A produção de microssistemas de análises totais (µTAS) tem sido objeto de esforços intensos pela comunidade científica. A necessidade de produção de uma plataforma que realize extração, amplificação e separação de DNA--um verdadeiro \"lab on a chip\"--é impulsionada pelas vantagens associadas com as análises em plataformas miniaturizadas. Esta Tese foca no desenvolvimento de métodos para análises de DNA em dispositivos microfluídicos que podem ser associados em µTAS. Inicialmente, foi feito o desenvolvimento de um novo método de extração em fase sólida em que a eficiência de extração depende da manipulação magnética das partículas e não do fluxo da solução através da fase sólida. A utilidade desta técnica em isolar DNA puro de alta qualidade (amplificável) a partir de uma amostra biológica complexa foi demonstrada através da purificação de DNA a partir de sangue total e a subsequente amplificação do fragmento do gene β-globina. A técnica descrita é rápida, simples e eficiente, permitindo uma recuperação de mais de 60% de DNA a partir de 600 nL de sangue em concentração suficiente para amplificação via reação em cadeia da polimerase (PCR). Após o desenvolvimento da extração dinâmica de DNA em fase sólida (dSPE) em microchip de vidro, o método foi adaptado para o uso em microchips de poliéster-toner (PT). Além da extração, a amplificação e separação de DNA também foram realizadas em microchips de PT. O processo convencional de fabricação dos dispositivos de PT produz canais com 12 µm de profundidade. Este trabalho descreve um novo processo de fabricação dos microchips de PT com canais mais profundos. Uma cortadora a laser de CO2 é usada para definir a estrutura desejada no filme de poliéster recoberto com toner. Estes filmes de poliéster recobertos com toner e os canais recortados são utilizados com partes intermediárias no microchip. A tampa e a base (filmes de poliéster) são laminadas juntamente com as partes intermediárias. Desta forma microchips com canais mais profundos podem ser criados. Microchips com 4 filmes de poliéster (base, tampa, e dois filmes centrais) foram utilizados para realizar dSPE. Estes microchips possuem canais com ~270 µm de profundidade. A dSPE adaptada para os microchips de PT demonstrou ser capaz de extrair eficientemente DNA (~65%), e o DNA purificado apresentou qualidade suficiente para PCR. A PCR realizada em microchips de PT demonstrou que os dispositivos de PT são compatíveis com os reagentes da PCR e o sucesso da reação de PCR foi demonstrado através da amplificação do fragmento de 520 pares de bases do λ-DNA. A possibilidade de manipular diferentes soluções que são necessárias para realizar a extração e a PCR demonstra o grande potencial desta plataforma para realizar análises genéticas. Além da extração e amplificação, a separação também foi demonstrada nos dispositivos de PT. Duas integrações foram feitas nos microchips de PT, dSPE-PCR e PCR-separação. Na primeira integração a dSPE e PCR foram realizadas em uma única câmara, e a amplificação do fragmento de 520 pb do λ-DNA foi demonstrada. Na segunda integração, o dispositivo foi fabricado com espessuras diferentes para os diferentes domínios. No domínio da PCR as câmaras possuem profundidade de ~270 µm de profundidade, e para o domínio da eletroforese os canais apresentam 12 µm de profundidade. A integração realizada sem válvulas foi demonstrada através da amplificação e detecção do fragmento de 520 pb do λ-DNA em um mesmo microchip. Este trabalho demonstra o grande potencial dos microchips de PT para produzir dispositivos descartáveis totalmente integrados para análise genética. / Efforts to develop a microfluidic-based total analysis system (µTAS) have been intense in the scientific community. The goal of achieving a device comprising DNA extraction, amplification, and detection in a single device, a true \"lab on a chip,\" is driven by the substantial advantages associated with such a device. This Thesis focus on development of methods for DNA analysis on microdevices, that can be associated with µTAS. Sequentially, the first step was the development of a novel solid-phase extraction technique in which DNA is bound and eluted from magnetic silica beads in a manner that efficiency is dependent on the magnetic manipulation of the beads and not on the flow of solution through a packed bed. The utility of this technique in the isolation of reasonably pure, PCR-amplifiable DNA from complex samples is shown by isolating DNA from whole human blood, and subsequently amplifying a fragment of the β-globin gene. The technique described here is rapid, simple, and efficient, allowing for recovery of more than 60% of DNA from 600 nL of blood at a concentration which is suitable for PCR amplification. The second step was the use of polyester-toner (PT) microchips for DNA analysis (extraction, PCR and separation). The laser-printing of toner onto polyester films has been shown to be effective for generating PT microfluidic devices with channel depths on the order of 12 µm. We describe a novel and innovative process that allows for the production of multilayer PT microdevices with substantially larger channel depths. Utilizing a CO2 laser to create the microchannel in polyester sheets containing a uniform layer of printed toner, multilayer devices can easily be constructed by sandwiching the channel layer between uncoated cover sheets of polyester containing precut access holes. The process allows for the fabrication of channels several hundred microns in depth, with ~270 µm deep microchannels utilized here to demonstrate the effectiveness of multilayer PT microchips for dynamic solid phase extraction (dSPE) and PCR amplification. Dynamic SPE adapted for PT microchip was able to recover more than 65% of DNA from 600 nL of blood and the DNA was compatible with downstream microchip-based PCR amplification. The compatibility of PT microchips was demonstrated by successful amplification of a 520 bp fragment of λ-phage DNA. The ability to handle the diverse chemistries associated with DNA purtification and extraction is a testimony to potential utility of PT microchips beyond separations, and presents a promising new platform for genetic analysis that is low cost and easy to fabricate. Two integrations were carrying out on PT microchip, dSPE - PCR and PCR-ME. The first integration was made in a single chamber and the amplification of 520 bp fragment of λ-phage was demonstrated. The second integration describes a process that allows the production of a multidomain microchip with different channel depths for the different domains for genetic analysis. The final device was made by the conventional sandwiching of the four polyester films of the PCR domain with the two polyester films for the electrophoresis domain. The successful valveless integration of PCR and separation was demonstrated by amplification and detection of a 520 bp fragment of λ-phage DNA. This work shows the enormous potential of PT microchips to be used for total genetic analysis.

Neste texto são propostos algoritmos de filtragem adaptativa de baixo custo computacional para o processamento de sinais lineares no sentido amplo e para beamforming. Novas técnicas de filtragem adaptativa com baixo custo computacional são desenvolvidas para o processamento de sinais lineares no sentido amplo, representados por números complexos ou por quaternions. Os algoritmos propostos evitam a redundância de estatísticas de segunda ordem na matriz de auto correlação, o que é obtido por meio da substituição do vetor de dados original por um vetor de dados real contendo as mesmas informações. Dessa forma, evitam-se muitas operações entre números complexos (ou entre quaternions), que são substituídas por operações entre reais e números complexos (ou entre reais e quaternions), de menor custo computacional. Análises na media e na variância para qualquer algoritmo de quaternions baseados na técnica least-mean squares (LMS) são desenvolvidas. Também é obtido o algoritmo de quaternions baseado no LMS e com vetor de entrada real de mais rápida convergência. Uma nova versão estável e de baixo custo computacional do algoritmo recursive least squares (RLS) amplamente linear também é desenvolvida neste texto. A técnica é modificada para usar o método do dichotomous coordinate descent (DCD), resultando em uma abordagem de custo computacional linear em relação ao comprimento N do vetor de entrada (enquanto o algoritmo original possui custo computacional quadrático em N). Para aplicações em beamforming, são desenvolvidas novas técnicas baseadas no algoritmo adaptive re-weighting homotopy. As novas técnicas são aplicadas para arrays em que o número de fontes é menor do que o número de sensores, tal que a matriz de auto correlação se torna mal-condicionada. O algoritmo DCD é usado para obter uma redução adicional do custo computacional. / In this text, low-cost adaptive filtering techniques are proposed for widely-linear processing and beamforming applications. New reduced-complexity versions of widely-linear adaptive filters are proposed for complex and quaternion processing. The low-cost techniques avoid redundant secondorder statistics in the autocorrelation matrix, which is obtained replacing the original widely-linear data vector by a real vector with the same information. Using this approach, many complex-complex (or quaternion-quaternion) operations are substituted by less costly real-complex (or real-quaternion) computations in the algorithms. An analysis in the mean and in the variance is performed for quaternion-based techniques, suitable for any quaternion least-mean squares (LMS) algorithm. The fastest-converging widely-linear quaternion LMS algorithm with real-valued input is obtained. For complex-valued processing, a low-cost and stable version of the widely-linear recursive least-squares (RLS) algorithm is also developed. The widely-linear RLS technique is modified to apply the dichotomous coordinate descent (DCD) method, which leads to an algorithm with computational complexity linear on the data vector length N (in opposition to the original WL technique, for which the complexity is quadratic in N). New complex-valued techniques based on the adaptive re-weighting homotopy algorithm are developed for beamforming. The algorithms are applied to sensor arrays in which the number of interferer sources is less than the number of sensors, so that the autocorrelation matrix is ill-conditioned. DCD iterations are applied to further reduce the computational complexity.

Equipamentos utilizados em pesquisas em Análise Experimental do Comportamento com sujeitos não humanos tiveram uma trajetória intrincada ao próprio estudo do comportamento. Um tipo de equipamento importante nessas pesquisas é a câmara de condicionamento operante. Diversos incrementos foram feitos nessas câmaras, com estes focados no aumento do controle de variáveis independentes e no registro mais preciso de variáveis dependentes. Uma característica de equipamentos atualmente disponíveis no mercado é o seu alto custo de aquisição e a necessidade do uso de software fechado utilizado pelos mesmos. Diante disso, apresenta-se a construção e avaliação de equipamentos não comerciais de baixo custo para pesquisas operantes. Foram construídas duas câmaras de condicionamento, uma para pombos e outra para ratos. Com o objetivo de avaliar o equipamento construído, submeteram-se dois pombos e dois ratos a esquemas de reforço de razão fixa (FR) e razão variável (VR), e dois pombos e dois ratos a esquemas de reforço de intervalo fixo (FI) e intervalo variável (VI). Replicou-se a maior parte dos aspectos da literatura de esquemas de reforço simples com o equipamento apresentado, o que indica sua adequação ao uso em pesquisas de condicionamento operante como uma alternativa viável de baixo custo / Apparatuses used non-human research in experimental analysis of behavior have had a parallel trajectory to the study of behavior itself. A type of apparatus used in behavioral studies is the operant conditioning chamber. Several improvements have been done to these chambers, focusing in the control of independent variables and more precise registry of dependent variables. A feature of apparatuses available in the market is their high acquisition costs and the need of usage of closed software. In light of this, it is shown the construction and evaluation of alternative low cost apparatuses for behavioral research. Two operant conditioning chambers were built, one for usage with pigeons and the other for the usage with rats. In order to evaluate the apparatus, two pigeons and two rats were submitted to fixed ratio (FR) and variable ratio (VR) schedules of reinforcement, while another two pigeons and two rats were submitted to fixed interval (FI) and variable interval (VI) schedules of reinforcement. The majority of features related to the responding under simple schedules of reinforcement were replicated using the presented apparatus, which indicates its adequacy for the usage in behavioral research as a low cost alternative

Neste texto são propostos algoritmos de filtragem adaptativa de baixo custo computacional para o processamento de sinais lineares no sentido amplo e para beamforming. Novas técnicas de filtragem adaptativa com baixo custo computacional são desenvolvidas para o processamento de sinais lineares no sentido amplo, representados por números complexos ou por quaternions. Os algoritmos propostos evitam a redundância de estatísticas de segunda ordem na matriz de auto correlação, o que é obtido por meio da substituição do vetor de dados original por um vetor de dados real contendo as mesmas informações. Dessa forma, evitam-se muitas operações entre números complexos (ou entre quaternions), que são substituídas por operações entre reais e números complexos (ou entre reais e quaternions), de menor custo computacional. Análises na media e na variância para qualquer algoritmo de quaternions baseados na técnica least-mean squares (LMS) são desenvolvidas. Também é obtido o algoritmo de quaternions baseado no LMS e com vetor de entrada real de mais rápida convergência. Uma nova versão estável e de baixo custo computacional do algoritmo recursive least squares (RLS) amplamente linear também é desenvolvida neste texto. A técnica é modificada para usar o método do dichotomous coordinate descent (DCD), resultando em uma abordagem de custo computacional linear em relação ao comprimento N do vetor de entrada (enquanto o algoritmo original possui custo computacional quadrático em N). Para aplicações em beamforming, são desenvolvidas novas técnicas baseadas no algoritmo adaptive re-weighting homotopy. As novas técnicas são aplicadas para arrays em que o número de fontes é menor do que o número de sensores, tal que a matriz de auto correlação se torna mal-condicionada. O algoritmo DCD é usado para obter uma redução adicional do custo computacional. / In this text, low-cost adaptive filtering techniques are proposed for widely-linear processing and beamforming applications. New reduced-complexity versions of widely-linear adaptive filters are proposed for complex and quaternion processing. The low-cost techniques avoid redundant secondorder statistics in the autocorrelation matrix, which is obtained replacing the original widely-linear data vector by a real vector with the same information. Using this approach, many complex-complex (or quaternion-quaternion) operations are substituted by less costly real-complex (or real-quaternion) computations in the algorithms. An analysis in the mean and in the variance is performed for quaternion-based techniques, suitable for any quaternion least-mean squares (LMS) algorithm. The fastest-converging widely-linear quaternion LMS algorithm with real-valued input is obtained. For complex-valued processing, a low-cost and stable version of the widely-linear recursive least-squares (RLS) algorithm is also developed. The widely-linear RLS technique is modified to apply the dichotomous coordinate descent (DCD) method, which leads to an algorithm with computational complexity linear on the data vector length N (in opposition to the original WL technique, for which the complexity is quadratic in N). New complex-valued techniques based on the adaptive re-weighting homotopy algorithm are developed for beamforming. The algorithms are applied to sensor arrays in which the number of interferer sources is less than the number of sensors, so that the autocorrelation matrix is ill-conditioned. DCD iterations are applied to further reduce the computational complexity.

A funcionalização da matriz celulósica é um ponto essencial para o aprimoramento dos dispositivos microfluídicos baseados em papel (µPADs). Ela permite minimizar o preparo de amostras e a interferência do usuário, principais fontes de erro no processo analítico. A oxidação da celulose durante uma hora com m-periodato de sódio e a imobilização química de enzimas a partir da formação de bases de Schiff (iminas), via a adição direta da enzima ao substrato oxidado sem a necessidade de outras etapas, é um processo rápido e de baixo custo, apresentando grande potencialidade de aplicação nos dispositivos microfluídicos em papel. A enzima glicose oxidase imobilizada na celulose, com a adição do estabilizante trealose, apresentou elevada atividade catalítica - de 31,9 ± 5,5 mmol L-1 para a enzima não imobilizada a 14,8 ± 2,0 mmol L-1 para a enzima imobilizada e com o estabilizante - além de apresentar maior homogeneidade de sinal, condições desejáveis em testes rápidos em papel. A confecção de dispositivos em papel via impressão em cera alia rapidez e baixo custo de produção, e o arranjo em camadas para originar dispositivos tridimensionais (3D) permite ampliar as funcionalidades dos dispositivos em duas dimensões, tal como o tratamento individualizado de camadas e o armazenamento de reagentes no próprio dispositivo. O método da adição de padrão para obtenção de curvas analíticas no próprio microchip em papel surge como alternativa às curvas analíticas externas, minimizando a manipulação e o preparo de amostras. O uso do ácido 2,2’-azino-bis (3-etilbenzotiazolina-6-sulfônico) - ABTS como indicador redox para as reações enzimáticas e o método de adição de padrão nos µPADs apresentou boa correlação com um modelo de crescimento e saturação de Michaelis-Menten (r2 = 0,8723) na faixa de 0 a 10 mmol L-1, e a utilização da faixa linear para quantificação de glicose (0 a 3 mmol L-1) apresentou grande correlação linear com a concentração estimada pelas curvas de adição de padrão (r2 = 0,959), demonstrando a potencialidade do método. A união da tecnologia desses dispositivos em papel com a de um software automatizado de reconhecimento de imagens (PAlizer) torna instantânea a obtenção de resultados, eliminando-se a necessidade de intervenção humana no processo, tornando os testes em papel mais robustos, reprodutíveis e rápidos. Com o contínuo aperfeiçoamento das funcionalidades e potencialidades dos dispositivos microfluídicos em papel espera-se que os testes diagnósticos de baixo custo atinjam àqueles que deles necessitam, contribuindo para a saúde da população. / Functionalization of a cellulosic matrix is essential for the success of the paper-based microfluidic analytical devices (µPADs). It allows minimization of sample preparation and user interference, both being major sources of errors in the analytical process. Cellulose oxidation with sodium m-periodate during one hour and the direct chemical immobilization of enzymes on it by Schiff-base (imines) formation, which is made by direct insertion of the enzyme on the oxidized substrate without subsequent steps, is a fast and low cost process of immobilization, presenting great potential of application in paper-based microfluidic analytical devices. The glucose oxidase enzyme immobilized on cellulose, with the addition of trehalose stabilizer presented enhanced catalytic activity - from 31.9 ± 5.5 mmol L-1 for the non-immobilized enzyme to 14.8 ± 2.0 mmol L-1 for the immobilized enzyme with the stabilizing agent - also presenting greater signal homogeneity, which are ideal characteristics in a paper-based rapid test. Wax printing is a simple, inexpensive and fast method by which micro-devices can be fabricated. Additionally, the stacking of layers originating tridimensional devices (3D) allow for the improvement of functionalities of 2-dimensional ones, such as individualized layer treatment and reagent storage at different layers in the same device. Standard addition to analytical curves in paper-based microchips is an alternative to external analytical curves, minimizing handling/sample preparation. The use of 2,2\'-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulphonic acid - ABTS redox indicator with the enzymatic reactions and the standard addition method in µPADs presented a good correlation in a growth and saturation Michaelis-Menten model (r2 = 0.8723), in the range of 0 to 10 mmol L-1, and the usage of the linear range to the glucose quantification (0 to 3 mmol L-1) presented a high linear correlation with the estimated concentration from the standard addition curves (r2 = 0.959), showing the potentiality of the method. The coupling of such paper-based devices to automated image analysis software, such as \'PAlizer\', turns the data acquisition process instantaneous, eliminating the need of human intervention during the process, making it more robust, reproducible and rapid. Expectations lie in improving the devices functions and potential so that these low-cost diagnostic devices can one day reach those who need them, contributing significantly to public health.

Na Capa, Folha de Rosto e Ficha Catalogr?fica da obra constam o t?tulo: "Filtro de areia para o manejo da ?gua de chuva". / Submitted by Jos? Henrique Henrique (jose.neves@ufvjm.edu.br) on 2018-06-15T18:51:48Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) marco_antonio_oliveira.pdf: 5190699 bytes, checksum: edae8a04f3a512075df7923ed8c2c65b (MD5) / Approved for entry into archive by Rodrigo Martins Cruz (rodrigo.cruz@ufvjm.edu.br) on 2018-07-18T11:28:58Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) marco_antonio_oliveira.pdf: 5190699 bytes, checksum: edae8a04f3a512075df7923ed8c2c65b (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-18T11:28:58Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) marco_antonio_oliveira.pdf: 5190699 bytes, checksum: edae8a04f3a512075df7923ed8c2c65b (MD5) Previous issue date: 2017 / Funda??o de Amparo ? Pesquisa do estado de Minas Gerais (FAPEMIG) / Funda??o Diamantinense de Apoio ao Ensino, Pesquisa e Extens?o (FUNDAEPE) / No cen?rio atual de acentua??o da car?ncia de recursos naturais em grandes e pequenos centros urbanos, a problem?tica do abastecimento de ?gua pot?vel ? uma quest?o central para a sa?de das popula??es, dada a variedade de doen?as veiculadas pela ?gua, especialmente para consumo humano. Cerca de 30% do consumo humano pode ser efetuado com ?gua de chuva, dado muito importante tendo em vista a escassez do recurso. Em tempos de mudan?as clim?ticas (estiagens prolongadas, cargas de chuvas concentradas, etc.) a retomada de conhecimentos ligados ao aproveitamento da ?gua de chuva ? de interesse para a popula??o urbana e rural. A procura por caminhos de aperfei?oamento das t?cnicas de uso sustent?vel de recursos naturais ? a meta deste trabalho, enfocando a recolha da ?gua de chuva como estrat?gia poss?vel e re-emergente para os tempos atuais. S?o objetivos espec?ficos da pesquisa: avaliar a qualidade da ?gua de chuva em Diamantina (MG) e desenhar filtros naturais que viabilizem o uso n?o pot?vel de forma segura. Como a falta de tratamento da ?gua est? relacionada diretamente com a transmiss?o de doen?as, ? evidente a import?ncia do trabalho quanto aos aspectos de sa?de ambiental e ao atendimento da linha de pesquisa ?Tecnologia e vigil?ncia em sa?de? do Mestrado Interdisciplinar SaSA e do Laborat?rio de Constru??es Sustent?veis no LIPEMVALE (UFVJM). Foram desenvolvidos prot?tipos de filtros compostos de areia, carv?o e pedra, caracterizados pelo uso de mateiriais de f?cil obten??o, para a purifica??o da ?gua de chuva recolhida em telhados de cer?mica. As amostras foram coletadas de Janeiro a Maio de 2017, sendo avaliados par?metros f?sico qu?micos (condutividade, cor aparente, pH, turbidez e salinidade) e microbiol?gicos (coliformes totais e Escherichia coli) antes e depois de passarem pelo processo de filtra??o. A ?gua de chuva apresentou valores compat?veis com usos n?o pot?veis. O filtro alterou positivamente a qualidade da ?gua de chuva da classe 4 para a classe 3, conforme a resolu??o CONAMA 357/2005. O aproveitamento da ?gua de chuva foi considerado tecnologia social devido ao baixo custo e replicabilidade, sendo indicado para usos n?o pot?veis. / Disserta??o (Mestrado Profissional) ? Programa de P?s-Gradua??o em Sa?de, Sociedade e Ambiente, Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri, 2017. / In the current scenario of accentuation of the lack of natural resources in large and small urban centers, the problem of the supply of drinking water is a central issue for the health of populations, given the variety of diseases transmitted through water, especially for human consumption. About of 30% of human consumption can be made with rainwater, a very important factor given the scarcity of the resource. In times of climate changes (prolonged drougths, loads of concentred rain, etc), the resumption of knowledge related to the use of rainwater is of interest to the urban and rural population. The search for ways to improve the techniques of sustainable use of natural resources is the goal of this paper, focusing the collecting rainwater as a re-emergent strategy for current times. The specific objectives of the research are: to evaluate the quality of rainwater in Diamantina (Minas Gerais, Brazil) and to design natural filters that enable non-potable use in a safe way. As the lack of water treatment is directly related to the transmission of diseases, it is evident the importance of the work on the aspects of environmental health and the attendance of the research line 'Technology and health surveyllance' of the Interdisciplinary Master SaSA and the Laboratory of Sustainable Buildings in LIPEMVALE (UFVJM). Prototypes of sand, charcoal and stone composite filters were developed characterized by the use of readly available matrices for the purification of rain water collected on ceramic roofs. The samples were collected from January to May of 2017, and evaluated physical chemical parameters (conductivity, apparent color, pH, turbidity and salinity) and microbiological parameters (total coliforms, and Escherichia coli) were evaluated before and after of filtration process. Rainwater presented values compatible with non-potable uses. The filter positively changed the rainwater quality from class 4 to class 3, according CONAMA resolution 357/2005. The use of rainwater was considered social technology due to the low cost and replicability.

From the perspective of optimizing the planning, management and management of water resources in the national context the hydrometeorological monitoring systems have gone through the process of technological innovation. Increased monitoring of potential for reduced costs and improved quality of monitored data motivate this field of research. Starting from the importance of the variables of temperature and relative humidity among the variables monitored, this paper proposes the development of three hardware systems and software based on an open platform, which measure these values accurately from three sensors low cost, RHT01, RHT02 and RHT03 available in the market from the year 2005. These sensors are part of the advancement of sensor lines, newly created, polymer and semiconductor oxides. The technological base of each system is the microcontroller "arduino rev. 3 ", which he managed an electronic circuit capable of collecting and storing data from hydro-meteorological variables, in a flash memory device (sd card). Then, in order to check the reliability on the operation, each system was subjected to three data collection tests, at three different sites operating simultaneously with conventional systems used by the Micrometeorology Laboratory of UFSM (LMMET/UFSM). Local tests are situated in the municipality of Santa Maria, in the state of Rio Grande do Sul, Brazil. The microclimate conditions were different among trials due to location. The first test was performed on the terrace of the INPE-UFSM facilities, the second test in micrometeorology Laboratory of UFSM and the third in a rural area of central campus of UFSM, characterized by the pampa biome, which is located a network monitoring tower micro-sulfux. The collections occurred during the months from April to June, representing the final step of the fall season and the beginning of winter in 2015. The first trial lasted eleven days, the second and third Thirteen Eleven. The time discretization of the collections was a minute. With the data collected was carried out comparative analysis of inexpensive and conventional systems by graphic systems for analysis, descriptive statistics, and statistics such as Pearson correlation coefficients, ANOVA and Tukey test. With determination coefficient values (R2) higher than 0.90 in all tests and no significant difference between low-cost sensors and analyzed conventional systems, with only one exception, the results indicated the feasibility of using these sensors to generate Data medium temperature and relative humidity for a minimum time interval from generation 1 minute, 15 minutes, 30 minutes and 1 hour. The results also indicated the possibility of further quantitative research on the influence of the sensors under the measured data. / Na perspectiva de otimizar o planejamento, manejo e gestão dos recursos hídricos no contexto nacional os sistemas de monitoramento hidrometeorológico tem passado pelo processo de inovação tecnológica. O aumento do potencial de monitoramento pela diminuição dos custos e a melhora na qualidade dos dados monitorados motivam esse campo de pesquisa. Partindo-se da relevância das variáveis de temperatura e umidade relativa do ar dentre as variáveis monitoradas, o presente trabalho propõe o desenvolvimento de três sistemas de hardware e software baseados em uma plataforma livre, que meçam essas grandezas com precisão a partir de três sensores de baixo custo, RHT01, RHT02 e RHT03, disponíveis no mercado a partir do ano de 2005. Estes sensores fazem parte do avanço das linhas de sensores, recém-criadas, de polímeros e óxidos semicondutores. A base tecnológica de cada sistema foi o microcontrolador arduino rev. 3 , o qual gerenciou um circuito eletrônico capaz de coletar e armazenar dados das variáveis hidrometeorológicas, em um dispositivo de memória flash ( sd card ). Em seguida, com o objetivo de verificar a confiabilidade quanto ao funcionamento, cada sistema foi submetido a três testes de coleta de dados, em três locais diferentes operando em simultâneo com sistemas convencionais utilizados pelo Laboratório de Micrometeorologia da UFSM (LMMET/UFSM). Os locais dos testes estão situados no município de Santa Maria, no Estado do Rio Grande do Sul, Brasil. As condições de microclima entre os testes eram diferentes em virtude do local. O primeiro teste foi realizado no terraço das instalações do INPE-UFSM, o segundo teste no laboratório de micrometeorologia da UFSM e o terceiro em uma área rural do campus central da UFSM, caracterizada pelo bioma pampa, onde fica localizada uma torre de monitoramento da rede micro-sulfux. As coletas ocorreram durante os meses de abril a junho, correspondendo a etapa final da estação de outono e início do inverno no ano de 2015. O primeiro teste durou onze dias, o segundo treze e o terceiro onze. A discretização temporal das coletas foi de um minuto. Com os dados coletados realizou-se análise comparativa dos sistemas de baixo custo e os sistemas convencionais mediante a análise de gráficos, medidas descritivas, e de estatísticas tais como a correlação linear de Pearson, análise de variância e teste Tukey. Com valores de coeficiente de determinação (R2) superiores a 0,90 em todos os testes e não havendo diferença significativa entre os sensores de baixo custo analisados e o sistemas convencional, com apenas uma única exceção, os resultados indicaram a viabilidade do uso destes sensores para geração de dados médios de temperatura e umidade relativa do ar para intervalo de tempo mínimo de geração de 1 minuto, 15 minutos, 30 minutos e 1 hora. Os resultados também indicaram a possibilidade de pesquisas quantitativas posteriores sobre a influência do abrigo dos sensores nos dados mensurados.

A terapia de tratamento de feridas por pressão negativa (TPN) não é nova. Ela foi aprovada nos Estados Unidos da América em 1996 e, desde então, tem sido amplamente utilizada em uma grande variedade de ferimentos. Ela tem aplicação no tratamento de feridas agudas e crônicas, e trouxe conforto para pacientes, cuidadores e profissionais da área da Saúde. Uma das indicações desta terapia é no tratamento de feridas decorrentes de trauma. Ela pode ser utilizada como uma \"ponte\" entre o surgimento da lesão inicial e a cirurgia de fechamento definitivo da ferida, naqueles casos em que o fechamento primário não é possível. O grande obstáculo para democratização desse procedimento é o custo. Ele se mantém alto, principalmente nos pacientes que necessitam de um uso prolongado do método. Na tentativa de contornar esse problema, o Hospital Universitário da USP desenvolveu em 2007 uma TPN de baixo custo baseada em uma válvula estabilizadora de pressão (Curavac VX 200®, Ventrix Health Innovation, Brasil) conectada à fonte de vácuo da parede do hospital e a uma cobertura de ferida com gaze estéril selada por filme plástico adesivo. Este estudo comparou essa terapia de baixo custo (grupo USP) com a terapia padrão no Mercado (VAC system®, KCI, San Antonio - Texas) - Grupo VAC em um desenho prospectivo, randomizado, no formato de não inferioridade. Ou seja, o objetivo primário era verificar se o tempo necessário para a ferida estar apta para cirurgia de fechamento definitivo era equivalente nos dois métodos propostos. Foram estudadas, também, a velocidade de crescimento do tecido de granulação e as mudanças na área da ferida, além do custo de cada tratamento. Em relação ao tempo necessário para ferida estar apta para a cirurgia de retalho, o Grupo USP apresentou um resultado de 9,6±4,5 dias. O Grupo VAC apresentou 12,8±8,6 dias. A diferença não foi estatisticamente significante (p=0,379). Em relação ao aumento de tecido de granulação por dia de tratamento, os dois métodos apresentaram resultados semelhantes: USP= 5,79 ± 2,93% e VAC 5,06 ± 5,15% (p=0,408). Em relação à variação de área, os dois grupos apresentaram um aumento: USP 1,13 ±0,80% e VAC 1,12 ± 0,80% (p=0,934). Foi observada uma importante diferença entre os custos do tratamento. O tratamento no Grupo USP custou, em média, R$ 47,89; enquanto o tratamento no grupo VAC, R$ 2.757,40. Conclusão: A terapia USP de tratamento de feridas por pressão negativa não é inferior à terapia VAC system® no tratamento de feridas complexas de origem traumática / Negative Pressure Wound Therapy (NPWT) was approved by the FDA in 1996 and since then has become widely adopted for a broad range of wounds. NPWT has many indications, both acute and chronic, and has brought great comfort to patients, caregivers, doctors, and nurses. Some authors suggest that NPWT may be used in traumatic wounds when primary closure is not possible after or in between debridements as a bridge to definitive closure. The big real obstacle to this useful procedure is the cost, which remains expensive for prolonged indications, making it unaffordable where these dressings are needed. In 2007 the University of São Paulo developed a low-cost NPWT based in a pressure stabilizer device (Curavac VX 200®, Ventrix Health Innovation, Brazil) connected to the hospital wall-vacuum and a gauzed-sealed dressing. No randomised trial has compared USP Negative Pressure Wound Therapy with the commercial vacuum assisted closure device (VAC system®). Our choice of a non-inferiority trial was based on the expectation that the time necessary for the improvement of the wound bed for patients treated with the USP therapy was no worse than the improvement time for VAC System (primary outcome). The wound bed area variation and granulation tissue growth were also assessed as secondary outcomes. In relation to the time (measured in days) necessary for the wound bed to became ready for the flap surgery, the USP group presented 9,6 ± 4,5 days. The VAC group presented 12,8 ± 8,6 days. The difference was not statistical significant (p=0,379). In relation to granulation tissue increase the two methods of NPWT (USP and VAC) presented very similar results: USP= 5,79( ± 2,93) and VAC 5,06 ( ± 5,15) (p=0,408). Regarding to wound area the both groups presented an increase: USP 1,13 ± 0,80 and VAC 1,12( ± 0,80) p=0,934. We observed an important difference in relation to treatment costs. The USP group treatment cost is about 2% compared with VAC group. Mean Treatment Cost: USP= US$ 15,15; VAC= US$ 872,59. Conclusion: The USP Negative Pressure Wound Therapy was non-inferior to VAC System for the treatment of complex traumatic injuries

A oxidação cíclica é um fenômeno que pode trazer problemas a diversas indústrias e, apesar de estudada em grande medida para materiais de alto desempenho, como superligas, pesquisas em materiais menos nobres são incipientes. Essa tese teve como objetivo investigar as propriedades de oxidação cíclica de materiais ferrosos de baixo custo e compará-las com as do aço inoxidável fundido ASTM A 297 grau HH modificado. A motivação surgiu de uma análise de falha de componente feito com aço HH e da possibilidade de pesquisar materiais com melhor relação custo-benefício em aplicações onde a principal solicitação seja a de resistência à oxidação cíclica. Seis ligas ferrosas com teores de cromo e níquel menores que o do aço HH, ou sem esses elementos, compuseram o estudo. Nestas ligas, os elementos silício e alumínio (1 liga) foram utilizados como alternativa para resistir à oxidação. As composições das ligas (% em peso) foram aproximadamente Fe-15Al-1,1C, Fe-14,5Si-4Cr-0,75C, Fe-5Si-5Cr-V-C, Fe-5Si-5Cr-4Ni-Nb-C, Fe-17Mn-5Si-10Cr-4Ni-V-C e Fe-12Mn-5Si-10Cr-4Ni-Nb-C, além do aço HH modificado (HH-mod). Foram realizados ensaios de oxidação cíclica nas temperaturas de 800, 900 e 1000 ºC e ensaios de dureza, tração e impacto. As ligas mostraram fragilidade, com exceção das ligas com alto teor de manganês que superaram o aço HH-mod em tenacidade. Em oxidação cíclica, as ligas apresentaram boa resistência, com taxas de variação de massa pequenas ou moderadas, e quando houve destacamento, este foi menor que o apresentado pelo aço HH-mod. Camadas oxidadas foram caracterizadas por técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia por dispersão de energia de raios-X (EDX) e difração de raios-X (DRX). Foi possível verificar a formação de óxidos protetores de Si, Cr ou Al, mas também de Fe, Cu e principalmente Mn. Por fim, a determinação das cinéticas de ganho de massa e destacamento mostrou que apesar de algumas ligas apresentarem kp maiores que os do aço HH-mod, todas sofreram menores destacamentos, o que ocorreu para o aço HH-mod nas três temperaturas, devido à diferença entre coeficientes de expansão térmica da matriz austenítica e dos óxidos. Dentre as demais ligas, Fe-15Al-1,1C e Fe-5Si-5Cr-4Ni-Nb-C não sofreram destacamentos e apresentaram baixo ganho de massa, devido às finas camadas de óxido e assim apresentando os melhores resultados. / The cyclic oxidation phenomenon can cause problems to several industries. Although studied in high performance materials, as superalloys, researches on less noble materials are incipient. The aim of this thesis was investigate the cyclic oxidation properties of low cost iron-based alloys and compare them with a cast stainless steel ASTM A 297 HH modified grade. The motivation was a failure analysis on a component made of HH and the possibility of research materials with a better cost-benefit ratio for applications where the main solicitation is the cyclic oxidation resistance. Six alloys with less chromium and nickel amount than HH steel, or without these elements, constituted the study. In these alloys, silicon and aluminum (1 alloy) were used to improve the oxidation resistance. The alloy compositions (weight %) were nearly Fe-15Al-1,1C, Fe-14,5Si-4Cr-0,75C, Fe-5Si-5Cr-V-C, Fe-5Si-5Cr-4Ni-Nb-C, Fe-17Mn-5Si-10Cr-4Ni-V-C and Fe-12Mn-5Si-10Cr-4Ni-Nb-C, and the HH steel modified (HH-mod). Cyclic oxidation tests were performed at 800, 900 and 1000 ºC and also hardness, impact and tensile tests. The alloys studied presented brittleness, and only the high Mn alloys had better mechanical properties than HH-mod steel. The alloys presented good results on cyclic oxidation, with low or moderate oxidation rates and when suffering spallation, it was less than HH-mod steel. Oxidized scales were characterized by scanning electron microscope (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS) and X-Ray diffraction (XRD). The formation of protective oxide of Si, Cr or Al was noticed, but also Fe, Cu and Mn oxides were found. Finally, the mass gain and spallation kinetics was determined, and spite the fact of some alloys having higher kp values than HH-mod, no alloys suffered more spallation than HH steel. The austenitic matrix was considered the responsible of this behavior in all temperatures, due to the high thermal expansion coefficient compared with oxides. The better results were found to Fe-15Al-1,1C and Fe-5Si-5Cr-4Ni-Nb-C alloy, with low mass gain and without spalling, on account of the thin oxide scales formed.

Submitted by Bruno Albuquerque de Castro null (bruno.castro@feb.unesp.br) on 2016-06-01T17:52:34Z No. of bitstreams: 1 Bruno_Albuquerque_de_Castro_MestradoEE.pdf: 3788528 bytes, checksum: 28b69717116921fa999eda08254ac160 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-06-02T19:10:47Z (GMT) No. of bitstreams: 1 castro_ba_me_bauru.pdf: 3788528 bytes, checksum: 28b69717116921fa999eda08254ac160 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-02T19:10:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 castro_ba_me_bauru.pdf: 3788528 bytes, checksum: 28b69717116921fa999eda08254ac160 (MD5) Previous issue date: 2016-05-25 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O monitoramento e a localização precoce de descargas parciais em aparelhos de alta tensão, como nos transformadores de potência, são de fundamental importância para a prevenção de problemas funcionais associados à degradação contínua dos materiais que compõe o isolamento elétrico destes tipos de aparelho. Alguns fatores críticos na operação dos transformadores, como o funcionamento em sobrecarga, superaquecimento, transitórios e sinais elétricos de grande conteúdo harmônico vinculados a sistemas chaveados, em longo prazo, fazem com que o sistema de isolação de um transformador apresente degradação de suas propriedades físicas e químicas intrínsecas aos diversos tipos de materiais utilizados para esta finalidade e, deste modo, surjam descargas parciais. Este trabalho teve como objetivo aplicar sensores piezelétricos de baixo custo para a identificação e localização de descargas parciais em transformadores de potência por meio de sistemas inteligentes do tipo Redes Neurais e sistema de inferência neuro fuzzy adaptativos. Ambos os sistemas foram treinados com algumas métricas de processamento de sinais e os resultados de erro médio de localização chegaram na casa dos milímetros. Variou-se o número de sensores acoplados e foi realizado um estudo sobre os resultados de localização obtidos. / Partial discharge damages in power transformers require high cost monitoring procedures based on corrective maintenance or even interruptions of the power system. The development of online non-invasive monitoring systems to detect partial discharges in power transformers has great relevance since it can reduce significant maintenance costs. Some critical factors in the operation of transformers such as overload, nonlinear loads, transient voltage surges by atmospheric origin and switching, can make the insulation system of transformers to lose their physical and chemical properties. Therefore, these operating conditions can cause early deterioration of the insulation, causing internal partial discharges that may develop into major defects and thus shorten the useful life of electrical equipment. This research aimed to apply a low cost piezoelectric sensors for partial discharge identification and location in power transformers through intelligent systems such as neural networks and adaptive fuzzy inference system. Both systems were trained with some signal processing metrics and the results for location error was in the region of millimeters. It was varied the number of coupled sensors and a study was conducted on the obtained location results.