Orientador: Eugenio José Zoqui / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-19T17:22:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Peres_Gustavo_M.pdf: 111652951 bytes, checksum: c9dbda5e8dc0115d433971c0cb37b4c1 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O presente projeto avaliou a tixoconformabilidade de ligas a base de Al-Si-Zn, tendo em vista sua aplicação em escala industrial no que tange a processos de tixoconformação, ou seja, processos que envolvam sua conformação no estado semi-sólido. Para tal objetivo as ligas foram preparas e produzidas em laboratório, fixando-se sua composição química em 5% (em massa) de zinco e variando-se a massa de silício em 3%, 4%, 5% e 6%. Para a produção desse material foi utilizada matriz apresentando agitação eletromagnética em seu interior, visando à agitação da matéria-prima desde seu estado fundido até sua solidificação. Após a produção das matérias primas, estas foram reaquecidas a temperatura semi-sólida utilizando-se como base dois valores, 45% e 60% de fração sólida e estabilizadas a essas temperaturas durante tempos de 0, 30, 90 e 210 segundos. Após o reaquecimento parte da amostras foram resfriadas rapidamente em água para "congelamento" da microestrutura e posterior análise metalográfica, já outra parte das amostras foram submetidas a ensaios de compressão a quente para avaliação de sua viscosidade. Como resultado final observou-se que as ligas apresentaram pouca variação de propriedades, seja tamanho de grão ou viscosidade, para todas as condições estudadas porém, a liga Al-5wt%Si- 5wt%Zn (45% de fração sólida, 30 à 90 segundos de globularização) apresentou uma viscosidade um pouco mais baixa em comparação com as demais condições analisadas, sendo a liga com maior potencial de aplicação em processos de tixoconformação em larga escala. Além disso, a baixa variação de viscosidade observada entre as diversas configurações estudadas é outro ponto de favorecimento a aplicação dessas ligas em reofundição, dada a baixa necessidade de controle preciso de parâmetros como temperatura de fração sólida ou tempo de globularização para conformação, o que é desejável em processos industriais / Abstract: The present project evaluated the thixoformability of Al-Si-Zn alloys, in order to verify their industrial application range in process of thixoforming, it means, processes that use forming at semi-solid state. To achieve this goal the alloys were prepared and produced in laboratory, fixing their chemical composition in 5% (in mass) of zinc and varying the mass of silicon in 3%, 4%, 5% and 6%. To produce the feedstocks was used matrix presenting electromagnetic stirring to provide the best microstructure to the slurries. After having the castings produced, they were re-heated to semi-solid condition, based on two temperatures, 45% and 60% of solid-fraction of the material, then they were stabilized at such temperatures during times of 0, 30, 90 and 210 seconds. After being re-heated, part of the castings were quenched in water for "freezing" of their microstructure and posterior metallographic analysis, moreover the remaining castings were submitted to hot compress tests to evaluate their viscosity as well. As final result could be observed that all alloys presented a low variation of properties (grain size, viscosity etc), for all the conditions analyzed however, the Al-5wt%Si-5wt%Zn alloy (45% of solid-fraction, 30 to 90 seconds of globularization) presented the lowest viscosity in comparison with the other conditions studied, so this alloy is the one that presents the biggest potential to be applied in thixoforming processes in wide scale. Furthermore, the low level of viscosity variation noticed all over the conditions analyzed is another relevant factor that put these alloys in a good level concerning rheocasting, due to the non-necessity of a rigid control of parameters like solidfraction temperature or globularization time, which is desirable at industrial processes / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Eugênio José Zoqui / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-20T00:04:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Naldi_MarcosAntonio_M.pdf: 15438226 bytes, checksum: ccd17a2befec608057948a418e6317b5 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: A tecnologia de semi-sólidos normalmente utiliza ligas de alumínio de baixo silício, como AA356 (Al-7,0wt%Si) como matéria-prima. Ligas contendo alto teor de silício com uma composição quasi-eutética diminuem a faixa semi-sólida, tornando difícil controlar a temperatura de tixoconformação. Entretanto, ligas de alumínio com alto teor de silício apresentam excelentes propriedades mecânicas. Este trabalho tem por objetivo avaliar a tixoconformabilidade da liga Al-9,5wt%Si- 2,5wt%Cu (AA332) abrangendo as etapas de caracterização em termos de micro e macroestrutura, caracterização do comportamento viscoso até o processo de tixoforjamento em prensa do tipo excêntrica em matriz do tipo aberta. Através das simulações do software Thermo-Calc e técnicas experimentais de DSC a temperatura de transição de sólido para líquido foi mapeada a fim de obter o melhor comportamento semi-sólido e, conseqüentemente, a melhor temperatura de tixoconformação. Amostras de 20 mm de diâmetro por 15 mm de altura foram aquecidas foram aquecidas a três temperaturas, 562oC, 567oC e 572oC, pra se obter cerca de 30%, 45% e 60% da fração sólida por tempos de permanência de 0s, 30s, 90s e 210s. A evolução morfológica e o comportamento semi-sólido das amostras para estas temperaturas foram determinados através do teste de compressão a quente. A despeito das temperaturas e tempos usados a estrutura se mostrou bastante estável sendo que o melhor comportamento semi-sólido ocorreu à temperatura de 572º C, com uma viscosidade aparente de até 1.5E+5 Pa.s / Abstract: The thixoforming technology typically uses semi-solid aluminium alloys low silicon, as the AA356 (Al-7wt%Si-0.5wt%Mg) as raw material. Alloys with high content of silicon, with a quasi-eutectic composition decreases semi-solid range, making it difficult to control the thixoforming temperature. However, aluminium alloys with high silicon content present excellent mechanical properties. The goal of this work was to evaluate the thixoformability of Al-9,5wt%Si- 2,5wt%Cu(AA332) alloys, including the following stages process: characterization in terms of microstructure and macrostructures; characterization of the viscous behavior; and the tixoforging process in an eccentric press using a matrix-type open. Simulations using Thermo-Calc software and DSC experimental technique were used to map the transition temperature from solid to liquid to obtain the best semi-solid behaviour and, consequently, the best thixoforming temperature. Samples 20mm diameter, 15mm height were heated were heated at three distinct temperatures, 562oC, 567oC and 572oC, to obtain circa 30, 45 and 60% of solid fraction for soaking times of 0s, 30s, 90s and 210s. The morphological evolution and the behaviour of the semi-solid samples at these temperatures were determined by the hot compression test. Despite the different temperatures and times used, the structure proved to be quite stable and the best semi-solid behaviour occurred at a temperature of 572°C with an apparent viscosity of up to 1.5E+5 Pa.s / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores: Theo Guenter Kieckbusch, Mariana Altenhofen da Silva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campínas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-21T16:22:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vaz_JulianaMiguel_M.pdf: 25278318 bytes, checksum: 2af6f4b99f503d19043c081e804f17b7 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Alginatos são polissacarídeos compostos pela co-polimerização de unidades de beta-D-manuronato (M) e alfa-L-guluronato (G), arranjados em bloco homopoliméricos (poli-M ou poli-G) ou blocos em sequencia alternada, capazes de formar filmes resistentes quando reticulados com cálcio. ...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: Alginates are linear copolymers of (1,4)-linked beta-D-mannuronate (M) and alfa-L-guluronate (G) units, arranged as homopolymeric blocks (poly-M and poly-G) and blocks with alternating sequence....Note: The complete abstract is available with the full electronic document / Mestrado / Engenharia de Processos / Mestra em Engenharia Química

Orientador : Rosiane Lopes da Cunha / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-03T02:33:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Takeuchi_KatiuchiaPereira_M.pdf: 1779769 bytes, checksum: 68792b5cd7f6aee9eaab0bdb1c4181d4 (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: Neste trabalho, as interações entre as proteínas do leite-carragena-sacarose em meio aquoso foram estudadas em sistemas mantidos em pH 6,7 e submetidos a tratamento térmico de 70ºC por 30 minutos. Estas interações foram estudadas através da avaliação do comportamento reológico em cisalhamento sob regime oscilatório da mistura dos biopolímeros e sacarose, durante e após a gelificação. As propriedades mecânicas dos produtos gelificados foram analisadas em ensaios a altas deformações sob compressão uniaxial, possibilitando um estudo das características de rigidez e elasticidade dos géis formados. As propriedades reológicas foram fortemente influenciadas pela carragena, que mostrou interação com as proteínas do leite e favoreceu a característica elástica dos sistemas. O isolado protéico de soro (IPS) promoveu o fortalecimento da rede, enquanto que o caseinato de sódio pareceu diminuir a rigidez da rede do gel, pois beneficiou a característica viscosa dos sistemas. A sacarose favoreceu a interação do IPS com a carragena levando à formação de uma rede mais interconectada, portanto mais elástica e resistente à ruptura. As interações entre as proteínas do leite-carragena-sacarose também foram avaliadas através da medida do estado da água nestes sistemas por meio de calorimetria diferencial de varredura, com a determinação da fração de água livre e não-congelável e a temperatura de início de fusão. A quantidade de água não-congelável e a temperatura de início de fusão foram fortemente influenciadas pela sacarose, provavelmente pelo favorecimento de interações entre as proteínas e destas com a água. O tratamento térmico (70ºC por 30 min) permitiu a interação das proteínas do soro com as frações hidrofílicas da caseína e sua interação com a carragena. As interações que ocorreram entre as proteínas do leite após o tratamento térmico, relacionadas à agregação intermolecular ou intramolecular, foram analisadas através de eletroforese de gel de poliacrilamida. Essa análise permitiu verificar que as concentrações das proteínas presentes no sistema influenciam na quantidade das unidades livres em solução, possibilitando a interação delas com os outros componentes do sistema, como a água e a carragena / Abstract: Interactions among milk proteins-carrageenan-sucrose in aqueous medium were studied in systems at pH 6.7 and submitted to thermal treatment at 70ºC for 30 min. These interactions were studied by evaluation of rheological behavior under oscillatory and steady shear of biopolymers mixture and sucrose during and after gelation. The mechanical properties of gelified products were determined in studies under uniaxial compression at high deformations, allowing a study of the characteristics of rigidity and elasticity of formed gels. The rheological properties were strongly influenced by carrageenan, wich showed interactions with milk proteins and favored the elasticity characteristic of the systems. Whey protein isolate (WPI) favored the formation of a more strength network, while sodium caseinate seemed decrease the rigidity of the gel network, since improved the viscous characteristic of the systems. Sucrose enhanced the interaction between WPI and carrageenan causing the formation of a more elastic network and resistant to the rupture. The interactions among milk proteins-carrageenan-sucrose were evaluated by quantification of state of water in these systems using a differential scanning calorimetry, with determination of free and unfreezable water fractions and the melting temperature onset. The unfreezable water (UFW) and temperature onset were strongly influenced by sucrose, probably by the enhancement of interactions protein-protein and protein-water. The thermal treatment (70ºC for 30 min) supported the interactions between the whey protein with the hydrophilic fractions of casein and their interactions with carrageenan. The interactions between milk proteins after thermal treatment were analysed by polyacrylamide gel electrophoresis related to intermolecular and intramolecular aggregation. This analysis allowed to verify that the protein concentration of the system had an effect on the amount of the free units in solution, making possible the interactions of them with the other systems components, as water and carrageenan / Mestrado / Mestre em Engenharia de Alimentos

Orientador: Rosiane Lopes da Cunha / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-03T10:00:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cavallieri_AngeloLuizFazani_M.pdf: 989418 bytes, checksum: babcf5e74dc6ff4aa7b552001a22f631 (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: Proteínas e polissacarídeos correspondem a biopolímeros muito utilizados pela indústria de alimentos devido às suas características funcionais, porém apresentam uma incompatibilidade natural quando em soluções. Sistemas compostos por proteínas do soro e xantana foram avaliados neste trabalho em diferentes condições de pH, com as proteínas nativas e desnaturadas termicamente. Análises de eletroforese em gel de poliacrilamida foram realizadas para verificar o efeito do tratamento térmico nas proteínas do soro, mostrando que o aquecimento de soluções de proteínas do soro a 80oe por trinta minutos causou a formação de grandes agregados protéicos estabilizados principalmente por interações dissulfídicas. Estes agregados tiveram influência marcante no comportamento de fases destas proteínas com a xantana. Soluções nativas de isolado protéico de soro 5% (p/p) e xantana entre 0,01 % a 1 % se revelaram compatíveis, porém quando as proteínas foram termicamente desnaturadas, estes sistemas se mostraram termodinamicamente incompatíveis, separando em duas fases. Um diagrama de fases capaz de descrever a região de incompatibilidade termodinâmica desses sistemas foi determinado, porém limitações experimentais atribuídas principalmente à ineficiência da ultracentrifugação na separação das fases incompatíveis quando as soluções possuem elevada viscosidade impediu a determinação da binodal de equilíbrio. O principal mecanismo termodinâmico envolvido na incompatibilidade termodinâmica seria a baixa entropia quando as proteínas do soro estão agregadas, porém efeitos de volume excluído entre os agregados e as grandes moléculas de xantana também poderiam estar envolvidos nesta incompatibilidade, principalmente quando as soluções são diluídas. A técnica reológica conhecida como compressão biaxial imperfeita com lubrificação foi adequada na determinação de diferenças de consistência de géis ácidos de isolado protéico de soro 7% (p/p). As soluções (48h armazenamento/10°C) apresentaram estabilização de pH entre 3,36 e 5,63 e os índices de comportamento do fluido em regime extensional variaram entre 0,19 e 0,43, enquantoque..os. Indices .deconsistência . extensional. variaramentre.131.eA127 kPa.sn, indicando o caráter pseudoplástico destes géis. Os géis mais consistentes foram obtidos nos pHs 4,73 e 5,10. Interações dissulfídicas foram responsáveis pela estabilização dos agregados no tratamento térmico e podem estar envolvidas no processo de gelificação, enquanto que interações eletrostáticas seriam as principais envolvidas na agregação das proteínas durante a redução do pH / Abstract: Proteins and polysaccharides are two biopolymers widely used in food industry for their functional characteristics, but these biopolymers show natural thermodynamic incompatibility in solution. Native and heat denatured whey proteins and xanthan systems were studied in this work in different pH conditions. Polyacrylamide gel electrophoresis (PAGE) analysis was used to verify the effect of heat treatment on whey proteins showing that the experimental conditions (80OC for 30 minutes) caused protein aggregation in large aggregates stabilized mainly by disulfíde interactions. The large protein aggregates had great influenceon phase behavior between such proteins and xanthan. Native whey protein (5% w/w) and xanthan (0,01-1% w/w) solutions are soluble, but such solutions beco me not soluble and show thermodynamic incompatibility, when the proteins are heat denatured. A phase diagram was established and it was able to describe the concentration region of ingredients incompatibility. The binodal line was not drawn due to experimental limitations, probably associated to the inefficiency of the uJtracentrifugation to separate the incompatible phases of high viscosity. Low mixture entropy due to protein aggregation is the main thermodynamic event leading to phase separation of this systems, but excluded volume effects between protein aggregates and great xanthan molecules could be involved in this incompatibility, mainly for diluted solutions. Imperfect lubricated squeezing flow viscosimetry analysis was able to distinguish consistency differences in acidified whey protein isolate (7% w/w) gels. The pH of whey protein solutions (48h storage/10°C) was stabilized between 3,36 and 5,63 and the flow index values under extensional fJow were between 0,19 and 0,43, while the consistency index values under extensíonal flow were between 131 and 4127 kPa.sn, indicating the shear thinning behavior of such gels. The strongest gels were obtaíned in the pH range between 4,73 and 5,10. Disulphide interactions were responsible for protein aggregation caused by the heat treatment, while eJectrostatic interactions could be the mainly factor determining protein aggregation duríng pH reduction / Mestrado / Mestre em Engenharia de Alimentos

Orientador : Rosiane Lopes da Cunha / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-04T02:36:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sato_AnaCarlaKawazoe_M.pdf: 1482214 bytes, checksum: 6d3d861dcc6236f5bb792d5187073a03 (MD5) Previous issue date: 2005 / Mestrado / Engenharia de Alimentos / Mestre em Engenharia de Alimentos

Orientador: Hilary Castle de Menezes / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-04T09:18:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lopes_AlessandraSantos_D.pdf: 3488044 bytes, checksum: f87fb3e276cf6bc8933b4387bcc1c4bd (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: A pitanga (Eugenia uniflora L.) é um fruto nativo das regiões Sul e Sudeste do Brasil, e muito pouco investigado cientificamente. Graças às suas qualidades vitamínicas e sensoriais, a pitanga foi o principal objeto de estudo deste trabalho de tese. A acerola, excelente fonte de vitamina C, também foi abordada neste trabalho. O estudo da acerola consistiu basicamente na avaliação da polpa como matéria-prima para a indústria de néctares mistos, objetivando o enriquecimento em vitamina C do néctar de pitanga. Em relação aos processos tecnológicos aplicados às polpas e néctares, foram estudados os processos de extração de polpa e os métodos de conservação tradicionais: congelamento e pasteurização térmica. Como conseqüência lógica, também foi avaliada a estabilidade dos produtos processados com o intuito de determinar a ocorrência de alterações físicas, físico-químicas e sensoriais. O estudo do processo de extração de polpa (Capítulo 2) foi realizado em dois diferentes tipos de despolpadores: despolpador de escovas inclinado e despolpador de pás horizontal. Para os frutos de pitanga, os equipamentos de escovas e pás apresentaram rendimentos de polpa de 58,47±3,92% e 46,61±1,80%, respectivamente. A polpa obtida no despolpador de pás apresentou uma diferença total de cor (.E*) em relação aos parâmetros de cor L*, a* e b* dos frutos in natura, significativamente superior (p¡Ü0,05) a polpa processada no despolpador de escovas. Por isso, o despolpador de escovas se mostrou mais eficiente que o despolpador de pás para obtenção de polpa de pitanga, devido ao maior rendimento e menor .E*. No estudo de estabilidade da polpa de pitanga preservada por congelamento (Capítulo 3) durante 90 dias, os resultados obtidos mostraram que a reação cinética da degradação dos parâmetros de cor a* e diferença total de cor (.E*) se ajustaram aos modelos cinéticos de 1a ordem e zero ordem, respectivamente. Ao mesmo tempo, houve uma forte queda na aceitabilidade sensorial e na atitude positiva de compra do néctar formulado com a polpa de pitanga armazenada por 90 dias a ¿18oC, devido às significativas mudanças na qualidade física do néctar formulado com a polpa de pitanga congelada. No estudo de pasteurização térmica da polpa de pitanga (Capítulo 4) foi empregado um planejamento composto central (22), onde as variáveis independentes foram os parâmetros tempo e temperatura de processamento, e as variáveis dependentes foram cor instrumental (a*, b* e .E*) e atividade enzimática. O binômio tempo-temperatura de pasteurização térmica mais adequado para a conservação da polpa de pitanga foi de 59 a 68s a 90oC, considerando as mínimas alterações de cor instrumental e a inativação das enzimas presentes. O estudo do comportamento reológico da polpa de pitanga (Capítulo 5) na faixa de temperatura de pasteurização de 83 a 97oC determinou que a polpa de pitanga apresentou comportamento pseudoplástico e o modelo de Herschel-Bulkley foi considerado o mais adequado. Os índices de comportamento de fluido (n), variaram na faixa de 0,448 a 0,627. O efeito da temperatura sobre a viscosidade aparente pôde ser descrito pela equação análoga à de Arrenhius, observando-se a diminuição da viscosidade aparente com o aumento da temperatura. A energia de ativação do escoamento viscoso da polpa de pitanga, para a taxa de deformação de 100s-1, foi de 2,947 Kcal.gmol-1. No estudo de avaliação dos processos de despolpamento e estabilidade da polpa de acerola (Capítulo 6) preservada por congelamento durante 180 dias, foi determinado que o despolpador mais adequado para a extração da polpa de acerola foi o extrator de escovas, pois apresentou um maior rendimento (62,83%) e menor alteração da cor instrumental. No estudo de estabilidade da polpa de acerola, obtida no extrator de escovas, foi verificado que a mesma apresentou ótima estabilidade física, físico-química e sensorial até o final do experimento, exceto para o parâmetro de cor instrumental .E* (diferença total de cor), que variou significativamente (p¡Ü0,05) durante o período de estocagem da polpa de acerola. Paralelamente, foi observado um decréscimo significativo estatisticamente (p¡Ü0,05) no teor de antocianinas totais (16,23%). De acordo com a análise sensorial do atributo cor, a variação no teor de antocianinas totais não comprometeu significativamente (p>0,05) a aceitabilidade da polpa de acerola estocada por 180 dias a ¿18oC. No estudo de formulação e pasteurização térmica de néctar misto através da metodologia de superfície de resposta (Capítulo 7), foi verificada a maior aceitabilidade das formulações com maiores proporções de polpa de pitanga (26,4% a 32,9%). Na etapa de pasteurização do néctar misto foi determinada que na faixa de tempo entre 39s a 60s em temperaturas que variam de 83oC a 85oC, os néctares mistos pasteurizados de acerola e pitanga apresentaram as menores alterações sensoriais, e conseqüentemente maior a aceitabilidade / Abstract: Pitanga (Eugenia uniflora L.) is a native fruit of the southern and south-eastern regions of Brazil, little studied scientifically. Pitanga was the main objective of this thesis due to its vitamin content and sensory qualities. West Indian cherry, an excellent vitamin C source, was also included in the study. The research on West Indian cherry was basically the evaluation of its pulp as a raw material for the mixed nectar industry, aiming to enrich the pitanga nectar with respect to vitamin C. The technological processes applied to the pulps were the extraction processes and the traditional methods of preservation: freezing and heat pasteurisation. As a logical sequence, the stability of the processed pulps was also evaluated, checking for physical, physicochemical and sensory alterations. The extraction process (Chapter 2) was carried out with two types of pulper: an inclined brush pulper and a horizontal blade pulper. For pitanga, the brush and blade pulpers gave pulp yields of 58.47±3.92% and 46.61±1.80% respectively and the pulp obtained using the blade pulper presented a significantly greater (p¡Ü0.05) total difference in colour (.E*) with respect to the colour parameters L*, a* and b* as compared to the in nature fruits, than that obtained using the brush pulper. Thus the brush pulper was shown to be more efficient due to a greater yield and smaller .E*. The study of pitanga pulp stability during 90 days of frozen storage (Chapter 3) showed that the degradation kinetics of the parameters a* and .E* fitted the 1st and zero order kinetic models respectively. At the same time there was a distinct loss in sensory acceptance and in the positive attitude to buying the nectar formulated with the pitanga pulp stored for 90 days at ¿18ºC, due to significant changes in the nectar formulated with this pulp. A 2² central composite experimental design was used in the study of the heat pasteurisation of pitanga pulp (Chapter 4), the independent variables being the process parameters of time and temperature and the dependent variables, the instrumental colour (a*, b* and .E*) and enzyme activity. The most adequate time-temperature binomial for the preservation of pitanga pulp by heat pasteurisation was from 59 to 68s at 90ºC, when considering minimal alterations in instrumental colour and inactivation of the enzymes. A study of the rheological behaviour of the pitanga pulp (Chapter 5) in the pasteurisation temperature range (83 to 97ºC) showed that it presented pseudoplastic behaviour, adjusting best to the Herschel-Bulkley model. The fluid behaviour index (ç) varied from 0.448 to 0.627. The effect of temperature on the apparent viscosity could be described by the Arrenhius analogical equation, the apparent viscosity decreasing with increase in temperature. The activation energy for viscous flow of the pitanga pulp was 1.947 Kcal.gmol-1 for a deformation rate of 100s-1. In the study on extraction procedures and stability of West Indian cherry pulp (Chapter 6) stored frozen for 180 days, the brush pulper was shown to be more adequate, giving a higher yield (62.83%) and lower alteration in instrumental colour. The West Indian cherry pulp extracted with the brush pulper showed excellent physical, physicochemical and sensory stability up to the end of the experiment, with the exception of the parameter .E*, which varied significantly during frozen storage. In parallel, a statistically significant (p¡Ü0.05) decrease in total anthocyanins was observed. According to the sensory analysis of the attribute colour, the variation in anthocyanin content did not significantly compromise the acceptability of the West Indian cherry pulp after 180 days of storage at ¿18ºC. In the study on the formulation and heat pasteurisation of the mixed nectar using response surface methodology (Chapter 7), a greater acceptance of the formulations containing higher proportions of pitanga pulp (26.4% and 32.9%) was observed. With respect to heat pasteurisation, temperatures between 83 and 85ºC for 39 to 60s presented the smallest sensory alterations and consequently the greatest acceptability of the mixed pitanga and West Indian cherry nectars / Doutorado / Tecnologia de Alimentos / Doutor em Tecnologia de Alimentos

[pt] O estudo de escoamentos no espaço anular é de fundamental importância para a compreensão do processo de cimentação de poços. A lama de perfuração deve possuir propriedades reológicas tais que garantam um bom desempenho na lubrificação/ resfriamento das brocas, no carreamento de cascalho até a superfície, bem como na manutenção da pressão do poço através da coluna hidrostática. Durante o processo de cimentação, esta lama deve ser removida e substituída por uma pasta de cimento. O cimento tem a função de revestir a parede da formação, promovendo estabilidade mecânica e prevenindo infiltrações. O processo de substituição ocorre pelo deslocamento de um fluido por outro no espaço anular entre a formação rochosa e o revestimento. Para melhorar o processo de cimentação, utilizam-se fluidos intermediários (colchões lavadores ou espaçadores), entre os fluidos principais. Deste modo, é importante conhecer o efeito da reologia de tais fluidos sobre o processo de deslocamento. Lama de perfuração e pasta de cimento têm comportamento viscoplástico. Tais materiais possuem uma tensão limite de escoamento, abaixo da qual sua viscosidade é extremamente elevada. Entretanto, após este limite, estes materiais passam a ter comportamento pseudoplástico, isto é, a viscosidade decresce em função da taxa de deformação. Colchão lavador apresenta comportamento newtoniano. Foi utilizado o modelo reológico SMD (Souza Mendes e Dutra) para descrever a viscosidade dos fluidos não newtonianos. Nesse trabalho foi analisado numericamente o processo de deslocamento de um fluido por outro em geometria horizontal não retilínea. A perfuração de poços horizontais utiliza técnicas para alterar a direção da broca, onde a aplicação de forças corrige o direcionamento da broca. Entretanto, é obtido um perfil senoidal após a perfuração, devido à técnica de compensação vertical da direção. A geometria analisada será desenvolvida em ziguezague, para representar esta característica. Para simular o processo de deslocamento tridimensional foi utilizado um software comercial baseado na técnica dos volumes finitos, e o método VOF (Volume of Fluid). Foram estudadas duas etapas do processo. Na primeira situação, o fluido deslocador (não newtoniano) simula a pasta de cimento enquanto o deslocado (newtoniano) simula o colchão espaçador. Na segunda situação, o fluido deslocador (newtoniano) simula o colchão espaçador enquanto o deslocado (não newtoniano) simula a lama de perfuração. A forma da interface entre os fluidos foi analisada variando-se as propriedades reológicas e a vazão, para determinar a eficiência do deslocamento. Perfis pontiagudos sugerem uma indesejável deficiência de remoção do fluido deslocado. Por outro lado, perfis achatados indicam um deslocamento mais eficiente. Com base nesses resultados foi possível prever quais parâmetros operacionais aperfeiçoam o processo de deslocamento. / [en] The study of flows in the annulus is essential for the understanding of the cementing process of oil wells. The drilling mud must have rheological properties to guarantee a good performance in the drill lubricating/ cooling, dragging cuttings until the surface, as well as keeping the well pressure due the hydrostatic column. During the cementing, this mud must be removed and substituted by cement slurry. The cement has the function to coat the wall of the formation, promoting the mechanical stability and preventing infiltrations. The process of substitution occurs by the displacement of a fluid by another one in the annulus between the rock formation and the casing. To improve the cementing process, intermediate fluids (washing or spacers) are used between the drilling mud and the cement slurry. Therefore, it is important to know the effect of the rheology of such fluids on the displacement process. Drilling mud and cement slurry have a viscoplastic behavior. Such materials have yield stress, below which the viscosity is extremely high. However, after this limit, these materials have pseudoplastic behavior, that is, viscosity decreases as a function of the deformation rate. The washing fluid presents newtonian behavior. The rheological model SMD (Souza Mendes and Dutra) was used to describe the viscosity of the non-newtonian fluids. In this work, the process of displacement of a fluid for another one in non-straight horizontal wellbore was numerically analyzed. The drilling of horizontal wells uses a rotary steering technique aiming the drill positioning, adjusting the steering vector. However, a sine profile drilling is gotten, due to the technique of vertical compensation of the direction. Analyzed geometry will be developed in zigzag, to represent this behavior. It was used a commercial software to simulate the tree-dimensional displacement process, using the finite-volume technique, and the VOF (Volume of Fluid) method. Two steps of the process had been studied. In the first situation, the displacer fluid (non-newtonian) simulates the cement slurry while the displaced (newtonian) simulates the spacer fluid. In the second situation, the displacer fluid (newtonian) simulates the spacer fluid while the displaced (non-newtonian) simulates the drilling mud. The interface shape between the fluids has being evaluated varying the rheological properties and the flow, to determine the displacement efficiency. Accented profiles suggest an undesirable fingering of the displacer fluid through the displaced one. On the other hand, flattened profiles indicate a more efficient displacement. Based on these results, it was possible to predict which operational parameters optimize the displacement process.

Le graphène est une nanoparticule bidimensionnelle d'épaisseur atomique présentant des propriétés uniques, qu'elles soient mécaniques, électriques ou thermiques. Ceci ajouté à une faible densité et une très grande surface spécifique, fait que l'ajout de graphène et de nanoparticules dérivées (oxyde de graphène, graphite exofilé) pour renforcer des matrices polymères est devenu un sujet d'études d'intérêt majeur dans le domaine des nanocomposites. Cependant, l'influence de la variation de la viscoélasticité de la matrice due à l'ajout de graphène ainsi que la mécanique interfaciale reste aujourd'hui peu étudiée. De plus, il n'existe aujourd'hui pas de procédé permettant d'obtenir des nanocomposites présentant du graphène dans le plan orienté dans une matrice polymère afin de réaliser un renforcement à deux dimensions. Ce travail de thèse est composé principalement de trois projets portant sur ces problèmes.La première partie de ce travail se concentre sur la façon d'utiliser l'approche micromécanique viscoélastiques pour soustraire l'effet de changement de Tg pour corriger la rigidité apparente de nanocomposites d'oxyde de graphène. On a ainsi trouvé que l'oxyde de graphène rigidifie « indirectement » les matrices polymères en augmentant de manière significative la Tg de la matrice, ce qui modifie largement la viscoélasticité du matériau. Le mécanisme de renforcement est ainsi largement causé par cet effet plutôt que du fait de la rigidité de l'oxyde de graphène lui-même.La deuxième partie se concentre sur l'utilisation d'un procédé de mise en œuvre innovant, la coextrusion multinanocouches, ou assemblage forcé, pour créer des films nanocomposites constitués de couches alternées de polymères et de polymères chargés de nanoplaquettes de graphène orientées. Cette orientation est induite par le nanoconfinement imposé par le procédé. La morphologie des couches (35 ~ 40 nm d'épaisseur) contenant du graphène orienté a été étudiée par microscopie électronique. Les propriétés mécaniques des matériaux ont été déterminées et le renforcement bidimensionnel a pu être corrélé à une orientation (imparfaite) des nanoplaquettes de graphène dans les films stratifiés.La troisième partie se concentre sur l'utilisation de la méthode de l'inflation de nano-bulle pour obtenir les réponses mécaniques d'un « nano-sandwich » (nanofilm de polymère / feuille de graphène / nanofilm de polymère). Aux petites déformations, des renforts mécaniques significatifs ont été observées pour le système PEMA / graphène, tant à l'état caoutchouteux qu'à l'état vitreux. Les mécanismes d'interface entre le graphène et les polymères ont été étudiés et un glissement interfacial a été observé. / Graphene is an atomically thick, two-dimensional nano-sheet with advanced mechanical, electrical, and thermal properties. As a result, the addition of graphene and graphene derivative nanoparticles to polymer matrices has been a major strategy towards development of new materials in the field of composites. However, from a fundamental point of view, the origins of the advanced properties of graphene-based nanocomposites have been little investigated. In particular, changes in the viscoelastic properties of the polymer matrix due to specific interactions between the polymer and the graphene reinforcing elements can cause higher than expected apparent reinforcement. In addition, there is little work on characterizing the strength of the interface between the graphene used for reinforcement and the polymer matrixes. From a more engineering point of view, the design of polymer nanocomposites made of in-plane oriented graphene to create a two-dimensionally reinforced structure has also not been previously undertaken. The present dissertation is composed of three major works focusing on these problems.The first part focuses on how to use a viscoelastic micromechanics approach to account for the effects of glass transition temperature Tg changes to correct the apparent stiffening of graphene oxide nanocomposites. It is found that graphene oxide stiffens the polymer matrices by increasing the Tg, which significantly modifies their thermo-viscoelasticity. This leads to apparent reinforcements that are not due to the stiffness of the graphene oxide itself, and largely explains anomalously high moduli reported in the literature for such graphene oxide/polymer matrix nanocomposites.The second part focuses on a forced assembly multi-layer co-extrusion method to create films made of alternating layers of neat polymer / oriented graphene nanoplatelet filled polymer. The morphology of the layers (35 ~ 40 nm thick) containing oriented graphene was established by electron microscopy. Mechanical properties of the materials were determined and the two-dimensional stiffening could be related to the oriented graphene nanoplatelets in the layered films. Taking into account the change of Tg, more than 100% intrinsic reinforcement was estimated for 2 wt % of graphene in the nanolayers. The results were analyzed and interpreted via an analytical model based on Mori-Tanaka analysis.The third part focuses on extending a nano-bubble inflation method to the investigation of a novel graphene nano-sandwich with the purpose of investigation of the graphene / polymer interface. At small strains, significant mechanical reinforcement was observed for both graphene-reinforced rubbery and glassy PEMA layers. The interfacial mechanics between graphene and polymer layers was investigated and a “yield-like” interfacial slip was observed in the mechanical response of the nano-sandwich structures.

Les métaux à l’état semi-solide présentent un comportement rhéofluidifiant caractérisé par une forte chute de la viscosité avec la vitesse de déformation facilitant le remplissage des matrices lors de la mise en forme. L’exploitation de ce comportement donne lieu à un procédé de mise en forme appelé « thixoforgeage ». L’état semi-solide est obtenu en refusion partielle à partir de l’état solide et la fraction de solide est supérieure à 0.8. Les plus hautes températures mises en jeu dans le cas des matériaux à haut point de fusion comme les aciers rendent la maîtrise du procédé plus complexe. Cependant, les travaux antérieurs sur le thixoforgeage d’aciers ont montré le potentiel de ce procédé pour réduire la consommation en matière première et en énergie. La thèse s’inscrit dans le cadre du projet TACA «Thixoforgeage d’Aciers pour la fabrication de Composants Automobiles» piloté par l’IRT-M2P. Il ambitionne le développement industriel du thixoforgeage des aciers pour la fabrication de pièces automobiles. La maîtrise et le développement du thixoforgeage nécessite une bonne connaissance du comportement mécanique du matériau à l’état semi-solide et le développement d’outils de simulation numérique adaptés. Ce travail de thèse a pour objectifs de (i) caractériser expérimentalement le comportement thermomécanique des aciers à l’état semi-solide, (ii) développer un modèle de comportement destiné à être implanté dans le logiciel FORGE® pour simuler le thixoforgeage. Une attention particulière a été portée sur le comportement en traction pour caractériser l’intervalle de température dans lequel le matériau devient très sensible à la fissuration à chaud. Des essais en traction menés à différentes températures ont permis de déterminer la température à partir de laquelle la résistance et la ductilité du matériau chutent drastiquement. Les mécanismes conduisant à ces chutes ont été identifiés et sont conformes à ceux décrits dans la littérature. Un modèle basé sur une approche d’homogénéisation qui prend en compte explicitement le rôle mécanique des phases liquide et solide a été développé. Ce modèle repose sur une approche viscoplastique établie antérieurement puis enrichie afin (i) d’intégrer le comportement élastique du squelette solide saturé en liquide et (ii) distinguer les évolutions de distribution spatiale des phases liquide et solide selon le trajet de chargement en traction ou en compression. Il permet de décrire avec succès, pour la première fois, les trois stades de la réponse mécanique en traction (augmentation, stabilisation puis chute de la contrainte en fonction du déplacement). Le modèle a ensuite été implanté dans le code éléments finis FORGE®. Les simulations des essais de traction GLEBBLE ont permis d’identifier les paramètres du modèle. Des comparaisons des résultats expérimentaux et numériques ont permis de reproduire des phénomènes de localisation de la déformation réelle. Après la validation sur des essais de traction, des simulations de procédés de thixoforgeage industriel, tels que le forgeage de U, ont été étudiées et comparées aux résultats expérimentaux réalisés sur la plateforme Vulcain de l'ENSAM de Metz. Un critère permettant de définir des zones sensibles à la fissuration à chaud a été proposé. La comparaison avec des observations expérimentales a montré que ce critère constitue une première approche encourageante pour prédire les zones de fragilité de la pièce en thixoforgeage. / Semi-solid metals and alloys exhibit a shear thinning behavior characterized by a sharp drop in viscosity with increasing strain rate. This property promotes a smooth die filling during forming. To exploit this advantage, several semi-solid forming process have been developed. Among these processes, we find the thixoforging when the semi-solid state is obtained by a partial remelting from solid state. The solid fraction is above 0.8. Thixoforging of high melting point alloys such as steels is particularly challenging because of about 1400°C temperatures involved. However, previous works showed that this process reveals high potential to reduce material as well as energy consumption. The present PhD thesis is part of a French research project named TACA «Thixoforging of steels for fabrication of automative parts» leaded by IRT-M2P. It aims at industrial development of steel thixoforging for manufacturing automotive components. The mastery and the development of steel thixoforging require a good knowledge of the mechanical behavior of semi-solid steels and appropriate numerical tools to simulate the process. The PhD work aims to (1) characterize the thermomechanical behavior of semi-solid steels and (2) develop constitutive equations that have to be implemented into the commercial code FORGE® to simulate thixoforging. A special attention was paid to the tensile behavior to investigate the temperature range in which the material is very sensitive to hot cracking. Tensile tests provided the temperature from which the material lost its tensile strength and its ductility. Mechanisms leading to the drop of these two properties were identified and were found to be consistent with mechanisms described in literature. A model based on homogenization approach, namely taking explicitly into account the mechanical role of the liquid and solid phases was developed. This model is based on a viscoplastic approach previously developed that was enhanced to (1) include the elastic response of the solid skeleton saturated with liquid and to (2) distinguish the evolution of the spatial liquid/solid distribution according to the tensile or compressive loading path. It successfully describes the three stages of the response in tension: increase, stabilization and decrease of the stress with increasing displacement. The model was implemented in the FORGE® finite element code. The experimental tensile tests were simulated to provide identification of the model parameters. The simulation results showed that strong deformation localization zones were predicted consistently with experiments. Simulations of thixoforging industrial processes such as forging U were studied and compared with experimental results achieved on the Vulcan platform (ENSAM Metz). In addition, a criterion determining the zones without any tensile strength and so sensitive to hot cracking was proposed. Comparison with experimental observations showed that this criterion is an encouraging first approach to predict the brittle zones of thixoforging parts.