O glicerol pode ser aproveitado em processos biotecnológico como substrato, para a obtenção de diversos produtos, dentre eles os óleos microbianos. Desta forma, o presente estudo teve como objetivo avaliar a obtenção de lipídeos pela levedura Rhodotorula glutinis a partir de glicerol. Na etapa inicial deste estudo foram realizados ensaios em frascos agitados de 250 mL, contendo 50 mL de meio, segundo um planejamento experimental 24, com face centrada e repetições no ponto central, no qual foram avaliadas as influências das variáveis concentração de substrato (40 a 200 g/L), da razão carbono/nitrogênio (20:1 a 100:1), pH (5 a 7) e concentração de inóculo (1 a 5 g/L), sobre a produção de lipídeos. Verificou-se nesta etapa que, dentro da região avaliada, a concentração de substrato, o pH e a razão carbono/nitrogênio (C/N), apresentaram efeitos estatisticamente significativos sobre a produção de lipídeos. Dentre estas variáveis, a concentração de substrato e o pH apresentaram comportamento quadrático, com pontos de máximo acúmulo de lipídeos próximos a 140 g/L e pH 6,5, respectivamente. Quanto a razão C/N, esta variável mostrou um efeito positivo sobre o acúmulo de lipídeos, ou seja, dentro a região avaliada, o aumento da razão C/N levou a um aumento do acúmulo de lipídeos pela levedura. Nos cultivos realizados nas condições determinadas pelo modelo para maximizar o acúmulo de lipídeos foram alcançadas concentrações de células de 30 ± 1 g/L e lipídios de 15 ± 3 g/L, em 200 h de cultivo. Na segunda etapa deste estudo foi avaliada a ampliação de escala dos cultivos da levedura de frascos agitados para biorreatores de agitação pneumática do tipo coluna de bolhas (CB) e airlift (AL), com volumes de 0,5 e 1,8 L. Os cultivos em biorreatores foram realizados empregando-se as condições otimizadas na etapa anterior deste trabalho. De modo geral, os cultivos realizados em biorreatores de bancada aprestaram concentração de células (15 a 21 g/L) e de lipídeos (5 a 9 g/L), inferiores aos observados em frascos agitados (30 g/L de células e 15 g/L de lipídeos). Tal resultado pode estar relacionado a condição de disponibilidade de oxigênio uma vez que o coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio (kLa) para os cultivos em frascos agitados (kLa 49 h-1) foi superior ao alcançado em biorreatores (kLa ente 20 e 30 h-1). Nesta etapa, verificou-se ainda que, os biorreatores do tipo CB possibilitaram alcançar uma concentração de lipídeos (8 a 9 g/L) superior à obtida nos reatores AL (5 a 7 g/L), além de proporcionar uma condição de mistura mais eficiente. Quanto a composição do óleo microbiano (OM) extraído da biomassa celular ao fim do cultivo, verificou-se elevados teores dos ácidos graxos palmítico (C16:0), esteárico (C18:0), oleico (C18:1) e linoleico (C18:2), os quais corresponderam a cerca de 95% de sua composição. A proporção de ácidos graxos de dezesseis e dezoito carbonos do óleo microbiano assemelha-se a encontrada no óleo de soja (cerca de 94% de C16 e C18), o que possibilita o emprego deste óleo para finalidades semelhantes às do óleo de soja, como por exemplo, produção de biodiesel. / Glycerol can be used in biotechnological processes as a substrate to obtain various products, among them microbial oils. In this way, the present study aims to evaluate the lipids production by the yeast Rhodotorula glutinis from glycerol. In the initial stage of this study, experiments were performed in 250 mL shaken flasks, containing 50 mL of medium, according to an experimental design 24, face centered and repetitions at the central point, in which the substrate concentration (40 to 200 g/L), carbon/nitrogen ratio (20:1 to 100:1), pH (5 to 7) and inoculum concentration (1 to 5 g/L) effects on lipid production were evaluated. It was verified that, within the evaluated region, the substrate concentration, pH and carbon/nitrogen ratio (C/N) had statistically significant effects on lipid production. Among these variables, the substrate concentration and pH presented a quadratic behavior, with maximum lipids accumulation points close to 140 g/L and pH 6.5, respectively. The C/N ratio presented a positive effect on the lipid accumulation, that is, within the region evaluated, the increase in the C/N ratio led to an increase in the lipid accumulation by yeast. Cultures performed under conditions determined by the model to maximize lipid accumulation reached cell concentrations of 30 ± 1 g/L and lipids of 15 ± 3 g/L in 200 h of culture. In the second stage of this study, the scale-up of the yeast shake flasks cultures for bubble column (CB) and airlift (AL) pneumatic agitation bioreactors, with volumes of 0.5 and 1.8 L, were evaluated. Cultures in bioreactors were performed using the optimized conditions in the previous stage of this work. In general, cultures in bioreactors presented cells concentrations (15 to 21 g / L) and lipids (5 to 9 g/L) lower than those observed in shaker flasks (30 g/L of cells and 15 g/L of lipid). This result may be related to the oxygen availability condition since the volumetric oxygen transfer coefficient (kLa) for cultures in shaker flasks (kLa 49 h-1) was higher than in bioreactors (kLa 20 and 30 h-1). In this stage, it was also verified that CB-type bioreactors achieve a lipid concentration (8 to 9 g/L) higher than that obtained in AL reactors (5 to 7 g/L), besides providing more efficient mixing conditions. About the composition of the microbial oil (MO), extracted from the cell biomass at the end of the cultivation, presented high levels of palmitic (C16: 0), stearic (C18: 0), oleic (C18:1) and linoleic (C18:2) fatty acids, which corresponded to about 95% of its composition. The proportion of microbial oil fatty acids of sixteen and eighteen carbons resembles that found in soybean oil (about 94% C16 and C18), which makes it possible to use this oil for similar purposes as soybean oil, such as biodiesel production, for example.

O deslocamento de bolhas gasosas imersa em meio líquido tem sido bastante estudado nas últimas décadas, devido à aplicabilidade deste fenômeno em diversas áreas da engenharia, tais como: máquinas hidráulicas, turbo bombas, extração de petróleo, processamento de alimentos, bioengenharia, etc. Este trabalho reporta os resultados de uma investigação experimental e numérica do escoamento ao redor e no interior de bolhas de ar esféricas com velocidade ascendente terminal, bem como a determinação de alguns parâmetros adimensionais (números de Reynolds, coeficiente de arrasto, etc.) que caracterizam esse tipo de escoamento. A técnica experimental utilizada para a determinação de tais parâmetros foi a de visualização de escoamento, onde foram captadas imagens de bolhas imersas em meio líquido à velocidade terminal de ascensão. Paralelamente foram medidas a vazão do escoamento e o diâmetro das bolhas, permitindo assim a determinação dos parâmetros adimensionais supracitados. Para a obtenção da solução numérica do problema, utilizou-se um programa computacional, que possibilitou a resolução das equações diferenciais parciais (EDP's) não-lineares de Navier-Stokes e da equação da continuidade (equação da pressão). Tal programa resolveu as EDP's utilizando-se do método de Elementos Finitos. Simultaneamente, foi resolvido uma equação para a função corrente com o intuito de visualizar o campo de linhas decorrentes ao redor e no interior da bolha. Por fim, os resultados numéricos para a bolha de ar foram comparados com os dados experimentais obtidos e com os outros resultados provenientes da literatura específica.

O presente trabalho teve como objetivo avaliar as interações entre bolhas com distintos tamanhos (diâmetros) e partículas minerais e o efeito de combinações destas bolhas na flotação de minérios, em escala de bancada. As bolhas empregadas nesses estudos foram: i) Nanobolhas – NBs, diâmetro médio de 150 – 200 nm; ii) Microbolhas – MBs, diâmetro médio de 70 μm; e iii) Macrobolhas – MaBs, diâmetro médio de 1 mm. As dispersões de NBs e MBs foram geradas a partir da despressurização de água saturada com ar e cavitação hidrodinâmica em válvula agulha. As pressões de saturação foram, respectivamente, 2,5 e 4,0 bar. Os estudos de interação bolhas-partícula mineral foram desenvolvidos utilizando um sistema fotográfico que permitiu avaliar a adesão de bolhas às partículas de quartzo (grão de alta pureza) e apatita em função do tipo de bolhas injetadas. Os resultados mostraram que a maior adesão de bolhas no grão de apatita ocorreu com a combinação de NBs + MBs + MaBs e, no caso do quartzo, uma expressiva concentração de MaBs aderidas foi obtida após “condicionamento” do mineral com NBs. As NBs ficaram confinadas às superfícies dos grãos minerais devido à dissipação da energia livre superficial dos sólidos em função de sua rugosidade e, desta forma, aumentaram o mecanismo de adesão de outras bolhas (MBs e/ou MaBs). O estudo de avaliação das associações de bolhas na flotação foi realizado com os sistemas minerais quartzo e minério fosfático. No caso do minério fosfático, constituído por 35% de partículas finas (< 37 μm), os estudos avaliaram a combinação de i) NBs + MaBs; ii) MBs + MaBs; e iii) NBs + MBs + MaBs, nos parâmetros cinéticos e de separação na flotação, em relação ao ensaio standard, que emprega o uso de apenas MaBs. Os efeitos foram avaliados em quatro situações que compreenderam variação de porcentagem de sólidos (28 e 35% em peso) e concentração de reagentes (1000 g.t-1 de coletor + 600 g.t-1 de depressor; e 500 g.t-1 de coletor + 300 g.t-1 de depressor; sendo que o coletor de apatita empregado foi óleo de soja saponificado com hidróxido de sódio e o depressor das partículas de ganga - magnetita, carbonatos, micas, quartzo, diopsídio e perovskita/anatásio - foi amido de milho gelatinizado com hidróxido de sódio). O emprego combinado de bolhas apresentou incrementos na recuperação de P2O5, com pequena queda no teor de P2O5 e elevada cinética, em relação aos ensaios STD em praticamente todas as condições estudadas, com valores variando entre 0,2 e 8.9%. Os incrementos quando a porcentagem de sólidos foi de 35% p/p (até 2,7%) foram consideravelmente menores que os obtidos com 28% de sólidos (até 8,9%). Em algumas condições, o uso concomitante de MBs + MaBs e NBs + MBs + MaBs foi capaz de superar, já na primeira coleta (1,5 min de ensaio), a recuperação total de fosfato obtida no ensaio standard. No caso do quartzo, os ensaios de microflotação (realizados em tubo de Hallimond modificado) com e sem a presença de NBs mostraram que a associação de NBs às MaBs aumentou a recuperação de quartzo (até 39%) em praticamente todas as condições estudadas, mostrando sua efetividade tanto com partículas finas quanto com as mais grossas. Já os ensaios realizados em célula mecânica com e sem adição de NBs, mostraram que o emprego de NBs foi responsável pelo aumento de 23 pontos percentuais na recuperação de quartzo. Ainda, a cinética de flotação aumentou significativamente e já no primeiro min do ensaio com NBs obteve-se cerca do dobro da recuperação de quartzo do ensaio standard. Os resultados obtidos na dissertação mostram o elevado potencial das NBs combinadas a outras distribuições de tamanhos de bolhas na melhoria do processo de adesão bolha-partícula e na flotação de minérios fosfáticos finos e de frações granulométricas distintas de quartzo, principalmente em tempos curtos. / The objective of this work was to evaluate the interactions between bubbles with different sizes (diameters) and mineral particles and the effect of the combinations of these bubbles on the flotation of ores, on a bench scale. The bubbles used in these studies were: i) Nanobubbles - NBs, mean diameter of 150-200 nm; ii) Microbubbles - MBs, average diameter of 70 μm; and iii) Macrobubbles - MaBs, average diameter of 1 mm. Dispersions of NBs and MBs were generated after depressurizing-cavitation of the saturated water in air. The saturation pressures were, respectively, 2.5 and 4.0 bar. The bubble-particle mineral interaction studies were developed using a photographic system that allowed to evaluate the adhesion of bubbles to the particles of quartz (high purity grain) and apatite according to the type of bubbles injected. The results showed that the highest adhesion of bubbles in the apatite grain occurred with the combination of NBs + MBs + MaBs and, in the case of quartz, an expressive concentration of adhered MaBs was obtained after "conditioning" of the mineral with NBs. The NBs were confined to the surfaces of the mineral grains as a result of the dissipation of the free surface energy of the solids due to their roughness and, therefore, it increased the adhesion mechanism of other bubbles (MBs and / or MaBs). The study of the evaluation of the associations of bubbles in the flotation was carried out with the mineral systems quartz and phosphate ore. In the case of phosphate ore, consisting of 35% fine particles (<37 μm), the studies evaluated the combination of i) NBs + MaBs; ii) MBs + MaBs; and iii) NBs + MBs + MaBs, in the kinetics and flotation separation parameters, in relation to the standard test, which employs the use of only MaBs. The effects were evaluated in four situations involving percentage of solids (28 and 35% by weight) and concentration of reagents (1000 g·t-1 collector + 600 g·t-1 depressant and 500 g·t-1 collector + 300 g·t-1 of depressor; the apatite collector used was a saponified soybean oil with sodium hydroxide and the depressant of the ganga - magnetite, carbonates, micas, quartz, diopside and perovskite / anatase particles - was a gelatinized corn starch with sodium hydroxide). The combined use of bubbles presented increases in the recovery of P2O5, with a small drop in P2O5 content and high kinetics, in relation to the STD tests in practically all the studied conditions, with values varying between 0.2 and 8.9%. The increments when the percentage of solids was 35% w/w (up to 2.7%) were considerably lower than those obtained with 28% solids (up to 8.9%). In some conditions, the concomitant use of MBs + MaBs and NBs + MBs + MaBs was able to overcome, in the first min and a half of the test, the total phosphate recovery obtained in the standard tests. Regarding the quartz, the microflotation tests (performed in modified Hallimond tube) with and without the presence of NBs showed that the association of NBs with MaBs increased the recovery of quartz (up to 39%) in practically all the studied conditions, showing its effectiveness with both fine and coarse particles. However, the tests performed in mechanical cell with and without addition of NBs showed that the use of NBs was responsible for the increase of 23 percentage points in quartz recovery. Also, flotation kinetics increased significantly and ealier in the first min of the NBs test, about twice the quartz recovery of the standard test was achieved. The results obtained in the dissertation show the high potential of NBs combined with other bubble size distributions in the improvement of the bubble-particle adhesion process and the flotation of fine phosphatic or quartz granulometric fractions, especially in short times.

A distribuição do tamanho de bolhas é uma importante característica em sistemas bifásicos. A área interfacial de bolhas está fortemente relacionada às taxas de reações químicas e de transferência de massa em aplicações industriais como colunas de destilação e fermentação, sistemas biológicos, oxidação, hidrogenação, tratamento de água, e em processos naturais, como dinâmicas de aerossóis e transferência de gás oceano-atmosfera. Pontas de provas intrusivas são largamente usadas para determinar a distribuição do tamanho de bolhas em colunas de borbulhamento bifásicas. Embora o tamanho de bolhas não possa ser obtido diretamente pelo uso de uma simples ponta de prova porque estas medem somente comprimentos perfurados em bolhas, é possível relacionar distribuições de cordas à distribuição de tamanho de bolhas usando análises estatísticas. Este trabalho apresenta a implementação de um sistema capaz de medir distribuição de tamanho de bolhas em uma coluna de borbulhamento composta por água e ar através de uma ponta de prova condutiva. Imagens obtidas por uma câmera de vídeo CCD (Charge-Coupled Devices) monocromática são usadas para validar e calibrar o sistema. / The distribution of bubble sizes is a critical feature in two–phase systems. The interfacial area of bubbles is strongly related to chemical reaction and mass transfer rates in industrial applications such as distillation and fermentation columns, biological systems, oxidation, hydrogenation, waste water treatment and in natural processes such as aerosol dynamics and air-sea gas transfer. Intrusive probes are widely used to determine bubble size distribution in two-phase bubble columns. Although bubble size cannot be obtained by a simple probe because it measures only the pierced length of the bubbles, it is possible to relate chord distributions to bubble size distribution by the use of statistical analysis. This work proposes a system implementation which is able to determine bubble size distribution in a water-air bubble column using an intrusive conductance probe. Images obtained by a monochromatic video camera CCD (Charge-Coupled Devices) are used to validate and calibrate the system.

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Fundamentos e Aplicações da Mecânica dos Fluídos, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação das Professoras Doutoras Alexandra Maria Ferreira Rodrigues Pinto e Maria Teresa Sena Esteves

Orientador: Marcelo Nalin / Banca: Sandra Helena Pulcinelli / Banca: Danilo Manzani / Resumo: O grande interesse das indústrias de embalagens de vidro está focado na redução de custos que envolvem o processo contínuo da produção dos frascos e seus impactos na produtividade. Para isso, os frascos de vidro devem estar de acordo com as necessidades do mercado consumidor. Assim, é de grande importância para esta indústria o conhecimento dos padrões de qualidade dos frascos produzidos, identificando os possíveis problemas, analisando suas origens e sanando os mesmos. Neste contexto, o presente trabalho foi baseado no estudo da melhoria do processo de conformação de frascos de vidro utilizados no armazenamento de medicamentos e perfumes, através do controle de propriedades mecânicas e ópticas. As propriedades mecânicas foram analisadas com o intuito de evitar-se a presença de trincas e fraturas, e através das propriedades ópticas avaliou-se a cor, propriedades relacionadas ao brilho e transparência, assim como os processos de oxi-redução que são responsáveis pela coloração dos vidros e bolhas. Os vidros foram caracterizados empregando-se as seguintes técnicas: espectroscopia na região do Ultravioleta-vísivel (UV-Vis), espalhamento Raman, calorimetria exploratória diferencial (DSC), microscopia óptica e perfilometria. Dentre as técnicas de caracterizações citadas anteriormente, a principal técnica utilizada neste trabalho foi a espectroscopia Raman, com a qual foi possível caracterizar e identificar as impurezas contidas nos frascos de vidro analisados. A presença de impurez... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The great interest of the glass packaging industries is focused on reducing costs that involve the continuous process of bottle production and its impacts on productivity. For this, the glass jars must conform to the needs of the consumer market. Thus, it is of great importance for this industry the knowledge the quality standards of the bottles produced, identifying the possible problems, analyzing its origins and healing them. In this context, the present work was based on the study of the improvement of the process of conformation of glass bottles used in the storage of medicines and fragrances, through the control of mechanical and optical properties. The mechanical properties were analyzed in order to avoid the presence of cracks and fractures, and the optical properties were used to evaluate the color, properties related to brightness and transparency, as well as the oxi-reduction processes that are responsible for the color of glasses and bubbles. Glasses were characterized using the following techniques: ultraviolet-visible (UV-Vis) spectroscopy, Raman scattering, differential scanning calorimetry (DSC), optical microscopy and profilometry. Among the characterization techniques mentioned above, the main technique used in this work was Raman spectroscopy, with which it was possible to characterize and identify the impurities contained in the analyzed glass bottles. The presence of impurities can generate cracks, bubbles and influence the coloring of the jars, these bei... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Esta dissertação investiga os processos que levam células a se organizarem em certas configurações, focando propriedades topológicas, geométricas e aquelas originadas na sua dinâmica. Para tanto, começamos revisando propriedades de topologia de equilíbrio de sistemas que minimizam áreas de contato entre células. Prosseguimos com o estudo de estruturas de células biológicas, incorporando as devidas modificações provenientes das propriedades biológicas, sendo introduzida, por exemplo, a Hipótese da Adesão Diferenciada formulada por Steinberg (1975). Suas implicações são estudadas utilizando o Modelo Celular de Potts ao realizar simulações de Monte Carlo. Mostramos resultados das dinâmicas de reagrupamento celular que é um dos processos que ocorre na embriogênese e morfogênese, em que células se redistribuem de modo a formar padrões típicos. É feita uma análise, tanto teórica quanto por simulações, de como interações adesivas entre tipos diferentes de células, e estas com o meio, influenciam a evolução destas configurações. A seguir, tornamos evidente analogias entre tecidos e fluidos imiscíveis, de modo a explorar não apenas a influência de coesões e adesões celulares, como também propriedades viscoelásticas e de tensões superficiais apresentadas pelos agregados - estruturas macroscópicas constituídas por muitas subunidades celulares. Acompanhando os resultados teóricos, apresentamos observações experimentais de reorganização celular a partir de agregados aleatórios de células de hidras. A reorganização celular destes agregados é estudada a partir das configurações iniciais aleatórias até o momento em que se estabelece uma esfera com cavidade formada por duas camadas epiteliais, endoderme e ectoderme Neste estágio ocorrem os bursts, eventos de ruptura reversíveis do tecido superficial do agregado com expulsão do conteúdo contido na cavidade. É proposto um estudo via simulações deste fenômeno a fim de elucidar as propriedades básicas de deformações, adesões e movimentos de células num tecido. Ainda no contexto experimental, realizamos outras medidas nos agregados de hidra, como a obtenção de tensões superficiais e registro da dinâmica de arredondamento. Finalmente, unimos as considerações sobre topologias de estruturas celulares com as propriedades emergentes de interações de adesão com mais um elemento, mitose. Apresentamos modelos de crescimento celular e discutimos suas características para a dinâmica populacional de células. Ao introduzir dados sobre comportamentos regulatórios de proliferação celular, colocamos ênfase no estudo das patologias ao estudar câncer utilizando o Modelo de Gompertz como descrição da proliferação. Realizamos experiências utilizando 6 linhagens cancerígenas diferentes e propomos uma interpretação biológica dos parâmetros matemáticos que descrevem o crescimento. A hipótese por nós levantada é de que a forma da célula influencia no seu comportamento. Verificamos a viabilidade de tal hipótese através de uma série de simulações por Modelo Celular de Potts. Os resultados gerados se assemelham aos dados experimentais, de maneira que chegamos a conclusão final que processos intrínsecos regulatórios de uma célula (no caso o ciclo mitótico), propriedades adesivas de células, características fenotípicas e distribuições topológicas de um tecido, são intimamente interligados.

Em um trabalho anterior verificou-se que a formação de bolhas de He pressurizadas em um substrato Si é capaz de melhorar a qualidade cristalina de uma estrutura GaN/AlN crescida heteroepitaxialmente sobre Si. As bolhas atraem as discordâncias geradas na interface com o substrato Si e as redireciona para o mesmo, reduzindo a densidade de discordâncias na estrutura crescida. Porém, um sistema de bolhas com características similares e que apresente uma maior estabilidade térmica é mais adequado para esta finalidade de crescimento. Neste trabalho investigou-se sistemas contendo bolhas de Ne e He-Ne obtidos a partir de diferentes parâmetros de implantação e temperaturas de recozimento. Ne foi implantado a 350 e 450°C, e nas amostras co-implantadas com Ne e He também foi avaliada a ordem de implantação. Posteriormente, essas amostras foram submetidas a tratamentos térmicos rápidos desde 400 até 1000°C. As amostras foram caracterizadas por medidas de Retroespalhamento de Rutherford e Canalização (RBS/C), Detecção por Recuos Elásticos (ERD) e Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET). Foi observado um maior nível de danos residuais devido à implantação de Ne, mesmo tendo sido implantado a 350 ou 450ºC. Um maior nível de danos residuais leva a uma morfologia semelhante entre os sistemas Ne e He-Ne, onde são observadas apenas bolhas esféricas e sem a presença de campos de tensão nas imagens de MET. Quando é implantado apenas He, no mencionado trabalho anterior, as bolhas formadas são tipo placa e circundadas por campos de tensão. Porém, no caso co-implantado quando Ti(Ne) = 450ºC ou quando um recozimento a 1000ºC entre implantações (Ne implantado primeiro) é realizado, a redução dos danos residuais leva a um sistema que se assemelha ao He puro: ocorre a formação de bolhas híbridas mais pressurizadas e com morfologia mista entre elípticas e esféricas. / In a previous work it was observed that the formation of pressurized He bubbles in a Si substrate is able to improve the crystalline quality of a GaN/AlN structure heteroepitaxialy grown over Si. The bubbles attract the misfit dislocations generated at Si substrate and redirect them toward the substrate, reducing the dislocation density in the overgrown GaN layer. However, a bubbles system with similar properties and able to show higher thermal stability is more suitable for this grown purpose. In this work we have investigated systems containing Ne and He-Ne bubbles obtained from different implantation parameters and annealing temperatures. Ne implantation was performed at 350 and 450°C, and we also interchanged the implantation order at the He-Ne co-implanted systems. Subsequently, these samples were subjected to rapid thermal annealing from 400 to 1000°C. The samples were characterized by Rutherford Backscattering Spectrometry/Channeling (RBS/C), Elastic Recoil Detection (ERD) and Transmission Electron Microscopy (TEM). It was observed a higher residual damage level due to Ne implantation, even though it was implanted at 350 or 450°C. A higher damage level brings to a similar morphology between Ne and He-Ne systems, in which are just observed spherical bubbles with no stress field in the TEM images. When just He is implanted, in the mentioned previous work, the formed bubbles are plate like ones with the presence of stress field around them. However, in the co-implanted case when Ti (Ne) = 450ºC or when a 1000ºC is performed between implantations (Ne first implanted), the reduction of the residual damage brings to a system which is more He pure like: it occurs the formation of more pressurized hybrid bubbles and with a combined morphology between elliptical and spherical ones.

O presente trabalho teve como objetivo avaliar as interações entre bolhas com distintos tamanhos (diâmetros) e partículas minerais e o efeito de combinações destas bolhas na flotação de minérios, em escala de bancada. As bolhas empregadas nesses estudos foram: i) Nanobolhas – NBs, diâmetro médio de 150 – 200 nm; ii) Microbolhas – MBs, diâmetro médio de 70 μm; e iii) Macrobolhas – MaBs, diâmetro médio de 1 mm. As dispersões de NBs e MBs foram geradas a partir da despressurização de água saturada com ar e cavitação hidrodinâmica em válvula agulha. As pressões de saturação foram, respectivamente, 2,5 e 4,0 bar. Os estudos de interação bolhas-partícula mineral foram desenvolvidos utilizando um sistema fotográfico que permitiu avaliar a adesão de bolhas às partículas de quartzo (grão de alta pureza) e apatita em função do tipo de bolhas injetadas. Os resultados mostraram que a maior adesão de bolhas no grão de apatita ocorreu com a combinação de NBs + MBs + MaBs e, no caso do quartzo, uma expressiva concentração de MaBs aderidas foi obtida após “condicionamento” do mineral com NBs. As NBs ficaram confinadas às superfícies dos grãos minerais devido à dissipação da energia livre superficial dos sólidos em função de sua rugosidade e, desta forma, aumentaram o mecanismo de adesão de outras bolhas (MBs e/ou MaBs). O estudo de avaliação das associações de bolhas na flotação foi realizado com os sistemas minerais quartzo e minério fosfático. No caso do minério fosfático, constituído por 35% de partículas finas (< 37 μm), os estudos avaliaram a combinação de i) NBs + MaBs; ii) MBs + MaBs; e iii) NBs + MBs + MaBs, nos parâmetros cinéticos e de separação na flotação, em relação ao ensaio standard, que emprega o uso de apenas MaBs. Os efeitos foram avaliados em quatro situações que compreenderam variação de porcentagem de sólidos (28 e 35% em peso) e concentração de reagentes (1000 g.t-1 de coletor + 600 g.t-1 de depressor; e 500 g.t-1 de coletor + 300 g.t-1 de depressor; sendo que o coletor de apatita empregado foi óleo de soja saponificado com hidróxido de sódio e o depressor das partículas de ganga - magnetita, carbonatos, micas, quartzo, diopsídio e perovskita/anatásio - foi amido de milho gelatinizado com hidróxido de sódio). O emprego combinado de bolhas apresentou incrementos na recuperação de P2O5, com pequena queda no teor de P2O5 e elevada cinética, em relação aos ensaios STD em praticamente todas as condições estudadas, com valores variando entre 0,2 e 8.9%. Os incrementos quando a porcentagem de sólidos foi de 35% p/p (até 2,7%) foram consideravelmente menores que os obtidos com 28% de sólidos (até 8,9%). Em algumas condições, o uso concomitante de MBs + MaBs e NBs + MBs + MaBs foi capaz de superar, já na primeira coleta (1,5 min de ensaio), a recuperação total de fosfato obtida no ensaio standard. No caso do quartzo, os ensaios de microflotação (realizados em tubo de Hallimond modificado) com e sem a presença de NBs mostraram que a associação de NBs às MaBs aumentou a recuperação de quartzo (até 39%) em praticamente todas as condições estudadas, mostrando sua efetividade tanto com partículas finas quanto com as mais grossas. Já os ensaios realizados em célula mecânica com e sem adição de NBs, mostraram que o emprego de NBs foi responsável pelo aumento de 23 pontos percentuais na recuperação de quartzo. Ainda, a cinética de flotação aumentou significativamente e já no primeiro min do ensaio com NBs obteve-se cerca do dobro da recuperação de quartzo do ensaio standard. Os resultados obtidos na dissertação mostram o elevado potencial das NBs combinadas a outras distribuições de tamanhos de bolhas na melhoria do processo de adesão bolha-partícula e na flotação de minérios fosfáticos finos e de frações granulométricas distintas de quartzo, principalmente em tempos curtos. / The objective of this work was to evaluate the interactions between bubbles with different sizes (diameters) and mineral particles and the effect of the combinations of these bubbles on the flotation of ores, on a bench scale. The bubbles used in these studies were: i) Nanobubbles - NBs, mean diameter of 150-200 nm; ii) Microbubbles - MBs, average diameter of 70 μm; and iii) Macrobubbles - MaBs, average diameter of 1 mm. Dispersions of NBs and MBs were generated after depressurizing-cavitation of the saturated water in air. The saturation pressures were, respectively, 2.5 and 4.0 bar. The bubble-particle mineral interaction studies were developed using a photographic system that allowed to evaluate the adhesion of bubbles to the particles of quartz (high purity grain) and apatite according to the type of bubbles injected. The results showed that the highest adhesion of bubbles in the apatite grain occurred with the combination of NBs + MBs + MaBs and, in the case of quartz, an expressive concentration of adhered MaBs was obtained after "conditioning" of the mineral with NBs. The NBs were confined to the surfaces of the mineral grains as a result of the dissipation of the free surface energy of the solids due to their roughness and, therefore, it increased the adhesion mechanism of other bubbles (MBs and / or MaBs). The study of the evaluation of the associations of bubbles in the flotation was carried out with the mineral systems quartz and phosphate ore. In the case of phosphate ore, consisting of 35% fine particles (<37 μm), the studies evaluated the combination of i) NBs + MaBs; ii) MBs + MaBs; and iii) NBs + MBs + MaBs, in the kinetics and flotation separation parameters, in relation to the standard test, which employs the use of only MaBs. The effects were evaluated in four situations involving percentage of solids (28 and 35% by weight) and concentration of reagents (1000 g·t-1 collector + 600 g·t-1 depressant and 500 g·t-1 collector + 300 g·t-1 of depressor; the apatite collector used was a saponified soybean oil with sodium hydroxide and the depressant of the ganga - magnetite, carbonates, micas, quartz, diopside and perovskite / anatase particles - was a gelatinized corn starch with sodium hydroxide). The combined use of bubbles presented increases in the recovery of P2O5, with a small drop in P2O5 content and high kinetics, in relation to the STD tests in practically all the studied conditions, with values varying between 0.2 and 8.9%. The increments when the percentage of solids was 35% w/w (up to 2.7%) were considerably lower than those obtained with 28% solids (up to 8.9%). In some conditions, the concomitant use of MBs + MaBs and NBs + MBs + MaBs was able to overcome, in the first min and a half of the test, the total phosphate recovery obtained in the standard tests. Regarding the quartz, the microflotation tests (performed in modified Hallimond tube) with and without the presence of NBs showed that the association of NBs with MaBs increased the recovery of quartz (up to 39%) in practically all the studied conditions, showing its effectiveness with both fine and coarse particles. However, the tests performed in mechanical cell with and without addition of NBs showed that the use of NBs was responsible for the increase of 23 percentage points in quartz recovery. Also, flotation kinetics increased significantly and ealier in the first min of the NBs test, about twice the quartz recovery of the standard test was achieved. The results obtained in the dissertation show the high potential of NBs combined with other bubble size distributions in the improvement of the bubble-particle adhesion process and the flotation of fine phosphatic or quartz granulometric fractions, especially in short times.

Esta dissertação investiga os processos que levam células a se organizarem em certas configurações, focando propriedades topológicas, geométricas e aquelas originadas na sua dinâmica. Para tanto, começamos revisando propriedades de topologia de equilíbrio de sistemas que minimizam áreas de contato entre células. Prosseguimos com o estudo de estruturas de células biológicas, incorporando as devidas modificações provenientes das propriedades biológicas, sendo introduzida, por exemplo, a Hipótese da Adesão Diferenciada formulada por Steinberg (1975). Suas implicações são estudadas utilizando o Modelo Celular de Potts ao realizar simulações de Monte Carlo. Mostramos resultados das dinâmicas de reagrupamento celular que é um dos processos que ocorre na embriogênese e morfogênese, em que células se redistribuem de modo a formar padrões típicos. É feita uma análise, tanto teórica quanto por simulações, de como interações adesivas entre tipos diferentes de células, e estas com o meio, influenciam a evolução destas configurações. A seguir, tornamos evidente analogias entre tecidos e fluidos imiscíveis, de modo a explorar não apenas a influência de coesões e adesões celulares, como também propriedades viscoelásticas e de tensões superficiais apresentadas pelos agregados - estruturas macroscópicas constituídas por muitas subunidades celulares. Acompanhando os resultados teóricos, apresentamos observações experimentais de reorganização celular a partir de agregados aleatórios de células de hidras. A reorganização celular destes agregados é estudada a partir das configurações iniciais aleatórias até o momento em que se estabelece uma esfera com cavidade formada por duas camadas epiteliais, endoderme e ectoderme Neste estágio ocorrem os bursts, eventos de ruptura reversíveis do tecido superficial do agregado com expulsão do conteúdo contido na cavidade. É proposto um estudo via simulações deste fenômeno a fim de elucidar as propriedades básicas de deformações, adesões e movimentos de células num tecido. Ainda no contexto experimental, realizamos outras medidas nos agregados de hidra, como a obtenção de tensões superficiais e registro da dinâmica de arredondamento. Finalmente, unimos as considerações sobre topologias de estruturas celulares com as propriedades emergentes de interações de adesão com mais um elemento, mitose. Apresentamos modelos de crescimento celular e discutimos suas características para a dinâmica populacional de células. Ao introduzir dados sobre comportamentos regulatórios de proliferação celular, colocamos ênfase no estudo das patologias ao estudar câncer utilizando o Modelo de Gompertz como descrição da proliferação. Realizamos experiências utilizando 6 linhagens cancerígenas diferentes e propomos uma interpretação biológica dos parâmetros matemáticos que descrevem o crescimento. A hipótese por nós levantada é de que a forma da célula influencia no seu comportamento. Verificamos a viabilidade de tal hipótese através de uma série de simulações por Modelo Celular de Potts. Os resultados gerados se assemelham aos dados experimentais, de maneira que chegamos a conclusão final que processos intrínsecos regulatórios de uma célula (no caso o ciclo mitótico), propriedades adesivas de células, características fenotípicas e distribuições topológicas de um tecido, são intimamente interligados.