a empresa fechou contrato para fornecer por 10 anos álcool químico para a Solvay no Brasil. Além do fornecimento do etanol para indústrias no mercado interno, a Copersucar também está intensificando as exportações desse tipo de álcool para os Estados Unidos.

A Copersucar deverá destinar 140 milhões de litros de etanol por ano para a Solvay. Na safra passada, a 2009/10, a Copersucar comercializou 100 milhões de litros para diversos clientes, dos quais 84 milhões de litros para o mercado externo.

Segundo Sergio Zini, diretor da Solvay, o projeto da companhia prevê a substituição parcial da nafta pelo etanol para a produção bioetileno para a produção de PVC verde. A empresa compra a matéria-prima da Quattor, incorporada este ano pela Braskem. O projeto deveria ter entrado em operação no ano passado, mas foi adiado por conta da crise, segundo Zini. A expectativa é de que o projeto ganhe força à medida que a demanda pelas resinas verdes cresça.

O mercado de etanol para fins industriais apresenta perspectiva de crescimento, inclusive para aplicação em embalagens plásticas, com o objetivo de valorizar o conceito de sustentabilidade, ao substituir insumo de origem fóssil por matéria-prima renovável - o etanol, afirma Pogetti. "A Copersucar vem se posicionando de forma a obter participação ainda mais relevante neste segmento, mantendo característica de vanguarda no desenvolvimento de novos mercados para o etanol."

A Braskem, maior petroquímica das Américas, começa a operar a partir do quarto trimestre deste ano sua fábrica em Triunfo (RS) dedicada à produção de resina verde. No ano passado, a companhia fechou contrato para comprar álcool da ETH. A usina vai fornecer cerca de 150 milhões de litros de etanol por ano nos próximos três anos. A petroquímica já fechou acordo com a Tetra Pak para o fornecimento de 5 mil toneladas por ano de polietileno verde de alta densidade (PEAD) a partir de 2011. Esse tipo de resina será utilizado na confecção de tampas e lacres das embalagens.

Pedro Mizutani, vice-presidente da Cosan, disse que a companhia tem interesse de fechar contratos para o fornecimento de álcool para indústria química. "Ainda estamos prospectando negócios."

Para Alexandre Strapasson, diretor de açúcar e álcool do Ministério da Agricultura, a expectativa é de que o mercado de etanol voltado para fins industriais avance. "O etileno é a base de muitas indústrias químicas, que normalmente utilizam a nafta como matéria-prima. No entanto, o etanol também pode ser facilmente convertido em etileno e, a partir daí, em vários outros produtos, especialmente plásticos com o polietileno e outros polímeros."

Esse mercado de resina verde tende a se tornar mais competitivo, sobretudo quando o preço do barril do petróleo estiver acima de US$ 80, segundo estimativas de Strapasson. "Isso (relação de custos) depende, obviamente, de caso a caso e do tipo de contrato de suprimento estabelecido entre fornecedor e comprador, considerando os riscos relativos às oscilações dos preços da nafta e do etanol", disse o diretor do ministério.

Fonte: TN Petróleo