Com base em um modelo fenomenológico e a partir de dados experimentais obtidos numa planta piloto, foi obtida uma correlação entre o desempenho de uma torre de resfriamento em função das principais variáveis de processo: fluxos mássicos do gás e da água pela torre, e temperatura de entrada da água. Os resultados apresentaram boa consistência, comparados com os da literatura. A metodologia desenvolvida pode, com relativa facilidade, ser aplicada para torres de resfriamento industriais, pois se baseia em medidas de variáveis, factíveis em termos práticos. Efetuou-se também um estudo paralelo com base em modelagem e simulações matemáticas do comportamento de uma torre de resfriamento de água em condições severas, com temperatura da água de alimentação superior a 50°C. Constatou-se que o coeficiente de transporte de massa na torre de resfriamento aparentemente não é afetado. / Cooling towers are widely used in many industrial and utility plants and its thermal performance is of vital importance. In the present work, using a phenomenological model and by experiments carried on over a pilot installation, the mass transfer coefficient dependence of air and water flow rates and inlet cooling water temperature is determined. The approach proposed may be useful in addition for characterization of industrial cooling towers since it depends on temperature and flow rate measurement usually available in typical plants. A parallel study concerning high mass transfer rate theory is accomplished. Through mathematical modeling and simulations based on this study no influence is detected on the mass transfer coefficient in the cooling tower, operating under harsh conditions with inlet water temperature up to 90°C.

Submitted by Marilene Donadel (marilene.donadel@unioeste.br) on 2019-03-11T22:27:03Z No. of bitstreams: 1 Camila_Hinterholz_2018.pdf: 6217665 bytes, checksum: a00620aa466c15bb7a0ac5126e8c3614 (MD5) / Made available in DSpace on 2019-03-11T22:27:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Camila_Hinterholz_2018.pdf: 6217665 bytes, checksum: a00620aa466c15bb7a0ac5126e8c3614 (MD5) Previous issue date: 2018-11-13 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The objective of this study was to develop a laboratory-scale photobioreactor (PBR) capable of obtaining microalgae cultures with high cell density. For this, the cultivation of Poterioochromonas malhamensis was evaluated in a flat-plate PBR, built with a useful volume of 10 L. The microalga strain was isolated from an artificial lake from Toledo – PR. The whole study was based on the System Analysis Theory, in which the research was divided into four hierarchical levels. In the first level, the mass transfer (MT) parameters were evaluated by means of a fractionated factorial design (FFD) considering four factors: gas inlet flow (Qgas), CO2 in the inlet gas (φCO2), antifoam concentration (CAE) and salinity of the medium (φsal), whose adjustable values may represent the MT for the responses K_L a_(O_2 ),〖 K〗_L a_(CO_2 ),O_2^eq e CO_2^eq. Thus, the parameters K_L a_(O_2 ) (14.88 to 79.32 h-1) and K_L a_(CO_2 ) (0 to 125.40 h-1) were verified experimentally, as well as the equilibrium concentration variations: O_2^eq (37.33 to 99.66%) and CO_2^eq (0 to 98.33%) respectively, relative to the equilibrium values of the species dissolved in pure water. Still in the first level, the Euler-Euler model was used for the study of the fluid dynamics inside the PBR, with the software Comsol®, being evaluated three configurations: PBRA – without disperser; PBRB – with simple bubble disperser; and PBRC – with perforated disperser, whose bubble dispersion proposal ensured a higher frequency of the light-dark cycles, according to the simulations of water and bubbles flows performed in mono and multiphase systems, respectively. The influence of the bubble dispersion module on cell growth was verified experimentally with PBRA and PBRC runs, which showed a 175% increase in biomass production (15.7 g L-1) with use of PBRC. In the second hierarchical level, the tolerance of the strain to the adjustable conditions of the system was studied: Qgas, φCO2, in addition to temperature, lighting conditions, nutrient concentrations and organic carbon, using the pulse technique. Within the evaluated ranges, the results did not show inhibition of growth, but was accentuated in values above 30 °C. Also, at this level, assuming the production of 1 g L-1 biomass, M-8 and BG-11 media were optimized by linear mathematical programming, whose objective function subjected to constraints based elemental composition of the biomass. Therefore, the original and optimized media were evaluated regarding biomass production, as well as protein, carbohydrate, lipid and pigment chlorophyll-a, chlorophyll-b and carotenoids content of cells. ANOVA indicated the best medium for the production of biomass (M-8), whose optimized values were prepared in the nitrogen source evaluation cultures. In these, three inorganic sources – NH4NO3, NaNO3 and KNO3; and an organic – urea were compared, and it was verified by ANOVA that the most appropriate source for the production of biomass was urea. In the third hierarchical level, a growth model was proposed based on mass balances and the definitions of specific transformation velocity, conversion definition, CO2 and O2 dissociation reactions in water and Henry's Law. After applying the phenomenological modeling of unstructured and non-segregated models, a set of stoichiometric equations was built, which were used to evaluate kinetic models obtained from the literature, by which the influence of light, dissolved CO2 and O2, pH and temperature on cell growth. Using the results obtained at previous levels, the fourth-level study indicated that the simplified model proposed to describe the experimental data of Poterioochromonas malhamensis culture in closed PBR (cell growth, CO2 consumption in the gas phase, and variation in the pH of the medium) was adequate, whose simulations were also satisfactory for the consumption of the inorganic dissolved carbon species, as well as for the mass transfer between the phases. In this step, 32 kinetic and stoichiometric parameters were estimated in the fit of the proposed model to the experimental data, through an algorithm based on the Genetic Algorithms implemented in the software Maple®. Therefore, this study presented the use of the perforated bubble disperser module coupled to the proposed PBR, which allowed the achievement of what is characterized by ultra-high density culture, since ≈ 15 g L-1 of biomass were produced by the culture of P. malhamensis. It was also highlighted the possibility of optimizing important conditions for biomass cultivation, as well as for the design of PBRs, through the collection of experimental data, associated to appropriate statistical methodologies of evaluation and to kinetic and fluid dynamics modeling, according to the General Theory of Systems applied. / Este estudo teve por objetivo o desenvolvimento de um fotobiorreator (PBR) em escala laboratorial capaz de obter culturas de microalgas com alta densidade celular. Para isto, avaliou-se o cultivo de Poterioochromonas malhamensis em um PBR de placas planas, construído com volume útil de 10 L. A cepa desta microalga foi isolada de um lago artificial de Toledo – PR. Todo o estudo foi baseado na Teoria Geral de Sistemas em que se dividiu a pesquisa em quatro níveis hierárquicos. No primeiro nível avaliaram-se os parâmetros da transferência de massa, por meio de um planejamento fatorial fracionado (PFF) considerando-se quatro fatores: vazão de entrada de gás (Qgás), CO2 no gás de entrada (ϕCO2), concentração de antiespuma (CAE) e salinidade do meio (ϕsal), cujos valores ajustáveis podem representar a TM para as respostas K_L a_(O_2 ),〖 K〗_L a_(CO_2 ),O_2^eq e CO_2^eq. Com isso, foram verificados experimentalmente os parâmetros: K_L a_(O_2 ) (14,88 a 79,32 h-1) e K_L a_(CO_2 ) (0 a 125,40 h-1), bem como as variações de concentração das espécies dissolvidas no equilíbrio: O_2^eq (37,33 a 99,66%) e CO_2^eq (0 a 98,33%), respectivamente relativo aos valores de equilíbrio das espécies dissolvidas em água pura. Ainda no primeiro nível, o modelo de Euler-Euler foi utilizado para o estudo da fluidodinâmica dentro do PBR, por meio do software Comsol®, sendo avaliadas três configurações: PBRA – sem dispersor; PBRB – com dispersor de bolhas simples; e PBRC – com dispersor perfurado, cuja proposta de dispersão de bolhas garantiu maior frequência dos ciclos claro-escuro, de acordo com as simulações de fluxos de água e de bolhas realizadas em sistema mono e multifásico, respectivamente. A influência do módulo dispersor de bolhas sobre o crescimento celular foi verificada experimentalmente por ensaios feitos com o PBRA e o PBRC, a partir dos quais se verificou o aumento de 175% na produção de biomassa (15,7 g L-1) com a utilização do PBRC. No segundo nível hierárquico, foi estudada a tolerância da cepa frente às condições ajustáveis do sistema: Qgás, ϕCO2, CAE, além de temperatura, condições de iluminação, e concentrações de nutrientes e carbono orgânico, utilizando-se a técnica de pulsos. Dentro das faixas avaliadas, os resultados não mostraram inibição do crescimento, porém este foi acentuado em valores acima de 30°C. Também, neste nível, admitindo-se a produção de 1 g L-1 de biomassa, os meios M-8 e BG-11 foram otimizados por programação matemática linear cuja função objetivo sujeita a restrições baseadas na composição elementar da biomassa. Com isso, os meios originais e otimizados foram avaliados quanto à produção de biomassa, e ao teor de proteínas, carboidratos, lipídeos e pigmentos clorofila-a, clorofila-b e carotenoides. A ANOVA indicou o melhor meio para a produção de biomassa (M-8), cujos valores otimizados foram preparados nos cultivos de avaliação da fonte de nitrogênio. Nestes, três fontes inorgânicas – NH4NO3, NaNO3 e KNO3; e uma orgânica – ureia foram comparadas, verificando-se pela ANOVA que a fonte mais indicada para a produção de biomassa foi a ureia. No terceiro nível hierárquico, foi proposto um modelo de crescimento com base em balanços de massa e nas definições de velocidade específica de transformação, definição de conversão, reações de dissociação do CO2 e O2 em água e a Lei de Henry. Após a aplicação da modelagem fenomenológica de modelos não estruturados e não segregados, obteve-se um conjunto de equações estequiométricas, que foram utilizadas para avaliar modelos cinéticos obtidos da literatura, pelos quais se avaliaram a influência da luz, CO2 e O2 dissolvidos, pH e temperatura sobre o crescimento celular. Utilizando-se os resultados alcançados nos níveis anteriores, o estudo do quarto nível indicou que o modelo simplificado proposto para descrever os dados experimentais de cultivo de Poterioochromonas malhamensis em PBR fechado (crescimento celular, consumo de CO2 na fase gasosa, e variação no pH do meio) foi adequado, cujas simulações mostraram-se satisfatórias também para o consumo das espécies de carbono inorgânico dissolvido, bem como para a transferência de massa entre as fases. Nesta etapa, 32 parâmetros cinéticos e estequiométricos foram estimados no ajuste do modelo proposto aos dados experimentais, por meio de um algoritmo baseado nos Algoritmos Genéticos implementado no software Maple®. Portanto, o presente estudo apresentou a utilização do módulo dissipador de bolhas perfurado acoplado ao PBR proposto, o que permitiu a obtenção do que se caracteriza por cultura de densidade ultra alta, uma vez que ≈15 g L-1 de biomassa foram fornecidos pelo cultivo de P. malhamensis. Destacou-se, também, a possibilidade da otimização de condições importantes para o cultivo de biomassa, bem como para o projeto de PBRs, por meio do levantamento de dados experimentais, associado às adequadas metodologias estatísticas de avaliação e à modelagem cinética e fluidodinâmica, conforme se verificou pela Teoria Geral de Sistemas aplicada.

Embora seja uma técnica tradicional, empregada largamente em processos industriais, a operação unitária de aeração pode ser otimizada ao se utilizar modelos matemáticos que descrevam seu comportamento hidrodinâmico. Diversas equações se prestam a esse fim, no entanto, avanços tecnológicos, tanto no campo instrumental como computacional, permitiram a obtenção de equações mais realísticas e abrangentes. Neste trabalho foram ajustadas e avaliadas equações para descrever três importantes parâmetros envolvidos na transferência de oxigênio em meio hídrico: coeficiente volumétrico de transferência de massa, fração de vazios e velocidade ascensional de bolhas. Para tanto, ademais da utilização de conceitos teóricos amplamente difundidos no meio acadêmico, empregou-se um conjunto de dados já existente. Essa combinação permitiu a avaliação e aproximação das equações teóricas à realidade experimental através de coeficientes de ajuste empíricos. Foram obtidos os seguintes resultados: a) revisão bibliográfica e sugestão da correlação que melhor descreve o coeficiente volumétrico de transferência de massa; b) correlação que descreve a fração de vazios, a partir da analise da concentração de bolhas segundo distribuições gaussianas; c) correlação que descreve a velocidade ascensional de bolhas em plumas. A complexidade de cada parâmetro obtido deixou clara a importância da análise isolada, precedendo a convolução dos mesmos em um único modelo, pois embora as resposta e recomendações apresentadas não forneçam conclusões definitivas sobre todos os aspectos envolvidos na transferência de oxigênio em meio hídrico, suas considerações pontuais contribuem sobremaneira ao domínio do fenômeno global, beneficiando modelagens matemáticas futuras. / Although it is a traditional technique, widely employed in industrial processes, the unit operation of aeration can be optimized when resorting to mathematical models which describe their hydrodynamic behavior. A range of equations lends itself to this purpose, however, technological advances both in the instrumental as computational field, allowed the achievement of equations more realistic and comprehensives. In this study were adjusted and evaluated equations to describe three important parameters involved in the oxygen transfer in the hydric medium: volumetric mass transfer coefficient, void fraction and upflow bubble velocity. To this end, besides the use of theoretical concepts widely disseminated in the academic literature, it was employed a set of already existing data. This combination allowed the evaluation and approximation of theoretical equations to experimental reality by means of empirical adjustment coefficients. Were obtained the following results: a) literature review and suggestion of the best correlation which describes the volumetric mass transfer coefficient, b) correlation which describes the fraction of voids, from the analysis of the concentration of bubbles by Gaussian distributions, c) correlation which describes the upflow velocity of swarms of bubbles. The complexity of each parameter obtained made clear the importance of the isolated analysis, preceding the convolution of them in a single model because although the answers and recommendations given fail to supply definitive conclusions on all aspects involved in the transfer of oxygen in hydric medium, their specific considerations contribute to the knowledge of the global phenomenon, benefiting deeply future mathematical models.

The present work had as objective to study the hydration process of grains and its possible enhancement using the ultrasound technology. For that, it was studied the hydration kinetics of different grains (Andean lupin, Adzuki beans, sorghum grains and corn kernels) correlating the morphology with mathematical models and the mass transfer mechanisms. Moreover, the effect of the soaking water temperature and the grain initial moisture content were studied to complement the description of this process. The ultrasound application was studied for improving the hydration process, describing the possible mechanisms (direct and indirect effects) that improve the mass transfer process. Therefore, it was established the way by how water enters in the studied grains, demonstrating that the water transfer into the grains is a complex phenomenon and takes place not only due to diffusional mechanisms, but also by capillarity. In addition, suitable mathematical models were proposed and used to explain the processes, describing their parameters according to the grains morphology and the mass transfer mechanisms. Further, it was determined how ultrasound enhances the mass transfer and in which conditions the direct (inertial flow and sponge effect) and the indirect effects (micro channels formation by acoustic cavitation) take place in the process, maximizing the effect of this technology. Finally, it was demonstrated that the ultrasound technology enhanced the hydration process for corn kernels, reducing significantly the process time in approximately 35 %, without modifying the thermal, structural and rheological properties of their starch. In conclusion, the present work improved the description of the grain hydration phenomenon and proved that the ultrasound technology can be used to enhance this process without changing its main industrial component. It is highlighted that the obtained results are thus high desirable for both the industrial and academic point of view. / O presente trabalho teve como objetivo estudar o processo de hidratação de grãos e sua possível melhora usando a tecnologia do ultrassom. Estudou-se a cinética de hidratação de diferentes grãos (tremoço andino, feijão Adzuki, grãos de sorgo e grãos de milho) correlacionando a morfologia com modelos matemáticos e os mecanismos de transferência de massa. Também foi estudado o efeito da temperatura e o conteúdo de umidade inicial do grão para complementar a descrição deste processo. Estudou-se a aplicação do ultrassom no processo de hidratação descrevendo-se os possíveis mecanismos (efeito diretos e indiretos) que melhoram a transferência de massa. Como resultado, foi estabelecida a forma como a água entra nos grãos estudados, demostrando que a transferência de água dentro dos grãos é um fenômeno complexo e que acontece por difusão e capilaridade. Foram propostos e utilizados modelos matemáticos apropriados para explicar os processos, descrevendo os parâmetros de acordo com a morfologia dos grãos e os mecanismos de transferência de massa. Ainda, determinou-se como o ultrassom melhora a transferência de massa e em que condições do processo acontecem os efeitos diretos (fluxo inercial e efeito esponja) e efeitos indiretos (formação de micro canais pela cavitação acústica), maximizando o efeito dessa tecnologia. Finalmente, demonstrou-se que a tecnologia do ultrassom melhora o processo de hidratação de grãos de milho, diminuindo significativamente o tempo do processo em cerca de 35 % sem alterar as propriedades térmicas, reológicas e estruturais do seu amido. Como conclusão, o presente trabalho melhorou a descrição de como os grãos são hidratados, demonstrando que o ultrassom pode ser usado para melhorar o processo de hidratação de grãos sem alterar os seus principais produtos industriais. Ressalta-se que os resultados obtidos são desejáveis tanto do ponto de vista acadêmico quanto industrial.

<p>The thesis covers the following topics:</p> <p>1. aggregation and size effect on metal-polymer nanocomposite thermal interface materials</p> <p>2. diffusion limited cluster aggregation lattice simulation on thermal conductivty</p> <p>3. thermal interfacial resistance reduction between metal and dielectric materials by inserting an intermediate metal layer</p> <p>4. absence of coupled thermal interfaces in al2o3/ni/al2o3 sandwich structure</p> <p>5. ultra-efficient low-cost radiative cooling paints</p>

Le présent travail est consacré en premier lieu à l'investigation des limites de fonctionnement et de performances des machines frigorifiques à absorption et absorption-diffusion utilisant des mélanges d'alcanes comme fluides de travail et l'analyse en second lieu du processus d'absorption le long d'un absorbeur à film tombant en présence d'un gaz inerte. Dans le cas d'un refroidissement à l’eau les meilleures performances réalisées sont celles d'une machine utilisant le binaire C₃H₈/n-C₉H₂₀ avec un COP de l'ordre de 0.51 dans l'intervalle de la température de la chaleur motrice [110-125℃]. Une machine à absorption-diffusion utilisant ce même mélange en combinaison avec l’hydrogène permet de réaliser un COP de l'ordre de 0.44 pour une température de la chaleur motrice ne dépassant pas 120℃. Une étude approfondie est par suite menée sur l’absorption en présence d’un gaz inerte. Les résultats des l’étude ont montré entre autres que les deux résistances aux transferts de chaleur et de matière sont toutes les deux prédominantes en phase vapeur et ont révélé un taux d'absorption de l'ordre de 34% à travers une surface d'échange de 0.15m². Pour évaluer la réponse du système aux variations de ses principaux paramètres caractéristiques une étude paramétrique a été menée. Cette étude a permis d'appréhender le comportement complexe du processus d'absorption en présence d'un gaz inerte. / This work is aimed primarily to investigate the feasibility limits and the performance of absorption and absorption-diffusion cooling machines using light alkane mixture as working pairs and secondarily to analyze the absorption process along a falling film absorber in the presence of an inert gas. It is shown that in the case of water cooling the best performances are those of an absorption machine using the C₃H₈/n-C₉H₂₀ binary mixture with a COP of about 0.51 in the heat driving temperature range 110-125℃. A COP of about 0.44 is attained with an absorption-diffusion cooling machine using the same mixture in combination with hydrogen with a heat driving temperature of 120℃. A detailed study of the absorption process with the C₃H₈/n-C₉H₂₀ pair and hydrogen as inert gas is conducted. The study results show that the heat and the mass transfer resistances are both prevalent in the vapor phase. An absorption rate of about 34% through an exchange surface of 0.15m² is calculated. A parametric study is carried out to evaluate the system response to the changes of its main characteristic parameters. This study allows a better understanding of the complex behavior of the absorption process in the presence of an inert gas.

O reator anaeróbio de leito fixo tem demonstrado viabilidade para produzir hidrogênio a partir de águas residuárias. No entanto, a liberação do biogás não tem sido contínua devido à diminuição constante da carga orgânica volumétrica específica (COVe) causada pelo acúmulo de biomassa no leito ao longo do tempo. A redução da COVe junto com o envelhecimento da biomassa tem sugerido o estabelecimento de microorganismos consumidores dos constituintes do biogás (H2/CO2) responsáveis por cessar a produção de hidrogênio. Neste trabalho, cinco estratégias foram propostas visando a produção de hidrogênio por longo prazo operacional e com estabilidade, mediante a fixação da COVe, as quais incluíram a alteração da estruturação do leito, inverter o escoamento, realizar descartes periódicos de biomassa e variar a carga orgânica volumétrica aplicada (COV) por meio da variação do tempo de detenção hidráulica (TDH) e da concentração do substrato. Os resultados demonstraram que a manutenção da COVe em um valor adequado permite a produção contínua de hidrogênio. A ordenação do leito, utilizando polietileno de baixa densidade e espuma, e o escoamento descendente favoreceram a diminuição do acúmulo de biomassa e junto com os descartes de biomassa foi possível manter a COVe em um valor estável próximo de 5 g sacarose g-1 SSV d-1. A produção volumétrica de hidrogênio (PVH) foi contínua com valor médio de 0,6 L H2 L-1 d-1 e rendimento (YH2) próximo a 0,5 mol H2 mol-1 sc. Por outro lado, o escoamento ascendente e os descartes de biomassa em reator de leito empacotado e ordenado atingiram uma PVH média de 2,2 ± 0,2 e 3,13 ± 0,07 L H2 L-1 d-1 quando a COVe foi mantida em 2,6 e 4,4 g sacarose g-1 SSV d-1, respectivamente. Por último a variação da COV permitiu manter a COVe entre 3,8 e 6,2 g sacarose g-1 SSV d-1, atingindo um YH2 médio de 2 mol H2 mol-1 sc e um incremento da PHV de 2,4 a 8,9 L H2 L-1 d-1 durante 60 dias consecutivos. Ainda que com resultados satisfatórios referentes à manutenção por longo período operacional e estabilidade na produção de hidrogênio, a supersaturação deste gás no meio líquido, devido a limitações de transferência de massa, foi a principal causa de perdas de hidrogênio neste tipo de reator. / Fixed-bed, anaerobic reactor has been shown to be feasible for hydrogen production from wastewater. However, biogas release has not been continuous due to the continuous specific organic load (SOL) decrease, which in turn is caused by biomass accumulation in the bed, through the time. SOL reduction and biomass ageing have indicated the establishment of the microorganisms that consumes the biogas constituents (H2/CO2) as the main cause for ceasing hydrogen production. In this work, five strategies were proposed aiming at obtaining longterm, stable hydrogen production by using SOL maintenance, modifications of the bed structure, flow inversion, periodic biomass discards and diverse organic load rates (OLR), as a function of the hydraulic retention time (HRT) and of the substrate concentration. Results demonstrated that by maintaining the SOL at proper values, continuous hydrogen production can be accomplished. On one hand, structuring the bed by using low-density polyethylene and foam, together with a down-flow and biomass discards were shown to diminish biomass accumulation, which led to keep a stable SOL value close to 5 g sucrose g-1 VSS d-1. Volumetric hydrogen production (VHP) was continuous with an average value of 0.6 L H2 L-1 d-1 and a yield (YH2) close to 0.5 mol H2 mol-1 sc. On the other hand, up-flow with biomass discharges, when implemented structured-bed and packed-bed reactors reached average VHP values of 2.2 ± 0.2 and 3.13 ± 0.07 L H2 L-1 d-1 as SOL was maintained between 2.6 and 4.4 g sucrose g-1 VSS d-1, respectively. Eventually, SOL was kept between 3.8 e 6.2 g sucrose g-1 VSS d-1 by varying the OLR, thus reaching an average YH2 value of 2 mol H2 mol-1 sc and a VHP increase from 2.4 to 8.9 L H2 L-1 d-1, along sixty consecutive days. As a consequence of mass-transfer limitations, oversaturation of hydrogen at the liquid medium was found as the main factor that causes hydrogen losses concerning fixed-bed reactors, even though the proposed strategies did indeed demonstrate long-term and stable hydrogen production.

La digestion anaérobie par voie sèche est un procédé de valorisation des déchets organiques qui est défini par une teneur en matière sèche supérieure à 15%. Ce procédé est particulièrement adapté aux déchets ligno-cellulosiques puisqu’il ne nécessite qu’un ajout limité en eau. Cependant, la digestion anaérobie est inhibée pour des teneurs en matière sèche élevées, due à une diminution des transferts gaz-liquide au sein du milieu qui provoquerait des accumulations locales de produits inhibiteurs comme les gaz dissous. L’objectif de cette thèse est donc de comprendre le rôle des gaz dissous dans la digestion anaérobie par voie sèche à l’échelle microscopique et mésoscopique. Les principaux résultats montrent que l’hydrogène inhibe spécifiquement l’hydrolyse de la matière ligno-cellulosique à l’échelle microscopique. Cette inhibition est réversible en ajoutant du dioxyde de carbone, par consommation de l’hydrogène, avec cependant des effets rémanents inhibiteurs visibles sur la méthanogenèse et la dégradation de l’acétate. A l’échelle mésoscopique, la diminution des transferts de matière inhiberait l’hydrolyse, par l’accumulation locale d’hydrogène. De plus, un gradient de concentration d’hydrogène se met en place et serait responsable du gradient de concentration des acides gras volatils au sein du milieu. De plus, l’ajout de dioxyde de carbone à l’échelle mésoscopique avec un transfert gaz-liquide limitant augmente la concentration en acides gras volatils et baisse le pH du milieu, ce qui indique le rôle important du dioxyde de carbone dans la diminution des performances de la digestion anaérobie pour de fortes teneurs en matières sèches. / Dry anaerobic digestion is a method of organic waste treatment and conversion to bioenergy, defined by a total solid content over 15%. This process is particularly suitable for lignocellulosic residues since the quantity of water to be added for the process is rather limited. However, dry anaerobic digestion processes is inhibited for a high total solid content, due to a decrease of the gas-liquid transfer within the medium, which may cause local accumulations of inhibitory byproducts, such as dissolved gases. This thesis aims to better understand the role of dissolved gas in dry anaerobic digestion at microscopic and mesoscopic scale. It was shown that hydrogen can inhibit specifically the hydrolysis step of lignocellulosic residues at microscopic level. This inhibition was reversible after addition of carbon dioxide, with remaining inhibitory effect on the acetate degradation and methanogenesis. At mesoscopic scale, the decrease of the mass transfer inhibits the hydrolysis, by dissolved hydrogen accumulation. Moreover, a local hydrogen concentration gradient was present and seems responsible for a concentration gradient of volatile fatty acids in the medium. Moreover, adding carbon dioxide at mesoscopic scale, with a limited gas-liquid transfer, increased the volatile fatty acids concentration and decreased the pH, which showed the important role of carbon dioxide in the inhibition of anaerobic digestion under high dry matter content.

Made available in DSpace on 2016-12-23T14:04:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gabriel Hector Fontana.pdf: 3326725 bytes, checksum: 0537b69671db327278e7294ee7cfec00 (MD5) Previous issue date: 2012-12-03 / Monitoring water quality in the inner Continental Shelf (CS) has shown to be costly when conventional methods are employed. Orbital Remote Sensing appears as an alternative tool to monitoring important variables such as sea surface temperature (SST) and suspended sediment concentration (SSC). This study aims at assessing spatial distribution of SST and SSC in the continental shelf area of the Brazilian State of Espírito Santo using, respectively, Band 2 (0.569&#956;m) and Band 6 (11.435&#956;m) data from Thematic Mapper (TM) sensor on board of satellite Landsat 5. Thus, a data bank was built out of 127 images pre-processed and registered by the TM sensor. Of these 127 images, only 4 were selected for SST and SSC analyses. During image pre-processing, geometric and reflectance corrections are made. Geometric correction is carried out based on a second image orthorectified so that there is correct georeferencing. Reflectance correction is performed using an atmospheric compensation model. Through this model, sea surface reflectance is obtained. SST is estimated based on the adjustment of Brightness Temperature (BT) derived from Band 6 with data from the Multi-scale Ultra-high Resolution Sea Surface Temperature (MURSST). In case of not enough sediment field data to carry out curve adjustment, SSC calculation is performed using the empirical logarithm algorithm proposed by Tassan (1987), which uses Band 2 data. The corrected reflectance spectrum is compared to TOA reflectance spectrum. The corrected spectrum complied with the literature on natural targets analyzed: cloud, vegetation, water and water with sediments. Landsat BT adjustment with SST of MURSST showed to be significant, according to statistical F-test and to r2 = 0.87. Results of the 4 scenes for SST and SSC fields. For winter SST, a more homogeneous temperature of ~23ºC is observed, whereas the summer scene is characterized by thermal contrasts between the area closer to the coast (~21ºC) and the area further from the coast (~26ºC). Further, hotspot plumes associated to the mouths of Jucu and Doce Rivers and Espírito Santo Bay are also verified. For the SSC fields, higher-concentration plumes are observed, which are advected southeast. The highest concentrations are associated to the Doce River (over 60 mg/L). SSC values comply with the values reported in the relevant literature, i.e. close to the coastal line, in the summer scene, values of ~15mg/L were verified. On the other hand, for autumn and winter scenes, these values are about ~35mg/L. Both atmospheric correction and SSC distribution values found in this study are according to the data and studies reported in the relevant literature. Therefore, we can conclude that the method employed showed to be functional to process the data gathered in this study / O monitoramento da qualidade da água nas regiões internas à Plataforma Continental (PC) apresenta-se dispendioso quando são usados métodos convencionais. O Sensoriamento Remoto Orbital apresenta-se como uma ferramenta alternativa ao monitoramento de variáveis importantes como a Temperatura da Superfície do Mar (TSM) e a Concentração de Sedimentos em Suspensão (CSS). Este trabalho tem como objetivo avaliar a distribuição espacial da TSM e da CSS na região da PC capixaba usando, respectivamente, os dados da Banda 2 (0,569&#956;m) e da Banda 6 (11,435&#956;m) do sensor Thematic Mapper (TM) abordo do satélite Landsat 5. Sendo assim, é construído um banco de dados a partir de 127 imagens pré-processadas e registradas pelo sensor TM, e destas imagens, 4 foram selecionadas para a análise dos campos de TSM e CSS. No pré-processamento é realizada a correção geométrica e a correção da reflectância. A correção geométrica é realizada tomando como referência uma segunda imagem ortoretificada para que haja um correto georreferenciamento. A correção da reflectância é feita utilizando um modelo de compensação atmosférica, e através desse modelo é obtida a reflectância superficial da água do mar. A TSM é estimada a partir do ajuste da Temperatura de Brilho (TB) derivada da Banda 6 com os dados do produto Multi-scale Ultra-high Resolution Sea Surface Temperature (MURSST). Na falta de dados de campo de sedimento para realizar o ajuste de curva, o cálculo da CSS é feito utilizando o algoritmo logarítmico empírico proposto por Tassan (1987) que usa os dados da Banda 2. O espectro da reflectância corrigida é comparado com o espectro da reflectância TOA. O espectro corrigido mostrou-se condizente com o da literatura para os alvos naturais analisados: nuvem, vegetação, água e água com sedimento. O ajuste da TB do Landsat com a TSM do MURSST apresentou-se significante, segundo a Estatística teste F e com um r2 = 0,87. Os resultados das 4 cenas para os campos de TSM e CSS. Para a TSM de inverno observa-se uma distribuição de temperatura mais homogênea de ~23ºC, enquanto a cena de verão é caracterizada por contrates térmicos entre a região junto da costa (~21ºC) e a região mais afastada (~26ºC). Além disso, verificam-se plumas térmicas associadas às desembocaduras de rios, Jucu e Doce, e à Baía do Espírito Santo. Para os campos de CSS são observadas plumas de maior concentração sendo advectadas para sudoeste, sendo as maiores concentrações associadas ao Rio Doce, acima de 60 mg/L. Os valores de CSS apresentam-se em concordância com os valores reportados na literatura, de forma que, próximo à linha de costa, na cena de verão, são observados valores de~15mg/L. Já para cenas de outono e inverno os valores são entorno de ~35mg/L. Ambos os resultados, de correção atmosférica e de distribuição da CSS, apresentam-se em conformidade com os dados e trabalhos da literatura e portanto, concluiu-se que o método utilizado se mostrou funcional para o processamento dos dados deste trabalho

Pour répondre à un enjeu de santé publique, les entreprises de charcuterie ont fortement réduit la teneur en sel dans leurs produits cuits. Cette thèse avait pour objectif d’apporter des éléments scientifiques qui permettent de répondre à la question suivante : jusqu’où est-il possible de diminuer la teneur en sel sans affecter la qualité du jambon cuit supérieur fabriqué sans polyphosphate ? Le travail s’est intéressé au traitement thermique et à deux phénomènes clés pour la qualité du jambon cuit : l’adhésion entre les muscles, qui permet d’assurer ensuite la tenue de tranche, et le transfert de masse qui définit le rendement à la cuisson de l’opération. L’adhésion de deux pièces de viande est liée à la formation d’un limon qui gélifie lors du traitement thermique. Notre étude confirme que la présence d’une faible teneur en sel améliore significativement l’adhésion. Par contre, dès que la concentration en sel dans la viande dépasse 0,8%, l’adhésion ne varie plus dans les conditions de malaxage imposées. Les résultats ont été interprétés par le fait que l’augmentation de la teneur en sel n’était pas suffisante pour modifier l’état de liaison entre le gel et la surface de la viande, là où se situerait la rupture. L’étude sur les transferts de masse confirme que la présence de sel entraîne une diminution des pertes de poids à la cuisson. Mais, dès que du sel est ajouté, l’effet de sa concentration sur la perte de poids est négligeable. Ainsi, dans nos conditions expérimentales, il serait possible de réduire la teneur en sel dans le jambon cuit jusqu’à 0,8% sans affecter le rendement de l’opération et l’adhésion. Un modèle a été développé afin de prédire, d’une part, les pertes de poids à la cuisson de produits faiblement salés et, d’autre part, leur sécurité microbiologique à l’issue du traitement thermique. Le modèle a permis de prédire l’effet des différents scenarii de fabrication sur le rendement et la valeur pasteurisatrice. Il pourra être utilisé pour optimiser la fabrication de produits de charcuterie cuite à faible teneur en sel. / Faced to public health issues, the charcuterie industries have begun to decrease salt content of the cooked products. This phD-work aimed at bringing scientific responses to know how far the salt content can be reduced in the cooked ham made without polyphosphate. The work was focused on the thermal treatment and on two key phenomena for the cooked ham quality: adhesion between muscles, which ensures ham sliceability and mass transfer, which determines the cooking yield. Adhesion between meat pieces is related to the tumbling exudate, which forms gel during the thermal treatment. Our study confirms that a low added salt content significantly increases adhesion, comparing to no added salt. However, as soon as the salt concentration in meat is greater than 0.8%, no impact on adhesion is observed under our tumbling conditions. The results have been interpreted by the fact that the increase of salt content is not sufficient to reinforce the bindings between the gel and the meat surface, where the rupture certainly takes place. The study of mass transfer confirms that adding salt leads to a decrease in the cooking loss. But, as soon as salt is added, the effect of its concentration is negligible. Under our experimental conditions, it would thus be possible to reduce the salt content in cooked ham to 0.8% without affecting cooking yield and adhesion. A model was built to predict the cooking loss in low salted pork meat and microbial safety after the thermal treatment. This model was used to predict the cooking yield and the pasteurizing value during different scenarios issued from the industries. Model can be used to optimize the industrial production of cooked ham which has been slightly salted.