Protótipo de reator batelada com ambiente controlado para o desenvolvimento de biopolímeros

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2018
Autor(a) principal: Yoshida, Daniela Moura, 1978-
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: [s.n.]
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Polímeros
Biopolímeros
Reatores
Engenharia tecidual
Polymers
Biopolymers
Reactors
Tissue engineering
Link de acesso: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1758
Resumo: Orientador: Cecília Amélia de Carvalho Zavaglia
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spelling Protótipo de reator batelada com ambiente controlado para o desenvolvimento de biopolímerosBatch reactor prototype with controlled environment for biopolymers developmentPolímerosBiopolímerosReatoresEngenharia tecidualPolymersBiopolymersReactorsTissue engineeringOrientador: Cecília Amélia de Carvalho ZavagliaDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecânicaResumo: Os polímeros são formados pela união de um grande número de monômeros gerados por reações denominadas polimerizações e têm importância significativa em diversas aplicações. Neste aspecto, atualmente, um importante segmento é o da Engenharia Tecidual associada ao uso de polímeros naturais para a produção, por exemplo, de estruturas utilizadas para estimular o desenvolvimento celular e a regeneração de tecidos do corpo humano. Na prática industrial, as reações de polimerização são conduzidas em reatores com tanque constantemente agitados com diferentes misturas, com controle de tempo, temperatura e pressão. No entanto, reatores industriais são inadequados para o estudo e desenvolvimento de novos materiais poliméricos, uma vez que, diferentes combinações de materiais e parâmetros necessitam ser controlados, de forma precisa, em uma condição modular e em pequena escala. Estes aspectos são de fundamental importância para a geração de produtos inovadores e estão diretamente relacionados com a melhoria de qualidade de vida e redução de custos. Neste trabalho foi desenvolvido e fabricado o protótipo de um novo reator batelada, modular, de pequena escala, automatizado, com sistema operacional simples, considerando volumes pré-determinados de componentes em um ambiente controlado. O reator foi projetado para uma capacidade de 1000 ml e volume de trabalho de 700 ml, podendo associar 03 subprodutos, em condições controladas, no vaso do reator. O protótipo do reator batelada foi desenvolvido em aço inox AISI 304 e liga de alumínio. O vaso do reator possui dimensões de 100 x 150 x 4 mm. A estrutura do vaso do reator, o sistema de agitação e a base foram analisados utilizando modelagem por elementos finitos e mostraram, em condições operacionais, resistência mecânica adequada para suportar as solicitações impostas. O sistema de agitação é composto por três partes desmontáveis onde é possível inserir os componentes, eixo do motor, sensores e pás. A plataforma da base de sustentação do reator possui dimensões 100 x 605 mm e utilizam bombas peristálticas microcontrolados, resistência elétrica tubular com controle digital, agitação mecânica acionada por sistema eletromecânico, placa de aquisição de dados, leitura de sinais analógicos com saída em sinais digitais e módulos eletrônicos de potência para acionamentos dos dispositivos eletromecânicos. Os frascos dos reagentes suportam temperaturas de -18°C até 600°C e são associados a três bombas peristálticas com motor de corrente continua DC acionados por transistor bipolar e sinal digital controlado por software supervisório, SCADA (Supervisory Control and Acquisition Data System) que possibilita o controle do tempo de trabalho de cada motor. As pás são interligadas a um motor de passo eletromecânico bipolar acionado por drive de controle e sinal digital enviado pelo microcontrolador controlado pelo software supervisório SCADA. Utiliza bombas de pistão com diafragma com motor elétrico acionado por sinal digital também controlada pelo software supervisório. O aquecimento é feito pela resistência elétrica com revestimento de cerâmica acionada por meio de sinal PWM. Um sensor de temperatura tipo K, com conversor analógico digital, é utilizado para o monitoramento da temperatura de trabalho sendo acionado por comunicação com o PIC e controlado pelo software supervisório. O caráter inovador deste novo reator tipo batelada é baseado em um sistema operacional com tecnologias direcionadas para a supervisão, controle, monitoramento e aquisição de dados. Através deste sistema é possível modificar os processos de polimerização, reduzir os tempos de reprodução das amostras. O protótipo foi fabricado e foram realizadas calibrações iniciais dos diversos sensoresAbstract: The polymers formed by monomers union created through chemical reactions called polymerizations in several applications have significant importance. In this aspect, currently an important segment is the Tissue Engineering Area associated to the use of natural polymers for the cells structures production, for example, used to stimulate cellular development and human body tissues regeneration. Polymerization reactions at industries in constantly stirred tank reactors with different mixtures, with time, temperature and pressure control are conducted. Study and development of new polymeric materials are unsuitable like industrial reactors due to different materials and parameters combinations that need to be accurately controlled in a modular and small scale condition. Therefore, the innovative products generation to the improvement of quality of life and costs reduction are directly related. A batch reactor prototype characterized to small scale, automated, modular, simple operating system and manufactured considering pre-determined volumes of components in a controlled environment was developed. The reactor to 1000 ml capacity and 700 ml workload able to associate 03 by-products under controlled conditions in the reactor recipient are designed. The batch reactor prototype was developed in AISI 304 stainless steel and aluminum alloy. The reactor vessel has dimensions of 100 x 150 x 4 mm. The reactor vessel structure, the agitation system and the base were analyzed using finite element modeling and under operational conditions showed mechanical resistance to withstand the imposed demands. The agitation system uses three removable parts being able to insert the components, motor shaft, sensors and blades. The reactor support base has 100 x 605 mm dimensions and use controlled peristaltic pumps, tubular electrical resistance and digital control, mechanical agitation driven by electromechanical system, data acquisition board, reading of analog signals with output in digital signals and electronic power modules for drives of electromechanical devices. The reagent flasks withstand temperatures of -18 ° C to 600 ° C and are associated with three DC-powered peristaltic pumps powered by bipolar transistors and digital signal controlled by supervisory software, SCADA (Supervisory 11 Control and Acquisition Data System) that allows the working time of each motor. The blades are interconnected to a bipolar electromechanical step motor driven by control drive and digital signal sent by the microcontroller controlled by the SCADA supervisory software. It uses piston pumps with diaphragm and electric motor driven by digital signal also controlled by supervisory software. The heating is done by electric resistance with ceramic coating driven by means of PWM signal. A K-type temperature sensor with analogue digital converter is used for the temperature monitoring being triggered by communication with the PIC and controlled by the supervisory software. The innovative character for the batch reactor works to an operating system with technologies directed to the supervision, control, monitoring and acquisition of data is based on being possible to modify the polymerization processes and reduce the specimen time. The prototype was fabricated and initial calibrations of the various sensors were carried outMestradoMateriais e Processos de FabricaçãoMestra em Engenharia MecânicaCAPES88887.091032/2014-01[s.n.]Zavaglia, Cecília Amélia de Carvalho, 1954-Munhoz, André Luiz JardiniDias, Carmen Gilda Barroso TavaresUniversidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia MecânicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASYoshida, Daniela Moura, 1978-20182018-01-31T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online (151 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1758YOSHIDA, Daniela Moura. Protótipo de reator batelada com ambiente controlado para o desenvolvimento de biopolímeros. 2018. 1 recurso online (151 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1758. Acesso em: 26 abr. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1234015Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDFporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2021-12-06T11:04:50Zoai::1234015Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2021-12-06T11:04:50Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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