Sendo assim, entende-se por atividade sustentável o uso eficiente de matéria prima, redução na produção de efluentes, uso adequado de água e utilização de uma menor quantidade de energia. Por sua vez, tem ligação direta com a emissão de gases estufa.

Continue lendo para compreender as premissas, etapas e características de um  desenvolvimento de processos químicos.

Estruturação de um processo químico

De forma geral, os processos químicos são divididos em etapas, que posteriormente são interligadas de tal sorte a formar um processo por completo. Ainda, cada uma dessas etapas possui um propósito específico. Podem ser citadas as seguintes etapas: reacionais, separação, aquecimento e resfriamento, mistura, mudança de pressão, redução ou aumento do tamanho das partículas.

Vamos conhecer um pouco melhor essas etapas?

Primeiramente, temos o estoque da matéria prima. Devida atenção deve ser tomada nessa etapa pois precisamos garantir a qualidade da matéria prima e garantir o fornecimento contínuo. Do que adianta parar um processo no meio do caminho por falta de material?

A segunda etapa visa a preparação da matéria prima antes da alimentação na etapa reacional. Nesta, ocorrem as devidas transformações para que possamos conseguir um máximo de transformação das matérias primas em produtos. Como assim?

Simples,! Temos que verificar se algum composto presente pode causar envenenamento do catalisador, sendo necessário passar por um pré tratamento.

E se sua reação ocorrer em fase gasosa e sua matéria prima estiver na fase líquida?

Qual a pressão e a quantidade de matéria prima?

Por fim, o quinto estágio trata-se da embalagem, estocagem e transporte da matéria prima até o comprador. Como devem ser feitas, depende da natureza do produto, isso quer dizer, se é sólido, líquido ou gasoso.

Sendo assim, podemos denominar essas etapas de operações unitárias.

Faz parte dessa formulação, a forma como os equipamentos estão interligados. Qual a ordem? Por onde a matéria prima sai?

Para isso, faz-se necessário uma representação gráfica deste processo durante o design de processo químico. Tema para outro artigo.

Etapas de um design de processos

Primeiramente, ao pensarmos em um desenvolvimento temos que ter como base três pilares que irão reger o todo.

Esses pilares são:

Ter um objetivo claramente definido, ter um projeto base e realizar o design propriamente dito.

Vamos destrinchar essas etapas?

Definindo objetivos

O mercado onde é pretendido comercializar um determinado produto influencia diretamente no design de processo. Um aspecto a se considerar é que os produtos químicos são divididos em classes, por exemplo: commodities, química fina e químicos funcionais.

Para tal, os projetos podem ser: para realizar um Revamp que se trata da modificação ou um Retrofit, uma modernização.

Este projeto visa tornar a planta apta para uma determinada modificação de matéria prima, reduzir custos, aumento da capacidade, estar em conformidade com as leis de segurança e ambientais.

Por outro lado, temos o projeto de novas plantas.

Definindo a base do projeto.

Neste ramo, não se faz nada do zero. Nesse ínterim, definido o produto que desejamos obter, fazemos uma coleta de dados do estado da arte, rotas de produção, custo, utilidades utilizadas, produtos e subprodutos gerados dentre outros.

Antes de mais nada, alguns fatores devem ser observados para poder estreitar o espaço amostral durante o design dos projetos, por exemplo: temos que observar seja existe alguma tecnologia registrada.  Ou seja, tem alguma patente?

Respeita os critérios de segurança? Respeita os critérios ambientais? Esse processo é amplamente difundido? Apresenta alguma dificuldade de implantação? Fácil de se implementar? Apresenta problemas operacionais? Bora responder tudo isso!

Design do processo 

O design do processo químico, propriamente dito pode ser dividido em três etapas, a saber:

A primeira etapa é a síntese do processo, isso quer dizer, a etapa de criação. Nesta etapa é definida como as operações unitárias serão interconectadas, a estratégia de controle a ser adotada e as condições operacionais do processo.

Essa etapa é documentada através de um fluxograma de processo, por exemplo: BFD, PFD e P&ID.

Atualmente, fazemos a representação gráfica de um processo químico através de recursos computacionais. O mais utilizado, tanto pela indústria quanto pela academia, é o AutoCad 2D.

A segunda etapa trata-se da análise do processo, se este, por sua vez, é exequível ou não. 

Através de modelos matemáticos, métodos computacionais é possível prever e avaliar o desempenho dos equipamentos e por fim de todo equipamento. Essa etapa, é validada através da aplicação em plantas piloto.

Em conclusão, temos a terceira etapa, que se trata da otimização. Sendo assim, dado um conjunto de possibilidades, qual a melhor solução? Ou seja, qual a melhor solução ótima?

Nessa abordagem, definimos uma função objetivo, que pode ser maximizada ou minimizada e podem ser problemas mono ou multi objetivos.

Como assim?

Problemas mono e multi objetivos

Em mono objetivos, tentamos maximizar o lucro ou reduzir os custos.

Em contrapartida, em problemas multi objetivos, quais são as condições ótimas para aumentar o lucro e reduzir a emissão de dióxido de carbono?

Esta etapa não é trivial, e possui duas metodologias:

1. Criação de uma estrutura irredutível: essa metodologia segue a lógica do anel de cebola, na qual as decisões são baseadas localmente, isso quer dizer, escolhe-se o reator, otimizando-o. Qual obteve o melhor rendimento? E assim sucessivamente. Como ponto positivo temos o controle de decisões, já a desvantagem é não ter a garantia que será a melhor decisão;
2. Criação de uma superestrutura: nesse ínterim são impostas várias possibilidades de alocação das operações unitárias, e, através de modelos matemáticos e técnicas de otimização de processos são justificados a existência ou não de um equipamento, por exemplo. Como vantagem temos o grande número de opções, já como desvantagem temos que a solução ótima só será obtida se for incluída na análise, tornando esta bastante complexa.

Em suma, 

A tarefa não é fácil!  Design de processos requer prática e muito conhecimento teórico. 

Continue acompanhando o blog da engenharia nas redes sociais! Temos muita coisa para aprender, inclusive sobre processos químicos, cargo chefe da nossa profissão.

Já temos um artigo sobre classificação de processos químicos.
Muitos outros assuntos relacionados ao tema de processos químicos serão abordados, por exemplo: Representação gráfica, análise econômica, escolha do reator, classificação de área, estratégia de controle, etc…

Fiquem ligados !

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Em dezembro de 2019, foi detectado um  novo tipo de vírus na região de Wuhan – China ao qual foi dado o nome COVID-19. Desde então, a cada dia que passa, o número de infectados e mortos vítimas do vírus vem aumentando.

Uma pesquisa feita à Organização Mundial da Saúde – OMS, o número de casos confirmados totalizam mais de 90 milhões no mundo. Diante dessa situação, diversos profissionais, tais como da Engenharia Química, vem buscando soluções de forma a auxiliar na imunização e na não propagação do vírus.

Uma visão geral da Engenharia Química.

Tendo um olhar macro, podemos perceber que a química está presente em tudo em nosso cotidiano. Sendo assim, é difícil pensar em algo que não passe por um processo químico ou tenha explicação química, desta forma, podemos assumir que a Engenharia Química esta presente dia a dia em nossas vidas.

Essa presença faz com que os profissionais desta área tenham um conhecimento vasto que englobam outras áreas da ciência definindo-a, como “Engenharia Universal”.

Essa universalidade nos permite empregar nossos conhecimentos em diferentes campos de atuação, a depender da especialização e ou interesse do engenheiro. E claro, em um olhar micro, no combate ao COVID-19.

E qual a atuação de Engenharia Química contra o COVID?

Retrocedendo ao início do ano de 2020, diversos jornais informaram que a demanda por álcool em gel aumentou de for exponencial e que os fabricantes desse produto não conseguiram conter essa demanda por falta de insumos.

Uma parte da composição do álcool em gel, mais especificamente o polímero acrílico (espessante) com a função de dar a forma gelatinosa,  é importada o que retardaria a formulação do  ,e, com a alta do dólar os preços chegaram ao consumidor de forma inflacionada.

Ao propósito de conter esse problema profissionais da Engenharia Química buscaram novas alternativas para substituir a falta do espessante.

A engenharia e as áreas de atuação

Na Indústria de Polímeros, a Engenharia Química tem seu espaço na descoberta e produção de novos polímeros para a produção de Face-shields, tubos para coleta de exames, seringas …

O impacto relacionado a insumos atingiu igualmente a Indústria Farmacêutica para a produção de substâncias como vitamina C, dipirona e paracetamol, dentre outros.

Cabe ressaltar que ainda não há um medicamento próprio para o COVID-19, sendo assim, a Engenharia Química atua na produção e descoberta de fármacos e vacinas apropriadas ao combate à pandemia, conhecendo novas rotas de síntese, estabilidade, eficácia, tempo de vida útil, efeitos colaterais que poderão advir e de que maneira aumentar a produção sem que perca sua eficácia.

Lembrem-se, as moléculas reagem por mecanismos diferentes, o que era pra ajudar pode vir a piorar dependendo da situação.

Na indústria química, temos a produção de água sanitária (solução de NaClO), atuando como desinfetante tanto em ambientes residuais quanto hospitalares bem como a  descoberta de novos reagentes para que se possa identificar de forma mais eficaz o vírus num menor espaço de tempo possível.

A tecnologia da impressora 3D foi utilizada em alguns países para produção de equipamentos no tratamento da COVID, contudo, a barreira do custo dos insumos necessário foi contornada com profissionais da Engenharia Química no desenvolvimento de novos polímeros, específicos para essa tecnologia, mais baratos.

No quesito ambiental, tivemos uma atuação desses profissionais.

Mas o que tem a ver a Engenharia Química, COVID-19 e Meio Ambiente?

A resposta é TUDO!

Sabemos que no mundo ideal nada funciona perfeitamente. Os processos químicos industriais geram subprodutos, que, em alguns casos não possui valor de mercado e necessitam ser eliminados.

Para isso, esses efluentes necessitam e devem ser encaminhados para uma Estação de Tratamento de Efluentes de forma a amenizar o impacto causado no meio ambiente.

Os processos industriais também necessitam de energia elétrica assim como na forma de calor.

Em resumo, para gerar energia em forma de calor faz-se necessário uma grande queima de combustível resultando na emissão de gases poluentes para a atmosfera. Sem contar com os processos que por si só liberam gases como subprodutos. Logo, deve ser encaminhado para uma Estação de tratamento de Gases (ETG).

Um último aspecto ambiental é na utilização de solventes cujo volume necessário é muito maior que a escala laboratorial e ou plantas piloto. Muitos destes não podem ser eliminados e necessitam de uma etapa de recuperação.

Em conclusão, agora conseguimos entender o alinhamento né? A Engenharia Química busca integrar a necessidade de suprir a demanda, no menor custo possível e que estejam dentro do aspecto da sustentabilidade.

Mas calma!

Essas atividades não são executadas exclusivamente pelos profissionais da área? Por exemplo: Farmacêuticos na produção de fármacos.

SIM … E NÃO!

O que é executado por estes profissionais é na escala laboratorial. Nem sempre o que funciona no laboratório funciona em escala industrial. As proporções estequiométricas das reações irão mudar ao se tentar fazer um Scale-up.

Ou seja, a Engenharia Química intervém de forma a auxiliar a realização desta transição de forma a suprir toda a demanda requerida pelo mercado. Não se esquecendo dos sistemas de gestão integrada: Qualidade, Segurança e Meio Ambiente.

Veja aqui um artigo sobre latinha inteligentes que gelam em 90 segundos!

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Conversamos com a assessoria de imprensa de uma das maiores fabricantes de software para engenharia do mundo, a Dassault Systèmes, empresa 3DEXPERIENCE, muito conhecida por dois de seus softwares: SOLIDWORKS e CATIA. Segundo a empresa, as iniciativas seguem a nova direção estratégica que foi anunciada recentemente pela empresa: “From Things to Life”, traduzindo para o português: “Das coisas para a vida”.

Pra quem não sabe, a plataforma 3DEXPERIENCE possibilita o trabalho remoto e contínuo em qualquer lugar que você esteja, através de sua plataforma colaborativa 3D em nuvem, que substitui completamente a era mais antiga e lenta, que era baseada em documentação.

Presença nos setores industrial, aeroespacial e de saúde

Ainda em 2019, a Dassault Systèmes anunciou a compra multibilionária da empresa Medidata, fundada em 1999 nos Estados Unidos, a qual, mesmo sem saber da pandemia que iríamos enfrentar nos meses seguintes, acabou dando bastante força para o desenvolvimento e também comercialização mais inteligente de tratamentos, colocando ainda a Dassault Systèmes em posição de total liderança na transformação digital das ciências da vida, em uma era de medicina personalizada e de experiência centrada no paciente, através de uma oferta totalmente abrangente e que reflete uma profunda compreensão dos cuidados com a saúde, as suas necessidades de mercado e também o seu ecossistema.

Não preciso nem comentar que as soluções Medidata foram incluídas na plataforma 3DEXPERIENCE, e com isso, as empresas que trabalham com ciências da vida podem acelerar (e muito!) o seu desempenho industrial, otimizando os ensaios clínicos, eficiência do projeto e também do desenvolvimento de medicamentos. Além disso tudo, podem ser criados tratamentos personalizados aos clientes, que trazem benefícios intangíveis aos pacientes. Com base em forças históricas e aproveitando ainda mais os dados do mundo real, a Dassault Systèmes é capaz de fechar o ciclo e permitir que todos os envolvidos na inovação e comercialização – o laboratório de pesquisa, o local dos ensaios clínicos, a fábrica e o paciente – colaborem, enriquecendo todo o ecossistema com tomada de decisão orientada por dados e capitalização contínua do conhecimento.

Dassault Systèmes no combate à pandemia do coronavírus

Pra deixar mais claro na sua cabeça, trago aqui um exemplo de como as tecnologias que comentei acima, podem ser utilizadas no auxílio do combate à pandemia do coronavírus

• O software de simulação SIMULIA XFlow foi doado pela Dassault Systèmes e está sendo usado no maior hospital modular da China, construído em 14 dias para combater o COVID-19.
• O software simula e avalia a dispersão do vírus no sistema de ventilação do Hospital Leishenshan em Wuhan (China), neutralizando assim os efeitos negativos de riscos não planejados dessa ventilação.
• A abordagem de plataforma colaborativa 3D baseada em nuvem substitui uma abordagem mais antiga e lenta, baseada em documentos
• A tecnologia aliada ao combate ao COVID-19 é aplicada com o objetivo de retomar as operações sociais e econômicas o mais rápido possível.
• Resumindo: o software ajuda a simular e prever com que o vírus não se espalhe por todo o hospital através do sistema de ventilação.

Restauração de empresas pós pandemia:

Além de atuar diretamente no apoio a ações de combate à pandemia do coronavírus, a Dassault Systèmes também está comprometida em ajudar na restauração e desenvolvimento das empresas após a pandemia, com o uso de inovação e tecnologias avançadas.

É por isso que eu sempre comento lá nas nossas redes sociais que a engenharia está presente em tudo, principalmente na área de desenvolvimento de tecnologias para a saúde.

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Começando por um equipamento inventando por Arquimedes A.C.: Rosca Arquimedeana (também conhecida como Rosca Transportadora). Desde então, quando necessário o transporte de água de um rio para um nível mais alto, para irrigação ou abastecimento de alguma edificação, o método mais rápido e prático era através da ferramenta citada anteriormente.

Rosca arquimedeana para levar água para outros níveis

A rosca arquimedeana é basicamente um “parafuso” grande rodando dentro de um tubo, transportando a água para cima. A maneira para dar certo é aumentar a rotação da rosca, sendo ela mais rápida do que a velocidade da água voltando, escoando pelas paredes do tubo. Um bom vídeo explicativo, mostrando um sujeito girando uma rosca arquimedeana para levar água de um rio prá um sistema de irrigação, você pode ver clicando aqui. Um outro vídeo, muito bem sacado, faz uma rosca arquimedeana com uma concha circular aqui. Se você quiser brincar um pouco com seu filho, este site mostra como fazer uma rosca arquimedeana para levar cereais matinais para o prato com uma garrafa PET. Se cereais podem ser transportados, outros sólidos também. Ovos, ração animal e polímeros são carregados por uma rosca arquimedeana durante a sua elaboração.

Animação de uma rosca arquimedeana em funcionamento

A maioria dos materiais poliméricos que usamos passaram em algum momento por um processo que usa a rosca arquimedeana: a extrusão! Extrusão significa, em tradução livre, empurrar para fora (trudere = empurrar e ex = fora), e consiste de uma rosca arquimedeana que empurra o material polimérico para dentro de um tubo aquecido que termina em um orifício chamado matriz, como na figura abaixo.

Representação de uma extrusora, mostrando a entrada de polímeros à esquerda, uma rosca arquimedeana no meio e a saída (matriz) à direita.

Para fazer os saquinhos plásticos, a saída da extrusora tem um orifício diferente, um anel, por onde sai o polímero fundido, que logo que sai é submetido a uma tremenda sacada: ele é soprado por dentro desse anel (olhe o detalhe duas figuras para baixo), expande e começa a formar um tubo que depois vai virar saquinho plástico. Na figura abaixo vai uma representação do conjunto todo.

Processo de extrusão com sopro para formar filmes para sacolinhas plásticas.

E abaixo um close da saída do material polimérico fundido (chamado matriz) para formar um balão com o ar soprado bem no meio da saída.

Close da saída do material polimérico fundido para formar o balão que acaba como saquinho plástico.

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