Cette étude s’inscrit dans le projet ANR Célajoas (ComposÉs LAmellaires pour les JOints en Applications Sévères) dont l’objectif est l’étude et l’optimisation de joints d’étanchéité à base de vermiculite exfoliée compactée (VEC). Ces joints d’étanchéité doivent se substituer aux joints à base de graphites pour des applications à hautes températures (800 °C) et à pressions élevées (200 bars). Des essais de mise en œuvre ont permis de mettre en évidence différents paramètres,tels que le type de vermiculite, la pression et la température de compaction sur les performances de ces joints. Les caractérisations expérimentales ont fournis des informations sur la microstructure et les propriétés de joints à base de la VEC. Ainsi, une étude par microscopie électronique à balayage, en compléments de résultats de porosimétrie mercure ont permis d’obtenir certaines caractéristiques du réseau poral. Des caractérisations expérimentales ont fournis les principales propriétés mécaniques anisotropes (modules élastiques, reprise élastique, contrainte à rupture) ainsi que la perméabilité de la VEC et donc le taux de fuite des joints à base de la VEC. Dans un souci de compréhension et d’optimisation des propriétés de ces joints, différents outils de prévisions des propriétés macroscopiques sont proposés. Tout d’abord, un modèle de prévision de la perméabilité,qui se scinde en deux étapes :a) Tout d’abord la construction du réseau poral simplifié en utilisant les résultats des caractérisations expérimentales, b) la résolution, par la méthode des éléments finis, du problème de l’écoulement du fluide à travers le milieu poreux. Les résultats numériques sont confrontés à ceux obtenus par des approches analytiques simples (du type Carman-Kozeny). L’effet de la micromorphologie et du taux de porosité sur la perméabilité sont ensuite examinés. Pour surmonter les difficultés liées à la résolution par la méthode des éléments finis, un modèle semi analytique est ensuite proposé. L’objectif de cette approche est de fournir un outil simple (type bureau d’étude) de prévision de la perméabilité de la VEC, sans avoir recours à un logiciel d’éléments finis. Enfin, pour dimensionner un joint d’étanchéité, il est indispensable de connaître les propriétés mécaniques (modules d’élasticité…) afin de déterminer, par exemple, la pression de serrage du joint. En raison des spécificités du matériau étudié (squelette isotrope transverse, taux de porosité de l’ordre de30 %), un modèle d’homogénéisation itératif, basé sur des approches analytiques classiques, est proposé pour évaluer l’influence de certains paramètres de la micro géométrie (rapport de forme des porosités, leur orientation…) sur les propriétés élastiques de la VEC. / This study deals with the study and optimization of gaskets made from compacted exfoliated vermiculite(VEC). It is a response to the need to replace gaskets made from graphite for high temperature (800 °C) and high pressure (200 bars) applications. In this work [in the aim of providing information on the microstructure and properties of VEC gaskets] experimental characterization have been conducted. The influence of different parameters such as the type of vermiculite, pressure and temperature of compaction on the performance of these gaskets has been studied. From scanning electron microscopy and mercury porosimetry results, some characteristics of the porous network have been identified. The anisotropic mechanical properties (elastic properties, elastic recovery, tensile stress), the permeability and the leakage rate of the VEC have also been characterized. Based on experimental data, a finite element (FE) predicting model for permeability evolution has been developed. This model is divided in two steps:a) using the results of the experimental characterization, the pore network is constructed; b) the problem of fluid flow through the porous media is solved by finite element method. The numerical results have been confronted with analytical models (Carman-Kozeny). The effect of micromorphology and porosity is discussed. Due to meshing problems, a semi-analytical model is also proposed. The aim of this approach is to provide a simple tool (type design office) for predict the permeability of VEC, without have recourse to finite element software. The mechanical properties are necessary to design a gasket. Eventually, thanks to specificities of the studied material (skeleton transverse isotropic, porosity of around 30%), a model of iterative homogenization is proposed to evaluate the influence of some parameters of the micro geometry (porosities ratio, orientation ...) on the elastic properties of the VEC. This work is supported by the French research national agency (ANR) through the Célajoas project (ComposÉs LAmellaires pour les JOints en Applications Sévères).

Dans le cadre de la lutte contre l'augmentation des gaz à effet de serre et la préservation de l'environnement, l'efficacité énergétique est un enjeu majeur du XXIème siècle. Par exemple, les moteurs et actionneurs électriques sont de plus en plus nombreux dans le monde, les transformateurs de distribution affichent une efficacité énergétique de 97 à 99 %. Cependant, en raison de leur utilisation intensive, leur impact environnemental est loin d'être négligeable. De ce fait une compréhension et une détermination plus précise des pertes dans ces machines électriques permettraient d'améliorer l'efficacité énergétique des dispositifs d'électronique de puissance et des machines électriques. Ces dispositifs sont le siège de pertes dans les bobinages et dans les circuits magnétiques. L'objectif de cette thèse est de pouvoir modéliser, par des méthodes numériques de type éléments finis, les pertes dans les circuits magnétiques feuilletés des machines électriques.Cependant le laminage de ces circuits magnétiques, qui permet de réduire les courants de Foucault, induit de fortes contraintes de modélisation. En effet la nécessité de disposer d'au moins deux éléments finis dans l'épaisseur de peau pour obtenir une solution de qualité, conduit à la réalisation de maillages de taille très importante, incompatible avec les moyens de calcul disponibles aujourd'hui.L'objectif de ce travail est de développer des modèles de lois de comportement homogénéisé des matériaux magnétiques feuilletés dans le cadre de l'utilisation de la méthode des éléments finis en 2D et 3D, avec application aux machines tournantes et aux transformateurs. Ces modèles à priori permettront de prendre en compte les pertes en cours de résolution, afin d'obtenir des résultats précis sur les grandeurs locales et globales, et notamment les pertes, en fonction du temps. / Energy efficiency becomes a global major issue of XXIst century as we are dealing with greenhouse emissions. For instance electric rotating machines and actuators are globally more used than before. Distribution transformers do have 97 to 99% efficiency rate, with a non negligible environmental impact due to their intensive use. A thorough understanding and modeling of losses in those electric devices could help improving and maintaining that level of environmental impact and energy efficiency. This could be productive to many electrical devices from power electronics devices to electric machines and networks, because of losses in windings and magnetic cores. The main aim of this study is to model eddy current losses in laminated magnetic cores of electric machines by means of numerical methods such as Finite Element Methods (FEM).Laminating magnetic cores besides reducing eddy current loops, induces new modeling constraints . The necessary assignment of at least two elements in the skin depth in order to have good quality solutions, leads sometimes to unsolvable problems using actual computation solutions.The purpose will be to develop source code of homogenized behavior laws of laminated magnetic cores using 2D and 3D finite element methods, applied to transformers and electrical motors. Those a priori models consider losses in the main solving process allowing to have accurate results on local and macroscopic entities varying temporally.

As invasões biológicas são consideradas a segunda maior causa de perda de biodiversidade, pois podem causar diversos impactos ecológicos. Recentemente foi chamado à atenção um novo mecanismo pelo qual espécies invasoras podem afetar as nativas: através da interferência no nicho acústico. O mascaramento dos sinais a partir de fontes de ruídos pode afetar diretamente a fisiologia reprodutiva ou o consumo de energia. A vocalização está diretamente ligada com a seleção sexual em anfíbios, aves, insetos e muitos mamíferos, de maneira que a presença de novas fontes sonoras no ambiente pode afetar a aptidão das espécies. Uma das piores invasoras do mundo, a rã-touro Lithobates catesbeianus, nativa dos EUA, Canadá e México, está distribuída em mais de 40 países, e em pelo menos 130 municípios brasileiros. A rã-touro possui uma vocalização de amplo espectro de frequências, diferente do que é encontrado nas espécies nativas brasileiras. Seus cantos têm frequência dominante baixa, grande propagação e pouca degradação e atenuação no ambiente. A presença do canto da espécie pode causar alteração nos parâmetros dos cantos de uma espécie nativa da Mata Atlântica brasileira. Entretanto, não é sabido se outras espécies também podem ser afetadas e se a introdução da rã-touro é capaz de afetar o comportamento acústico das comunidades nativas. Neste estudo, nós avaliamos os efeitos da invasão de L. catesbeianus sobre o nicho acústico das espécies nativas, usando duas perspectivas, no nível de indivíduos e de comunidades. No Capítulo I nós avaliamos se o estímulo acústico da rã-touro pode alterar parâmetros temporais e espectrais dos cantos de espécies nativas com e sem sobreposição espectral com a espécie invasora. Nós testamos a hipótese de que espécies com sobreposição de frequências com a invasora apresentam mudanças maiores nos parâmetros de vocalização do que espécies que estejam fora desse espectro. Para isso realizamos um experimento em campo, introduzindo a vocalização da espécie em área onde não existe registro da sua ocorrência. Nós utilizamos mais dois estímulos, um ruído branco e uma vocalização de uma espécie nativa, Rhinella icterica. Todas as espécies testadas foram expostas aos três estímulos, onde comparamos com a sua atividade de vocalização espontânea. Nossos resultados mostram efeito de todos os tipos de ruídos nos cantos, mas todas as espécies responderam com mudanças maiores nos parâmetros para os dois anuros do que para o ruído. É provável que esse resultado esteja relacionado ao fato de que ambas as espécies de anuros utilizados nos experimentos tenham a frequência dominante baixa. Entretanto, os resultados reforçam que a introdução de novos sons no ambiente tem potencial de modificar os cantos. No Capítulo II, nós testamos se existe diferença na diversidade funcional acústica em ambientes com e sem a presença de L. catesbeianus em áreas invadidas da Mata Atlântica no sul do Brasil. Nós testamos a hipótese de que poças com a presença dos machos de rã-touro em atividade de vocalização e poças sem a presença dos mesmos apresentam distintos padrões de diversidade funcional acústica e composição funcional acústica mais homogênea. Para isso, nós utilizamos dados coletados em 15 pares de poças invadidas e não invadidas na Mata Atlântica no sul do Brasil e realizamos análises de diversidade e composição funcional utilizando atributos acústicos. Nossos resultados mostram que a composição funcional foi mais homogênea nas poças invadidas do que nas poças não invadidas. Nessas poças, há uma seleção de frequências, onde predominantemente as espécies com frequências dominantes mais altas vocalizam. Ou seja, as espécies que não possuem sobreposição de frequência dominante com a rã-touro. Este estudo é um dos primeiros a testar efeitos da invasão do nicho acústico sobre as comunidades nativas. Ambientes nativos podem ser vulneráveis à introdução de espécies generalistas que produzem sinais de baixa frequência e grande amplitude. Assim, a eficiência de propagação dos sinais confere à rã-touro vantagem adaptativa na comunicação e reprodução, favorecendo o processo de estabelecimento e dispersão em detrimento das espécies nativas. / Biological Invasions are considered the second leading cause of biodiversity loss, because they may cause many ecological impacts. Recently, was called attention to a new mechanism by which invasive species can affect native species: through interference in the acoustic niche. The masking of signals from noise sources can directly affect reproductive physiology or energy consumption. Vocalization is directly connected with the sexual selection in amphibians, birds, insects, and many mammals, so that the presence of new sound sources in the environment can affect the fitness of the species. One of the worst invasive species of the world, the bullfrog Lithobates catesbeianus, native from USA, Canada and Mexico, is distributed in over 40 countries around the world and, at least, 130 Brazilian municipalities. The bullfrog has a wide spectrum of frequencies vocalization, different from what is founded in Brazilian native species. Their calls have low dominant frequency, large propagation and little degradation and attenuation in the environment. The presence of the species’ call can cause changes in the parameters of the native species’ calls from Brazilian Atlantic Forest. However, it is not known if other species may also be affected and the introduction of bullfrogs can affect the acoustic behavior of the native communities. In this study, we evaluated the effects of L. catesbeianus invasion on the acoustic niche of native species, using two perspectives at the level of individuals and communities. In Chapter I we evaluate how the acoustic stimulus of bullfrogs can change temporal and spectral parameters of the native species’ calls with and without spectral overlap with invasive species. We tested the hypothesis that species with overlapping frequencies with the invading show greater change in vocalization parameters than species outside this spectrum. To make this we conducted a field experiment, introducing the vocalization of the invasion species in an area where there is no record of their occurrence. We used two stimuli, a white noise and calling of a native species, Rhinella icterica. All species tested were exposed to the three stimuli, which compared with its spontaneous vocalization activity. Our results show the effect of all kinds of noise at the calls, but all the species responded with large changes in the parameters for the two frogs than for noise. It is probable that this result is related to the fact that both species of frogs used in the experiments have low dominant frequency. However, the results reinforce the introduction of new sounds in the environment has the potential to modify the native calls. In Chapter II, we tested if exist differences in the acoustic functional diversity in environment with and without the presence of L. catesbeianus in invaded areas of the Atlantic Forest in southern Brazil. We tested the hypothesis that the ponds with presence of bullfrog males in vocalization activity and ponds without their presence have distinct patterns of acoustic functional diversity and acoustic functional composition more homogeneous. For this, we used data collected from 15 pairs of ponds invaded and not invaded by bullfrog in the Atlantic Forest in southern Brazil and realized analysis of diversity and functional composition using acoustic traits. Our results show that the functional composition was more homogeneous in ponds invaded than in ponds not invaded. In these ponds, there is a selection of frequencies, where predominantly the species that vocalize at highest frequencies are calling, that don´t have dominant frequency overlap with the bullfrog. This study is one of the first to test effects of acoustic niche invasion on native communities. Native environments may be vulnerable to the introduction of generalist species that produces low frequency and large amplitude signals. Therefore, signal propagation efficiency gives the bullfrog adaptive advantage in communication and reproduction, favoring the process of establishment and dispersion at the expense of native species.

O maior acesso ao meio urbano e ao mundo globalizado pode estar colocando em risco o modo de vida dos povos tradicionais, gerando impactos na alimentação e no sistema agroalimentar. Com o intuito de inferir as possíveis consequências do desenvolvimento e as estratégias de adaptação dos povos tradicionais às novas demandas socioeconômicas, o estudo foi conduzido nos remanescentes de quilombo Kalunga - GO e com os pescadores artesanais da ilha de Apeú Salvador - PA. Por meio de avaliações quantitativas e qualitativas este trabalho visou entender os impactos ocasionados às comunidades tradicionais devido ao aumento da urbanização, do maior acesso à economia de mercado e políticas públicas. As qualitativas foram aplicadas no sentido de caracterizar as condições socioeconômicas locais, a alimentação, a produção de autoconsumo e as formas de uso dos recursos naturais, utilizando \"recordatório alimentar 24 horas\", depoimentos da população local e observações de campo. As quantitativas foram realizadas através da análise isotópica de unhas dos entrevistados e por meio da avaliação dos fatores de influência na alimentação local. O uso de ecologia isotópica permitiu avaliar a dieta quanto à fonte de origem dos alimentos, natural ou industrial, e caracterizar a alimentação de acordo com o nível da cadeia trófica, presença de carne, peixe, dentre outros. A junção da pesquisa qualitativa com a quantitativa permitiu identificar elementos de transição agroalimentar e mudanças nas formas de uso dos recursos naturais nas comunidades mais acessíveis ao meio urbano. Em contraposição a este padrão de transformação, em algumas comunidades foi identificado um panorama de resistência do modo de vida tradicional e reorganização por meio de estímulos à produção agroextrativista local. A partir da produção do pescado em Apeú Salvador e da farinha de mandioca nos Kalunga, a manutenção do trabalho e o incentivo à autonomia local são alternativas que podem potencializar o ajuste e a adaptação às mudanças globais da modernidade. Embora alguns dos resultados remetam à mudança de hábitos agroalimentares, pondera-se que sob determinadas condições os impactos do desenvolvimento em povos tradicionais podem ser atenuados. Apesar da relativização, salienta-se que as interferências da modernidade no sistema agroalimentar em comunidades tradicionais são reais e precisam ser devidamente considerados por intervenções externas e políticas públicas. / The greater access to urban and globalized world may be endangering the livelihood of traditional people, generating impacts on food and agrofood system. Therefore, aiming to infer these possible impacts of development and adaptation strategies of traditional peoples to new socioeconomic demands, the study was conducted in the remaining slaves Kalunga - GO and artisanal fishermen of Apeú Salvador - PA island. Since, through quantitative and qualitative evaluations the objective was to understand the consequences on traditional communities due to increased urbanization, income, greater access to the market economy and public policy. Quantitative and qualitative evaluations were employed. Qualitative have been applied for characterizing the local socioeconomic conditions, food and forms of resources use, using food 24h recall, reports of local people and field observations. Quantitative evaluation was performed using isotope analysis of fingernails and interviewed by assessment of the influence factors on local food. The use of isotopic ecology allowed evaluating diet as the source of origin, natural or industrial, and characterizing food according to the level of the trophic chain, presence of meat, fish and others. Qualitative research with quantitative allowed to identify elements of agrofood transition on accessible communities. In contrast to this transformation pattern in some communities the resistance of traditional way of life and reorganization was identified through incentives for agroextractive production and other economic activities related to local culture. Based on fish production in Apeú Salvador and cassava flour in Kalunga, the encouragement of work and maintenance of local autonomy are alternatives that may enhance adaptation to global changes of modernity. Thus, although some of the results referring to the change in food habits and use of natural resources, under certain conditions the impacts of development on traditional peoples can be bypassed. Although relativization the interference of modernity on the agrofood system of traditional communities it\'s real and need to be properly considered by external interventions and public policies.

As invasões biológicas são consideradas a segunda maior causa de perda de biodiversidade, pois podem causar diversos impactos ecológicos. Recentemente foi chamado à atenção um novo mecanismo pelo qual espécies invasoras podem afetar as nativas: através da interferência no nicho acústico. O mascaramento dos sinais a partir de fontes de ruídos pode afetar diretamente a fisiologia reprodutiva ou o consumo de energia. A vocalização está diretamente ligada com a seleção sexual em anfíbios, aves, insetos e muitos mamíferos, de maneira que a presença de novas fontes sonoras no ambiente pode afetar a aptidão das espécies. Uma das piores invasoras do mundo, a rã-touro Lithobates catesbeianus, nativa dos EUA, Canadá e México, está distribuída em mais de 40 países, e em pelo menos 130 municípios brasileiros. A rã-touro possui uma vocalização de amplo espectro de frequências, diferente do que é encontrado nas espécies nativas brasileiras. Seus cantos têm frequência dominante baixa, grande propagação e pouca degradação e atenuação no ambiente. A presença do canto da espécie pode causar alteração nos parâmetros dos cantos de uma espécie nativa da Mata Atlântica brasileira. Entretanto, não é sabido se outras espécies também podem ser afetadas e se a introdução da rã-touro é capaz de afetar o comportamento acústico das comunidades nativas. Neste estudo, nós avaliamos os efeitos da invasão de L. catesbeianus sobre o nicho acústico das espécies nativas, usando duas perspectivas, no nível de indivíduos e de comunidades. No Capítulo I nós avaliamos se o estímulo acústico da rã-touro pode alterar parâmetros temporais e espectrais dos cantos de espécies nativas com e sem sobreposição espectral com a espécie invasora. Nós testamos a hipótese de que espécies com sobreposição de frequências com a invasora apresentam mudanças maiores nos parâmetros de vocalização do que espécies que estejam fora desse espectro. Para isso realizamos um experimento em campo, introduzindo a vocalização da espécie em área onde não existe registro da sua ocorrência. Nós utilizamos mais dois estímulos, um ruído branco e uma vocalização de uma espécie nativa, Rhinella icterica. Todas as espécies testadas foram expostas aos três estímulos, onde comparamos com a sua atividade de vocalização espontânea. Nossos resultados mostram efeito de todos os tipos de ruídos nos cantos, mas todas as espécies responderam com mudanças maiores nos parâmetros para os dois anuros do que para o ruído. É provável que esse resultado esteja relacionado ao fato de que ambas as espécies de anuros utilizados nos experimentos tenham a frequência dominante baixa. Entretanto, os resultados reforçam que a introdução de novos sons no ambiente tem potencial de modificar os cantos. No Capítulo II, nós testamos se existe diferença na diversidade funcional acústica em ambientes com e sem a presença de L. catesbeianus em áreas invadidas da Mata Atlântica no sul do Brasil. Nós testamos a hipótese de que poças com a presença dos machos de rã-touro em atividade de vocalização e poças sem a presença dos mesmos apresentam distintos padrões de diversidade funcional acústica e composição funcional acústica mais homogênea. Para isso, nós utilizamos dados coletados em 15 pares de poças invadidas e não invadidas na Mata Atlântica no sul do Brasil e realizamos análises de diversidade e composição funcional utilizando atributos acústicos. Nossos resultados mostram que a composição funcional foi mais homogênea nas poças invadidas do que nas poças não invadidas. Nessas poças, há uma seleção de frequências, onde predominantemente as espécies com frequências dominantes mais altas vocalizam. Ou seja, as espécies que não possuem sobreposição de frequência dominante com a rã-touro. Este estudo é um dos primeiros a testar efeitos da invasão do nicho acústico sobre as comunidades nativas. Ambientes nativos podem ser vulneráveis à introdução de espécies generalistas que produzem sinais de baixa frequência e grande amplitude. Assim, a eficiência de propagação dos sinais confere à rã-touro vantagem adaptativa na comunicação e reprodução, favorecendo o processo de estabelecimento e dispersão em detrimento das espécies nativas. / Biological Invasions are considered the second leading cause of biodiversity loss, because they may cause many ecological impacts. Recently, was called attention to a new mechanism by which invasive species can affect native species: through interference in the acoustic niche. The masking of signals from noise sources can directly affect reproductive physiology or energy consumption. Vocalization is directly connected with the sexual selection in amphibians, birds, insects, and many mammals, so that the presence of new sound sources in the environment can affect the fitness of the species. One of the worst invasive species of the world, the bullfrog Lithobates catesbeianus, native from USA, Canada and Mexico, is distributed in over 40 countries around the world and, at least, 130 Brazilian municipalities. The bullfrog has a wide spectrum of frequencies vocalization, different from what is founded in Brazilian native species. Their calls have low dominant frequency, large propagation and little degradation and attenuation in the environment. The presence of the species’ call can cause changes in the parameters of the native species’ calls from Brazilian Atlantic Forest. However, it is not known if other species may also be affected and the introduction of bullfrogs can affect the acoustic behavior of the native communities. In this study, we evaluated the effects of L. catesbeianus invasion on the acoustic niche of native species, using two perspectives at the level of individuals and communities. In Chapter I we evaluate how the acoustic stimulus of bullfrogs can change temporal and spectral parameters of the native species’ calls with and without spectral overlap with invasive species. We tested the hypothesis that species with overlapping frequencies with the invading show greater change in vocalization parameters than species outside this spectrum. To make this we conducted a field experiment, introducing the vocalization of the invasion species in an area where there is no record of their occurrence. We used two stimuli, a white noise and calling of a native species, Rhinella icterica. All species tested were exposed to the three stimuli, which compared with its spontaneous vocalization activity. Our results show the effect of all kinds of noise at the calls, but all the species responded with large changes in the parameters for the two frogs than for noise. It is probable that this result is related to the fact that both species of frogs used in the experiments have low dominant frequency. However, the results reinforce the introduction of new sounds in the environment has the potential to modify the native calls. In Chapter II, we tested if exist differences in the acoustic functional diversity in environment with and without the presence of L. catesbeianus in invaded areas of the Atlantic Forest in southern Brazil. We tested the hypothesis that the ponds with presence of bullfrog males in vocalization activity and ponds without their presence have distinct patterns of acoustic functional diversity and acoustic functional composition more homogeneous. For this, we used data collected from 15 pairs of ponds invaded and not invaded by bullfrog in the Atlantic Forest in southern Brazil and realized analysis of diversity and functional composition using acoustic traits. Our results show that the functional composition was more homogeneous in ponds invaded than in ponds not invaded. In these ponds, there is a selection of frequencies, where predominantly the species that vocalize at highest frequencies are calling, that don´t have dominant frequency overlap with the bullfrog. This study is one of the first to test effects of acoustic niche invasion on native communities. Native environments may be vulnerable to the introduction of generalist species that produces low frequency and large amplitude signals. Therefore, signal propagation efficiency gives the bullfrog adaptive advantage in communication and reproduction, favoring the process of establishment and dispersion at the expense of native species.

Orientador: Marcelo Cristianini / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-08T04:19:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pedras_MarceloMonteiro_M.pdf: 951624 bytes, checksum: 118f33f7311ebd4a32deb6f15dc8a20a (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: O tratamento de homogeneização a ultra alta pressão (HUAP) é uma tecnologia que vem sendo utilizada tanto para inibir o crescimento de microorganismos, como para alterar as propriedades físico-químicas e funcionais do leite e de sua fração proteica. O objetivo deste estudo foi avaliar algumas das principais alterações físico-químicas de leite desnatado submetido a diferentes níveis de HUAP. Além disso, avaliar solubilidade, propriedades de aeração e emulsificação de caseína e proteínas de soro isoladas de leite processado por HUAP. Leite cru desnatado foi submetido a 3 níveis de pressão de homogeneização (100 MPa, 200 MPa e 300 MPa) onde foram avaliadas as alterações físico-químicas do leite (pH, composição centesimal, estabilidade ao álcool, luminosidade, desnaturação de proteínas do soro, hidrofobicidade e viscosidade) e as propriedades funcionais da caseína e proteínas do soro (solubilidade, aeração e emulsificação). O processo apresentou boa repetibilidade e aumento de temperatura de no máximo 55°C. As medidas de pH e nitrogênio não proteico (NNP) foram as únicas variáveis que não apresentaram alteração estatisticamente significativa para nenhum dos níveis de pressão. Estabilidade a precipitação com álcool, luminosidade e hidrofobicidade apresentaram aumento a partir de 100 MPa. A desnaturação de proteínas do soro ocorreu somente a partir de 200 MPa, aumentando ainda mais com uso de 300 MPa. A única variável que apresentou alteração somente no nível de 300 MPa foi a viscosidade. A caseína e as proteínas do soro foram isoladas por acidificação a pH 4,6 e centrifugação, o sobrenadante e precipitado foram neutralizados e liofilizados. Foram avaliadas as seguintes propriedades: solubilidade, capacidade de formação de espuma, estabilidade de espuma, capacidade emulsificante e estabilidade de emulsão. A caseína não sofreu alteração de solubilidade, já as propriedades de aeração e emulsificação apresentaram melhora de performance, sendo estatisticamente significativas a partir de diferentes níveis de pressão de acordo com a propriedade avaliada. As proteínas do soro apresentaram diminuição da solubilidade nos níveis de 100 MPa e 200 MPa, as propriedades de aeração foram melhoradas em 300 MPa, e as propriedades de emulsificação não foram influenciadas. O tratamento de leite fluido por tecnologia de HUAP promove alterações significativas em propriedades funcionais de caseína e proteínas do soro. As alterações estão relacionadas à desestruturação das micelas de caseína, desnaturação de proteínas do soro, interação das micelas entre si e com as proteínas do soro, e com o aumento da hidrofobicidade e capacidade de hidratação das mesmas / Abstract: The ultra high-pressure homogenisation (UHPH) is a recent technology used to inhibit microorganisms¿ growth, as to modify the physical-chemical properties of milk and its protein fraction. The purpose of this study was to evaluate the main physical-chemical characteristics caused by different levels of high-pressure homogenisation in skim milk. Besides to evaluate solubility, foaming properties and emulsifying properties of casein and whey proteins isolated from milk processed by UHPH. Raw skimmed milk was submitted to 3 pressure levels (100 MPa, 200 MPa e 300 MPa), the processing parameters and the modifications on milk physical-chemical properties has been evaluated. The process presented good repeatability and the maximum temperature increase was 55°C. The measurements of pH and non-protein nitrogen (NPN) were the only variables that did not present any statistically significant change. Ethanol stability, lightness (L*) and hydrophobicity showed an improvement or increment from 100 MPa to 300 MPa. Whey protein denaturation occurred only from 200 MPa to 300 MPa. The only variable that presented changes only at 300 MPa was viscosity. Casein and whey proteins were isolated by acidification at pH 4.6 and centrifugation, further they were neutralized and freeze-dried. The following properties were evaluated: solubility, foaming capacity, foam stability, emulsifying capacity and emulsion stability. The freeze-dried casein did not show any modification on solubility, however all foaming and emulsifying characteristics presented improved performance, being statistically significant for different pressure levels according to each analysed property. UHPH decreased the solubility of the whey proteins obtained from milk treated at 100 MPa and 200 MPa, foaming properties increased for the freeze-dried protein obtained from milk treated at 300 MPa, and no influence were noted on the emulsifying properties. The treatment of fluid milk by UHPH was able to promote significant alterations on the functional properties of casein and whey proteins. The modifications were related to casein micelles disruption, whey proteins denaturation, interaction among the micelles and with denaturated whey proteins, and also with increase of molecular hydrophobicty and water retention / Mestrado / Mestre em Tecnologia de Alimentos

Submitted by Cláudia Bueno (claudiamoura18@gmail.com) on 2016-01-07T16:28:03Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Dannilo Carvalho Borges - 2015.pdf: 3073251 bytes, checksum: 5efdd805f96baaf801696402a7ed039b (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-01-08T11:35:34Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Dannilo Carvalho Borges - 2015.pdf: 3073251 bytes, checksum: 5efdd805f96baaf801696402a7ed039b (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-08T11:35:34Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Dannilo Carvalho Borges - 2015.pdf: 3073251 bytes, checksum: 5efdd805f96baaf801696402a7ed039b (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2015-08-19 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This work deals with a proposed numerical modeling of mechanical behavior in brittle heterogeneous materials, such as concrete. For this propose, a two-dimensional meso-scale model is presented. The material is considered as a three-phase material consisting of interface zone, matrix and inclusions – each constituent modeled by an appropriate constitutive model. The Representative Volume Element (RVE) consists of inclusions idealized as circular shapes randomly placed into the RVE. The interface zone is modeled by means of cohesive contact finite elements the inclusions are considered as linear elastic media and matrix region is considered as elastoplastic material. The main goal here is to show that simple constitutive modeling of the microstructure can be employed with a computational homogenization-based approach as an alternative to complex macroscopic constitutive models for the mechanical behavior of the heterogeneous materials using a finite element procedure within a purely kinematical multi-scale framework. A set of numerical examples, involving the microcracking and plasticity processes, is provided in order to illustrate the qualitative performance of the proposed modeling. / Este trabalho apresenta uma proposta para a modelagem numérica do comportamento mecânico da microestrutura de materiais heterogêneos e frágeis, tal como o concreto. Para este fim, apresenta-se um modelo 2D de escala mesoscópica. O material é considerado como composto por três fases consistindo de zona de interface, matriz e inclusões, onde cada constituinte é modelado adequadamente. O Elemento de Volume Representativo (EVR) consiste de inclusões idealizadas de forma circular aleatoriamente dispostas no EVR. A zona de interface é modelada por meio de elementos finitos coesivos e de contato e as inclusões são modeladas como meio elástico linear. Já a matriz é considerada como material elastoplástico. O principal objetivo é mostrar que modelos constitutivos simples empregados na microestrutura em conjunto com uma formulação baseada numa homogeneização computacional são uma alternativa aos modelos constitutivos macroscópicos complexos para o comportamento mecânico de materiais heterogêneos usando um procedimento baseado no Método dos Elementos Finitos no âmbito de uma teoria Multiescala. Uma série de exemplos envolvendo processos de microfissuração e plasticidade é apresentada de modo a ilustrar qualitativamente a performance da modelagem proposta.

A teoria de elasticidade não-linear é apropriada para a investigação de instabilidades materiais relacionadas ao amolecimento e à formação de bandas de cisalhamento. Estes fenômenos podem surgir em compósitos constituídos de fases que, isoladamente, não apresentam tais fenômenos sob as mesmas condições de carregamento. O objetivo principal desta tese de doutorado é utilizar métodos computacional e de homogeneização na investigação do comportamento de laminados bifásicos compostos de lâminas elásticas não-lineares. Em particular, utilizam-se o método dos elementos finitos (MEF) clássico e os métodos de homogeneização assintótica (MHA) e de segunda ordem tangencial para gerar resultados computacionais e analíticos que possam ser comparados entre si. Com este objetivo em mente, estuda-se primeiramente o comportamento efetivo de bilaminados compostos por distribuições periódicas de lâminas elástico-lineares, homogêneas e isotrópicas. Os bilaminados estão em equilíbrio na ausência de forças de corpo. Gera-se uma sequência de bilaminados com número crescente de lâminas e simulam-se ensaios de tração uniaxial no regime de pequenas deformações utilizando malhas de elementos finitos refinadas. Resultados destas simulações computacionais são comparados a resultados analíticos obtidos de ensaio de tração uniaxial similar de um sólido homogeneizado via MHA. Os resultados computacionais tendem aos resultados analíticos à medida que o número de lâminas na sequência de bilaminados tende ao infinito. Em seguida, investiga-se o comportamento efetivo de bilaminados compostos por distribuições periódicas de lâminas elásticas não-lineares, homogêneas, quase-incompressíveis e isotrópicas submetidos a condições de deformação impostas em seus contornos. Utilizando-se o método de homogeneização de segunda ordem tangencial, determinam-se as propriedades efetivas dos bilaminados. Estas propriedades são utilizadas na condição de Legendre-Hadamard para predizer perda de elipticidade das equações governantes. A violação desta condição está relacionada à formação de bandas de cisalhamento no compósito. Utilizando malha de elementos finitos refinada, simula-se numericamente o problema de equilíbrio de um bilaminado com número elevado de lâminas na ausência de força de corpo e sujeito a deformações impostas no contorno. Os resultados computacionais predizem perda de elipticidade para um nível de deformação próximo ao nível de deformação da perda de elipticidade predita pelo método de homogeneização. Os resultados analíticos e computacionais indicam que a perda de elipticidade é fortemente influenciada pelo contraste de heterogeneidade entre as fases e pelas condições de contorno. / The theory of nonlinear elasticity is suitable for the investigation of material instabilities related to softening and formation of shear bands. These phenomena can arise in composites consisting of phases which, taken separately, do not exhibit such phenomena under the same loading conditions. The main objective of this thesis is to use both computational and homogenization methods in the investigation of the behavior of two-phase laminates composed of nonlinear elastic laminae. In particular, we use the finite element method (FEM) and both the asymptotic homogenization method (AHM) and the tangent second-order homogenization method to generate computational and analytical results that can be compared to each other. With this goal in mind, we study first the effective behavior of bilaminates composed of periodic distributions of linearly elastic, homogeneous, and isotropic laminae. The bilaminates are in equilibrium in the absence of body forces. A sequence of bilaminates with increasing number of laminae is used to numerically simulate uniaxial tensile tests in the small strain regime using refined finite element meshes. Computational results are then compared with analytical results obtained from a similar tensile test of a solid homogenized via MHA. The computational results tend to the analytical result as the number of laminae in the sequence of bilaminates tends to infinity. Next, we investigate the effective behavior of bilaminates composed of periodic distributions of nonlinearly elastic, homogeneous, isotropic, and quasi-incompressible laminae that are subjected to deformation conditions on their boundaries. Using the tangent second-order homogenization method, the effective properties of the bilaminates are determined. These properties are used in the Legendre-Hadamard condition to predict loss of ellipticity of the governing equations. Violation of this condition is related to the formation of shear bands in the composite. Using refined finite element meshes, we simulate numerically the problem of equilibrium of a bilaminate with a high number of laminae in the absence of body force and subjected to deformation conditions on the boundary. The computational results predict loss of ellipticity at a deformation level close to the deformation level for which loss of ellipticity is predicted by the homogenization method. The computational and analytical results indicate that the loss of ellipticity is strongly influenced by both the heterogeneity contrast between the phases and the boundary conditions.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-03-03T14:15:37Z No. of bitstreams: 1 barbarademeloquintela.pdf: 17938706 bytes, checksum: 9ab0cb4d4226bdefe7051c92e73feec9 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-03-06T20:15:36Z (GMT) No. of bitstreams: 1 barbarademeloquintela.pdf: 17938706 bytes, checksum: 9ab0cb4d4226bdefe7051c92e73feec9 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-06T20:15:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 barbarademeloquintela.pdf: 17938706 bytes, checksum: 9ab0cb4d4226bdefe7051c92e73feec9 (MD5) Previous issue date: 2011-01-31 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / FAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais / A Homogeneização por Expansão Assintótica (HEA) é uma técnica multiescala empregada ao cálculo de propriedades efetivas de meios contínuos com estrutura periódica. As principais vantagens desta técnica são a redução do tamanho do problema a resolver e a possibilidade de se empregar uma propriedade homogeneizada que guarda informações da microestrutura heterogênea. Quando associada ao Método dos Elementos Finitos (MEF), a HEA demanda o emprego de malhas que permitam a imposição de condições de contorno periódicas – sendo portanto necessário especificar tal particularidade quando da geração dos modelos em MEF. Tais modelos representam as células periódicas, que são volumes representativos do meio heterogêneo e, em alguns casos, apresentam uma complexidade geométrica e física que torna imprescindível o emprego de malhas com alto grau de refinamento – levando a um custo computacional significativo. Este trabalho tem por objetivo a obtenção de um programa em Elementos Finitos para a aplicação da HEA à Elasticidade em 3D, empregando técnicas de programação paralela. Foram desenvolvidas versões do programa em 2D: uma sequencial em C e duas paralelas empregando OpenMP e CUDA. Foi implementado com sucesso o programa HEA3D em uma versão sequencial, em linguagem FORTRAN e uma paralela, empregando OpenMP. Para validação dos programas, foram analisadas células periódicas bifásicas e os resultados apresentaram boa concordância com valores experimentais e numéricos disponíveis na literatura. A versão paralela obteve expressivos ganhos de desempenho, com acelerações de desempenho de até 5.3 vezes em relação a versão sequencial. / The Asymptotic Expansion Homogenization (AEH) is a multiscale technique applied to estimate the effective properties of heterogeneous media with periodical structure. The main advantages of this technique are the reduction of the problem size to be solved and the ability to employ an homogenized property that keeps information from the heterogeneous microstructure. In association with the Finite Element Method (FEM), the AEH requires the application of periodic boundary conditions, which must be taken into account during the generation of FE meshes. Such models represent periodic cells, which are representative volumes for heterogeneous media and, in some cases, present a geometric and physics complexity that demands refined meshes, leading to a significant computational cost. The aim of this work is to develop a parallel program that applies both FEM and AEH to estimate the elasticity properties of 3D bodies. A sequential version of the 2D program using C, and parallel versions using OpenMP and CUDA were implemented. A sequential version of the program, called HEA3D, was successfully implemented using FORTRAN. Also, a parallel version of the code was implemented using OpenMP. The validation of the codes consisted of comparisons of the numerical results obtained, with numerical and experimental data available in the literature, showing good agreement. Significant speedups were obtained by the parallel version of the code, achieving speedups up to 5.3 times over its sequential version.

Orientador: Marcelo Cristianini / Texto em português e inglês / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-21T10:29:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tribst_AllineArtigianiLima_D.pdf: 1785489 bytes, checksum: 6848066190ebdb2206bd7329e40f6f35 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A homogeneização à alta pressão (HAP) é uma operação unitária capaz de alterar a conformação e, consequentemente a funcionalidade de polissacarídeos,proteínas e enzimas. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da HAP na atividade e estabilidade de cinco enzimas comerciais com aplicação na indústria de alimentos (x-amilase de Aspergillus niger, protease neutra de Bacillus subtilis, b-galactosidase de Kluyveromyces lactis, amiloglicosidase de A. niger e glicose oxidase de A. niger). Para cada enzima, a atividade foi avaliada antes e após a HAP (até 200 MPa) em diferentes temperaturas e pH. Além disso, a reversibilidade dos efeitos do processo foi determinada indiretamente através da medida de atividade da enzima após um período de repouso. Os resultados de x-amilase demonstraram que a enzima é altamente estável ao processo de HAP (em pressões de até 150 MPa), independentemente do pH e temperatura de processo e da ausência de cálcio no tampão de diluição da enzima. Os resultados da b-galactosidase, por outro lado, mostraram que a enzima é pouco estável, apresentando redução da atividade (~30%) após HAP a 150 MPa quando processadas em pH não ótimo para atividade da enzima. Os resultados obtidos para a protease neutra, amiloglicosidase e glicose oxidase indicaram que o efeito da HAP foi dependente dos parâmetros utilizados no processo (pH, temperatura e pressão de homogeneização) e das condições utilizadas na medida de atividade (pH, temperatura e tempo de estocagem). Para estas três enzimas, significativos ganhos de atividade e/ou estabilidade foram observados para pelo menos uma das condições avaliadas, sendo que os mais importantes foram: (i) redução da temperatura ótima de atividade da protease neutra de 55 para 20ºC após HAP a 200 MPa, (ii) aumento da atividade da glicose-oxidase à 75ºC após HAP a 150 MPa, (iii) aumento da atividade residual entre 100 e 400% após armazenamento refrigerado de glicose-oxidase homogeneizada em diferentes pressões, (iv) aumento da atividade de amiloglicosidase à 80ºC após a HAP a 100 MPa. A reversibilidade das alterações observadas foi inferida pela avaliação da atividade da enzima após um período de repouso, sendo as alterações determinadas como reversíveis (protease neutra, glicose-oxidase, amiloglicosidase) ou irreversíveis (protease neutra, glicose-oxidase, b-galactosidase) em função dos parâmetros de processo. O efeito de processamentos sequenciais sobre a glicose oxidase, a protease e a amiloglicosidase também foi avaliado e os resultados demonstraram que, para a maioria das condições estudadas, a atividade da enzima se manteve igual à obtida após o primeiro ciclo de homogeneização ou apresentou uma redução. Uma exceção foram os resultados da glicose oxidase homogeneizada a 150 MPa por 3 vezes, que apresentou aumento de atividade de aproximadamente 150% em relação à enzima nativa. A partir dos resultados, conclui-se que o efeito da HAP é diferente para cada enzima e que as maiores alterações ocorrem em condições de atividade não ótima e para enzimas de estruturas mais complexas, como é o caso da glicose oxidase. Os resultados obtidos apresentam aplicação direta, para modificação e melhoria do desempenho de enzimas comerciais, e preenchem uma lacuna científica importante sobre o conhecimento dos efeitos do processo de HAP em enzimas / Abstract: High pressure homogenization (HPH) is a unitary operation capable to alter the conformation and, consequently, the functionality of polyssacharides, proteins and enzymes. This work aimed to study the HPH effects on activity and stability of five commercial enzymes intensively applied in food industry (x-amylase from Aspergillus niger, b-galactosidase from Kluyveromyces lactis, neutral protease from Bacillus subtilis, amyloglucosidase from A. niger and glucose-oxidase from A. niger). The activity of each enzyme was studied before and after HPH process (up to 200 MPa) at different temperatures and pH. Moreover, the process reversibility was indirectly determined by the activity measured after a rest period under refrigeration (8ºC).The results revealed that x-amylase was highly stable to HPH up to 150 MPa,independent on the pH or temperature used in the HPH process or the presence of calcium in buffer. On the other hand, the results of b-galactosidase indicated that enzyme was partially inactivated (~ 30%) after homogenization at 150 MPa when processed at non optimum pH. The HPH effects on neutral protease, amyloglucosidase (AMG) and glucose oxidase (GO) were dependent on the process parameters (pH, temperature and homogenization conditions) and the activity measurement conditions (pH, temperature and storage time). For these enzymes, it was observed activity and/or stability improvement after some process. The main improvements were: (i) change of the optimum temperature of neutral protease from 55 to 20ºC after HPH at 200 MPa, (ii) improvement of GO activity at 75ºC after HPH at 150 MPa, (iii) enzyme activity improvement between 100 and 400% after GO refrigerated storage, (iv) improvement on amyloglucosidase activity at 80ºC after HPH at 100 MPa. The reversibility of the HPH effects was evaluated after a rest period.The reversibility was dependent on the process parameters; but, in general, neutral protease, GO and AMG were reversible, while the results of neutral protease, GO and b-galactosidase were irreversible. The effects of sequential homogenization processes (sequential passes) on GO, AMG and neutral protease were evaluated and the results showed that the enzyme activity remained equal or reduced after 2 or 3 cycles of homogenization. An exception was the result obtained for GO homogenized at 150 MPa, which showed an activity improvement of 150% after three passes. The results evaluation of this research showed that HPH effects on enzymes were different for each enzyme. The main alterations occured at non optimum condition of enzyme activity and for enzymes with complex structure as the GO. The obtained results can be directly applied for improvement of enzyme industrial production. Also, the results enriched the scientific knowledge about the HPH effects on enzymes / Doutorado / Tecnologia de Alimentos / Doutora em Tecnologia de Alimentos