Estudos vem mostrando resultados promissores na utilização da tecnologia de ultrassom para a produção enzimática de biodiesel. Estes são atribuídos ao fenômeno de cavitação gerado pelo equipamento de ultrassom, o qual promove um aumento da miscibilidade entre os reagentes, melhorando a transferência de massa e a taxa da reação, proporcionando reações mais rápidas, bem como um menor consumo de reagentes. Sendo assim, o objetivo deste trabalho foi otimizar as condições da reação de transesterificação do óleo de soja para a produção de biodiesel, utilizando o conceito de combi-lipase em um reator enzimático assistido por ultrassom. Foram otimizadas as condições do sistema de ultrassom: amplitude (30-70 %), pulso (30-70 %) e tempo de pulso (5-15 s), através de um delineamento composto central rotacional (DCCR). Os parâmetros reacionais: concentração de biocatalisador (5, 15 e 25 % em relação a massa de óleo) e razão molar do substrato (3:1, 6:1 e 9:1) foram estudados, assim como a influência do uso do solvente terc-butanol e de um sistema de agitação combinado ao ultrassom, na conversão de ésteres etílicos. Avaliou-se também a eficiência do combi-lipase (75 % Novozym 435 + 10 % Lipozyme TL-IM and 15 % Lipozyme RM-IM) frente ao uso dos biocatalisadores individualmente. Obteve-se como condições ótimas para o sistema de ultrassom: 30 % de amplitude, 50 % de pulso e 15 s de tempo de pulso, 15 % de enzima em relação a massa de óleo e uma razão molar de 3:1 etanol:óleo de soja Os rendimentos de conversão de ésteres etílicos na ausência do solvente terc-butanol foram similares aos resultados obtidos na presença deste reagente, sugerindo que a tecnologia de ultrassom é capaz de eliminar a necessidade do uso de solventes em reações de transesterificação enzimática. Entretanto, o uso combinado de um sistema de agitação com o ultrassom, reduziu o rendimento da reação. Em relação às enzimas, o combi-lipase mostrou melhores resultados para a síntese enzimática de ésteres etílicos, do que o uso das enzimas individualmente. Utilizando as condições ótimas avaliadas neste estudo e o conceito de combi-lipase em um reator assistido por ultrassom, obteve-se uma conversão de ésteres etílicos de aproximadamente 75 % em 5 horas de reação. / Studies have been showing promising results for the use of ultrasonic technology in enzymatic production of biodiesel, which are attributed to the cavitation phenomenon generated by the ultrasound equipment, that promotes increased miscibility between the reactants, improving mass transfer and reaction rate, providing faster reactions as well as a lower consumption of reagents. The aim of this work was to optimize ultrasonic (amplitude, pulse and time pulse) and reaction (molar ratio and enzyme concentration) parameters, as well as the influence of solvent (tert-butanol) and ultrasound combined with mechanical stirring, on the transesterification of soybean oil catalyzed by combi-lipase biocatalyst. It was also evaluated the efficiency of the combi-lipase (75 % Novozym 435 + 10 % Lipozyme TL-IM and 15 % Lipozyme RM-IM), compared to individual lipases. The optimum conditions for transesterification reaction, were observed being: enzyme concentration, 15 % (by oil mass); ethanol:oil molar ratio, 3:1; ultrasonic amplitude 30 %, pulse, 30 % and time pulse, 15 s. The yields of conversion of ethyl esters with and without solvent were very similar, indicating that ultrasonic technology is able to supply the need of solvents in enzymatic transesterification reactions. The combined use of a mechanical stirring system with ultrasound, reduced the yields of conversion of this reaction, while the combi-lipase showed better results than the use of individual lipases for soybean oil transesterification. Using the optimum conditions evaluated in this study and the concept of combi-lipase in an ultrasonic-assisted batch reactor, led to conversions of ethyl esters of about 75% in 5 hours.

Estudos vem mostrando resultados promissores na utilização da tecnologia de ultrassom para a produção enzimática de biodiesel. Estes são atribuídos ao fenômeno de cavitação gerado pelo equipamento de ultrassom, o qual promove um aumento da miscibilidade entre os reagentes, melhorando a transferência de massa e a taxa da reação, proporcionando reações mais rápidas, bem como um menor consumo de reagentes. Sendo assim, o objetivo deste trabalho foi otimizar as condições da reação de transesterificação do óleo de soja para a produção de biodiesel, utilizando o conceito de combi-lipase em um reator enzimático assistido por ultrassom. Foram otimizadas as condições do sistema de ultrassom: amplitude (30-70 %), pulso (30-70 %) e tempo de pulso (5-15 s), através de um delineamento composto central rotacional (DCCR). Os parâmetros reacionais: concentração de biocatalisador (5, 15 e 25 % em relação a massa de óleo) e razão molar do substrato (3:1, 6:1 e 9:1) foram estudados, assim como a influência do uso do solvente terc-butanol e de um sistema de agitação combinado ao ultrassom, na conversão de ésteres etílicos. Avaliou-se também a eficiência do combi-lipase (75 % Novozym 435 + 10 % Lipozyme TL-IM and 15 % Lipozyme RM-IM) frente ao uso dos biocatalisadores individualmente. Obteve-se como condições ótimas para o sistema de ultrassom: 30 % de amplitude, 50 % de pulso e 15 s de tempo de pulso, 15 % de enzima em relação a massa de óleo e uma razão molar de 3:1 etanol:óleo de soja Os rendimentos de conversão de ésteres etílicos na ausência do solvente terc-butanol foram similares aos resultados obtidos na presença deste reagente, sugerindo que a tecnologia de ultrassom é capaz de eliminar a necessidade do uso de solventes em reações de transesterificação enzimática. Entretanto, o uso combinado de um sistema de agitação com o ultrassom, reduziu o rendimento da reação. Em relação às enzimas, o combi-lipase mostrou melhores resultados para a síntese enzimática de ésteres etílicos, do que o uso das enzimas individualmente. Utilizando as condições ótimas avaliadas neste estudo e o conceito de combi-lipase em um reator assistido por ultrassom, obteve-se uma conversão de ésteres etílicos de aproximadamente 75 % em 5 horas de reação. / Studies have been showing promising results for the use of ultrasonic technology in enzymatic production of biodiesel, which are attributed to the cavitation phenomenon generated by the ultrasound equipment, that promotes increased miscibility between the reactants, improving mass transfer and reaction rate, providing faster reactions as well as a lower consumption of reagents. The aim of this work was to optimize ultrasonic (amplitude, pulse and time pulse) and reaction (molar ratio and enzyme concentration) parameters, as well as the influence of solvent (tert-butanol) and ultrasound combined with mechanical stirring, on the transesterification of soybean oil catalyzed by combi-lipase biocatalyst. It was also evaluated the efficiency of the combi-lipase (75 % Novozym 435 + 10 % Lipozyme TL-IM and 15 % Lipozyme RM-IM), compared to individual lipases. The optimum conditions for transesterification reaction, were observed being: enzyme concentration, 15 % (by oil mass); ethanol:oil molar ratio, 3:1; ultrasonic amplitude 30 %, pulse, 30 % and time pulse, 15 s. The yields of conversion of ethyl esters with and without solvent were very similar, indicating that ultrasonic technology is able to supply the need of solvents in enzymatic transesterification reactions. The combined use of a mechanical stirring system with ultrasound, reduced the yields of conversion of this reaction, while the combi-lipase showed better results than the use of individual lipases for soybean oil transesterification. Using the optimum conditions evaluated in this study and the concept of combi-lipase in an ultrasonic-assisted batch reactor, led to conversions of ethyl esters of about 75% in 5 hours.

Na produção de suco de uva, a adição de preparados enzimáticos durante a maceração, antes da prensagem, é um pré-requisito para a obtenção de rendimentos satisfatórios de suco, além de melhorar a qualidade organoléptica, promovendo uma maior extração de cor e compostos bioativos. Uma segunda aplicação enzimática pode ser realizada após o processo de prensagem no suco ainda turvo, buscando reduzir essa turbidez, o que facilitará os processos de clarificação e filtração posteriores, aumentando a produtividade dessas etapas. Porém, existe um grande número de enzimas comerciais disponíveis para a aplicação na indústria de sucos, sendo assim, é importante avaliar o potencial de cada preparado enzimático para uma utilização correta. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi avaliar a influência da composição dos diferentes preparados enzimáticos na extração, qualidade e compostos bioativos do suco de uva elaborado com a variedade Concord. Primeiramente, o efeito de oito diferentes preparados enzimáticos foi avaliado para extração e qualidade do suco de uva. Subsequentemente, os dois preparados enzimáticos que se destacaram (Pectinex® Ultra Clear e Lallzyme® Beta), foram utilizados de forma sinérgica em um planejamento experimental, buscando encontrar a condição ótima de tempo, temperatura, concentração de enzima e proporção de Pectinex® Ultra Clear/Lallzyme® Beta, que pudesse maximizar a extração do suco de uva. E, por fim, foram obtidos agregados enzimáticos entrecruzados (CLEAs), como forma de imobilização das diferentes enzimas encontradas nos preparados enzimáticos para a clarificação do suco de uva. Os experimentos foram realizados no Laboratório de Biocatálise e Tecnologia Enzimática do ICTA/UFRGS. As uvas utilizadas nos experimentos foram da variedade Concord fornecida pela empresa Vitivinícola Jolimont, de Canela, RS. As preparações enzimáticas utilizadas foram caracterizadas em relação a cinco atividades enzimáticas, sendo elas, pectinase total (PE), poligalacturonase (PG), pectina liase (PL), pectina metil esterase (PME) e celulase (CE). Desta mesma forma, os combi-CLEAs foram caracterizados em relação as suas atividades enzimáticas, além disso, sua estabilidade, reutilização e pH e temperatura ótima foram avaliados. Os compostos bioativos foram identificados e quantificados por HPLC-DAD-MS (cromatografia líquida de alta eficiência - detector de arranjo de diodos - espectro de massa) e a atividade antioxidante foi avaliada através dos métodos de ABTS e de capacidade redutora. Rendimentos superiores de suco foram obtidos com os preparados que apresentaram altas concentrações de PG e PME ou PL. Quando, o preparado Pectinex® Ultra Clear (PUC) foi utilizado, observou-se um aumento de 8,7% na quantidade de suco extraído em comparação com o controle. Já os maiores valores de compostos bioativos foram encontrados com os preparados que apresentaram em sua composição uma maior atividade CE (Lallzyme® Beta, LB). Entretanto, quando PUC e LB foram adicionados em conjunto, maiores valores de rendimento e compostos bioativos foram encontrados. Já os combi-CLEAs, se mostraram como uma ótima forma de enzima imobilizada para a clarificação do suco de uva. Dentre os combi-CLEAs produzidos, destacaram-se o combi-CLEA-BSA devido à melhor atividade enzimática e maior estabilidade térmica (3 vezes mais que a enzima solúvel), podendo ser reutilizados por 6 ciclos com conversão total do substrato em produto. Além disso, o combi-CLEA-BSA melhorou a clarificação do suco, obtendo uma redução da turbidez de 56.7 % em 1 h. Por fim, pode-se afirmar que o trabalho atingiu melhorias produtivas e qualitativas ao suco de uva através da tecnologia enzimática. / In grape juice production, the addition of enzyme preparations during the maceration prior to pressing is a prerequisite for obtaining satisfactory juice yield, besides it improves the organoleptic quality, improving color and bioactive compounds extraction. A second enzyme application may be performed after the pressing process in cloudy juice, in order to reduce this turbidity, facilitating clarification and filtration processes. However, there are a great number of commercial enzymes available to the application on the fruit juice industry, so it is important to know the ability of each enzyme preparation for correct use. Thus, the aim of this study was to evaluate the influence of the composition of the different enzymatic preparations in the extraction, quality and bioactive compounds of grape juice from Concord variety. Firstly, the effect of eight different enzyme preparations was evaluated for extraction and quality of grape juice. Subsequently, the best enzyme preparations (Pectinex® Ultra Clear and Lallzyme® Beta) were used in an experimental design to find the optimal time, temperature, enzyme concentration and ratio of Pectinex® Ultra Clear/Lallzyme® Beta which could maximize the extraction of grape juice. Finally, cross-linked enzyme aggregates (CLEAs) were obtained as a way to immobilize the different enzymes found in the enzyme preparations for grape juice clarification. The experiments were performed at the Laboratory of Biocatalysis and Enzyme Technology, ICTA/UFRGS. The grapes (Concord variety) were provided by Vitivinícola Jolimont, Canela, RS. The enzymatic preparations were characterized through of five enzymatic activities, being total pectinase (PE), polygalacturonase (PG), pectinlyase (PL), pectin methyl esterase (PME) and cellulase (CE). In the same way, the combi-CLEAs were characterized regarding their enzymatic activities, thermal, pH and operational stabilities, and optimal pH and temperature. The bioactive compounds were identified and quantified by HPLC-DAD-MS (High Performance Liquid Chromatography - Diode Array Detector – Mass Spectrum) and the antioxidant activity was performed by the method of ABTS and reducing capacity. High juice yield was obtained with the preparations that presented higher concentrations of PG, PME or PL activities. The Pectinex® Ultra Clear, when compared with the control, provided an increase of 8.7 % in the amount of juice extracted. On the other hand, the highest values of bioactive compounds were found for preparations with higher CE activity (Lallzyme® Beta). However, when PUC and LB were added together, higher values for yield and bioactive compounds were found. Already, regarding the combi-CLEAs, it appears to be a potential immobilized enzyme for clarification of grape juice. Among the combi-CLEAs obtained, combi-CLEAs-BSA presented the best enzyme activities, higher thermal stabilities (3 times more than the soluble enzyme) and it can be reused for 6 cycles with a total conversion of substrate to product. Furthermore, the combi-CLEA-BSA improved the juice clarification, obtaining 56.7 % in turbidity reduction in 1 h. Finally, it can be concluded that the work reached productive and qualitative improvements for grape juice through enzymatic technology.

O processo de transesterificação de óleos vegetais para a síntese de biodiesel por catálise básica tem sido utilizado largamente em escala industrial e altas conversões são obtidas. Entretanto, uma grande quantidade de água é necessária para a purificação dos ésteres, gerando altos volumes de rejeitos aquosos inadequados para descarte, e dessa forma, a utilização de síntese enzimática catalisada por lipases imobilizadas destaca-se como uma alternativa ao método alcalino. Este trabalho teve como objetivo aperfeiçoar a produção de biodiesel a partir de diferentes fontes de óleos vegetais por diferentes lipases imobilizadas comercialmente. Na primeira fase do trabalho foi realizada uma análise dos principais fatores envolvidos na síntese enzimática de biodiesel, com foco nos parâmetros envolvidos na escolha e na configuração dos reatores. Uma extensa discussão foi apresentada sobre as vantagens e desvantagens de cada tipo de reator e seu modo de funcionamento. O cenário atual do mercado de síntese enzimática de biodiesel e algumas perspectivas futuras também foram apresentadas. Na segunda etapa desta pesquisa foi testado o conceito “combi-lipase”, que se baseia no uso de misturas de lipases com diferentes especificidades para a cadeia molecular de um óleo em particular (o substrato). Neste caso, foram utilizadas as lipases comerciais imobilizadas Novozym 435 (CALB), Lipozyme TL-IM (TLL), e Lipozyme RM-IM (RML) como biocatalisadoras na síntese de biodiesel via transesterificação enzimática dos óleos de oliva e palma, com etanol como aceptor acila. Repetidas reações em batelada foram realizadas para testar a estabilidade operacional do sistema combi-lipase, em que elas puderam ser usadas em pelo menos sete ciclos, mantendo em torno de 80 % da sua atividade inicial. Dando sequencia ao conceito de combi-lipase, na terceira etapa dessa pesquisa, foi avaliada a utilização de substratos alternativos, como os provenientes de fritura doméstica e comercial, comparada ao óleo de soja. As reações foram conduzidas em banho de ultrassom, com a otimização dos parâmetros razão molar etanol:óleo, quantidade de água adicionada na reação e quantidade de biocatalisador (previamente à definição da composição do combi-lipase). O uso de tecnologia de ultrassom, concomitante com a aplicação de misturas de enzimas com diferentes preços de aquisição e uso de óleos residuais apresentou excelentes rendimentos, com 90 % (com óleo de soja) e 70 % (com óleo residual) de conversão de biodiesel. Na última etapa deste trabalho, foi conduzida a síntese contínua de biodiesel em um reator de leito empacotado (PBR) com o uso de etanol e dos substratos óleos de soja e óleo residual, utilizando combi-lipase com biocatalisador. Após a otimização de alguns parâmetros de reação, foram definidas as seguintes condições: utilização de pérolas de vidro misturada ao combi-lipase para compor o leito enzimático; uso de terc-butanol como solvente de reação e velocidade de fluxo de 0,08 mL min-1. O combi-lipase apresentou excelente estabilidade operacional, e o reator manteve-se operando continuamente por 30 dias em estado estacionário. Independente do tipo de substrato empregado, o rendimento de conversão manteve-se em torno de 50 %, com produtividade de 1,94 gbiodiesel gsubstrato-1 h-1. / The process of transesterification of vegetable oils for biodiesel synthesis catalyzed by alkalis has been widely used on an industrial scale and high conversions are obtained. However, a large amount of water is required for the purification of esters, generating large amounts of aqueous wastes, unsuitable for disposal. Therefore, the enzymatic synthesis of biodiesel using immobilized lipases as biocatalysts stands as an alternative to the alkaline method. This work aimed at enhancing the production of biodiesel from different sources of vegetable oils using different immobilized commercially available lipases. In the first step of the work, an analysis of the main factors involved in enzymatic synthesis of biodiesel was carried out, focusing on choices of immobilization protocol and parameters involved in the selection and configuration of the reactors. An extensive discussion is presented on the advantages and disadvantages of each type of reactor and its operation. The current scenario of the enzymatic synthesis of biodiesel market and some future prospects are also presented. In the second stage of this study it was tested the concept "combi-lipase", which is based on the use of lipase mixtures with different specificities for a particular oil, the substrate. The immobilized commercial lipases Novozym 435 (CALB), Lipozyme TL-IM (TLL), and Lipozyme RM-IM (RML) were used as biocatalysts in enzymatic transesterification of biodiesel from olive and palm oils, with ethanol as acyl acceptor. Repeated batches of reaction were carried out in order to test the operational stability of the combi-lipase systems, with results showing that they could be used for at least seven cycles keeping higher than 80 % of their initial activities. Following the concept of combi-lipase, in the third stage of this research, it was evaluated the use of alternative substrates, such as waste frying oils, compared to soybean oil. The reactions were conducted in an ultrasonic bath, with the optimization of the molar ratio of ethanol: oil, amount of water added in the reaction and amount of biocatalyst (prior to the definition of the combi-lipase composition). The use of ultrasonic technology, concomitant with the application of mixtures of enzymes with different acquisition and use prices of residual oils presented excellent yields, with 90 % (with soybean oil) and 70 % (with residual oil) of biodiesel conversion. Finally, in the last stage of this work, the combi-lipase concept was applied in the continuous ethanolysis of biodiesel in a packed bed reactor (PBR) with the use of soybean and waste oils as substrates. After optimization of some reaction parameters, the following conditions were defined: use of glass beads mixed with lipases to compose the enzymatic bed; Use of tert-butanol as reaction solvents and flow rate of 0.08 mL min-1. The combi-lipase presented excellent operational stability, and the reactor was continuously operated for 30 days at steady state. Regardless of the type of substrate used, the conversion yield remained around 50 %, with productivity of 1.94 gbiodiesel gsubstrate-1 h-1.

The present study comprised an intensive investigation of the two newly proposed parameterisation forms for the wind input source term S[subscript]in (Donelan et a1., 2006) and the wave dissipation source term S[subscript]ds (Young and Babanin, 2006) proposed on the basis of the recent experimental findings at Lake George, New South Wales, Australia in 1997-2000. The main objective of this study was to obtain advanced spectral forms for the wind input source function S[subscript]in and wave spectral dissipation source function S[subscript]ds, which satisfy important physical constraints. A new approach was developed to achieve the objectives of this study, within the strong physical framework. This approach resulted in a new balance scheme between the energy source terms in the wave model, mentioned before as the split balance scheme (Badulin, 2006). The wave-induced stress was defined as the main physical constraint for a new wave model including recently suggested source functions for the wind input and wave dissipation source terms. Within this approach, a new methodology was developed for correction of the wind input source function S[subscript]in. Another important physical constraint was the consistency between the wave dissipation and the wind energy input to the waves. The new parameter, the dissipation rate, R, was introduced in this study, as the ratio of the wave dissipation energy to the wind input energy. The parameterisation form of the dissipation rate is presented as a function of the inverse wave age U ₁₀ / c[subscript]p Some aspects of wave spectral modelling regarding the shape of the wave spectrum and spectral saturation were revised. The two-phase behaviour of the spectral dissipation function was investigated in terms of the functional dependency of the coefficients a for the inherent wave breaking term and b for the forced dissipation term. The present study found that the both coefficients have functional dependence on the inverse wave age U ₁₀ / c[subscript]p and the spectral frequency. Based on the experimental data by Young and Babanin (2006), a new directional spreading function of bimodal shape was developed for the wave dissipation source term. The performance of the new spectral functions of the wind input S[subscript]in(f) and the wave dissipation S[subscript]ds(f) source terms was assessed using a new third-generation two-dimensional research wave model WAVETIME-I. The model incorporating the corrected source functions was able to reproduce the existing experimental data. / Thesis (Ph.D.) -- University of Adelaide, School of Civil, Environmental and Mining Engineering, 2009

The present study comprised an intensive investigation of the two newly proposed parameterisation forms for the wind input source term S[subscript]in (Donelan et a1., 2006) and the wave dissipation source term S[subscript]ds (Young and Babanin, 2006) proposed on the basis of the recent experimental findings at Lake George, New South Wales, Australia in 1997-2000. The main objective of this study was to obtain advanced spectral forms for the wind input source function S[subscript]in and wave spectral dissipation source function S[subscript]ds, which satisfy important physical constraints. A new approach was developed to achieve the objectives of this study, within the strong physical framework. This approach resulted in a new balance scheme between the energy source terms in the wave model, mentioned before as the split balance scheme (Badulin, 2006). The wave-induced stress was defined as the main physical constraint for a new wave model including recently suggested source functions for the wind input and wave dissipation source terms. Within this approach, a new methodology was developed for correction of the wind input source function S[subscript]in. Another important physical constraint was the consistency between the wave dissipation and the wind energy input to the waves. The new parameter, the dissipation rate, R, was introduced in this study, as the ratio of the wave dissipation energy to the wind input energy. The parameterisation form of the dissipation rate is presented as a function of the inverse wave age U ₁₀ / c[subscript]p Some aspects of wave spectral modelling regarding the shape of the wave spectrum and spectral saturation were revised. The two-phase behaviour of the spectral dissipation function was investigated in terms of the functional dependency of the coefficients a for the inherent wave breaking term and b for the forced dissipation term. The present study found that the both coefficients have functional dependence on the inverse wave age U ₁₀ / c[subscript]p and the spectral frequency. Based on the experimental data by Young and Babanin (2006), a new directional spreading function of bimodal shape was developed for the wave dissipation source term. The performance of the new spectral functions of the wind input S[subscript]in(f) and the wave dissipation S[subscript]ds(f) source terms was assessed using a new third-generation two-dimensional research wave model WAVETIME-I. The model incorporating the corrected source functions was able to reproduce the existing experimental data. / Thesis (Ph.D.) -- University of Adelaide, School of Civil, Environmental and Mining Engineering, 2009

The present study comprised an intensive investigation of the two newly proposed parameterisation forms for the wind input source term S[subscript]in (Donelan et a1., 2006) and the wave dissipation source term S[subscript]ds (Young and Babanin, 2006) proposed on the basis of the recent experimental findings at Lake George, New South Wales, Australia in 1997-2000. The main objective of this study was to obtain advanced spectral forms for the wind input source function S[subscript]in and wave spectral dissipation source function S[subscript]ds, which satisfy important physical constraints. A new approach was developed to achieve the objectives of this study, within the strong physical framework. This approach resulted in a new balance scheme between the energy source terms in the wave model, mentioned before as the split balance scheme (Badulin, 2006). The wave-induced stress was defined as the main physical constraint for a new wave model including recently suggested source functions for the wind input and wave dissipation source terms. Within this approach, a new methodology was developed for correction of the wind input source function S[subscript]in. Another important physical constraint was the consistency between the wave dissipation and the wind energy input to the waves. The new parameter, the dissipation rate, R, was introduced in this study, as the ratio of the wave dissipation energy to the wind input energy. The parameterisation form of the dissipation rate is presented as a function of the inverse wave age U ₁₀ / c[subscript]p Some aspects of wave spectral modelling regarding the shape of the wave spectrum and spectral saturation were revised. The two-phase behaviour of the spectral dissipation function was investigated in terms of the functional dependency of the coefficients a for the inherent wave breaking term and b for the forced dissipation term. The present study found that the both coefficients have functional dependence on the inverse wave age U ₁₀ / c[subscript]p and the spectral frequency. Based on the experimental data by Young and Babanin (2006), a new directional spreading function of bimodal shape was developed for the wave dissipation source term. The performance of the new spectral functions of the wind input S[subscript]in(f) and the wave dissipation S[subscript]ds(f) source terms was assessed using a new third-generation two-dimensional research wave model WAVETIME-I. The model incorporating the corrected source functions was able to reproduce the existing experimental data. / Thesis (Ph.D.) -- University of Adelaide, School of Civil, Environmental and Mining Engineering, 2009

O processo de transesterificação de óleos vegetais para a síntese de biodiesel por catálise básica tem sido utilizado largamente em escala industrial e altas conversões são obtidas. Entretanto, uma grande quantidade de água é necessária para a purificação dos ésteres, gerando altos volumes de rejeitos aquosos inadequados para descarte, e dessa forma, a utilização de síntese enzimática catalisada por lipases imobilizadas destaca-se como uma alternativa ao método alcalino. Este trabalho teve como objetivo aperfeiçoar a produção de biodiesel a partir de diferentes fontes de óleos vegetais por diferentes lipases imobilizadas comercialmente. Na primeira fase do trabalho foi realizada uma análise dos principais fatores envolvidos na síntese enzimática de biodiesel, com foco nos parâmetros envolvidos na escolha e na configuração dos reatores. Uma extensa discussão foi apresentada sobre as vantagens e desvantagens de cada tipo de reator e seu modo de funcionamento. O cenário atual do mercado de síntese enzimática de biodiesel e algumas perspectivas futuras também foram apresentadas. Na segunda etapa desta pesquisa foi testado o conceito “combi-lipase”, que se baseia no uso de misturas de lipases com diferentes especificidades para a cadeia molecular de um óleo em particular (o substrato). Neste caso, foram utilizadas as lipases comerciais imobilizadas Novozym 435 (CALB), Lipozyme TL-IM (TLL), e Lipozyme RM-IM (RML) como biocatalisadoras na síntese de biodiesel via transesterificação enzimática dos óleos de oliva e palma, com etanol como aceptor acila. Repetidas reações em batelada foram realizadas para testar a estabilidade operacional do sistema combi-lipase, em que elas puderam ser usadas em pelo menos sete ciclos, mantendo em torno de 80 % da sua atividade inicial. Dando sequencia ao conceito de combi-lipase, na terceira etapa dessa pesquisa, foi avaliada a utilização de substratos alternativos, como os provenientes de fritura doméstica e comercial, comparada ao óleo de soja. As reações foram conduzidas em banho de ultrassom, com a otimização dos parâmetros razão molar etanol:óleo, quantidade de água adicionada na reação e quantidade de biocatalisador (previamente à definição da composição do combi-lipase). O uso de tecnologia de ultrassom, concomitante com a aplicação de misturas de enzimas com diferentes preços de aquisição e uso de óleos residuais apresentou excelentes rendimentos, com 90 % (com óleo de soja) e 70 % (com óleo residual) de conversão de biodiesel. Na última etapa deste trabalho, foi conduzida a síntese contínua de biodiesel em um reator de leito empacotado (PBR) com o uso de etanol e dos substratos óleos de soja e óleo residual, utilizando combi-lipase com biocatalisador. Após a otimização de alguns parâmetros de reação, foram definidas as seguintes condições: utilização de pérolas de vidro misturada ao combi-lipase para compor o leito enzimático; uso de terc-butanol como solvente de reação e velocidade de fluxo de 0,08 mL min-1. O combi-lipase apresentou excelente estabilidade operacional, e o reator manteve-se operando continuamente por 30 dias em estado estacionário. Independente do tipo de substrato empregado, o rendimento de conversão manteve-se em torno de 50 %, com produtividade de 1,94 gbiodiesel gsubstrato-1 h-1. / The process of transesterification of vegetable oils for biodiesel synthesis catalyzed by alkalis has been widely used on an industrial scale and high conversions are obtained. However, a large amount of water is required for the purification of esters, generating large amounts of aqueous wastes, unsuitable for disposal. Therefore, the enzymatic synthesis of biodiesel using immobilized lipases as biocatalysts stands as an alternative to the alkaline method. This work aimed at enhancing the production of biodiesel from different sources of vegetable oils using different immobilized commercially available lipases. In the first step of the work, an analysis of the main factors involved in enzymatic synthesis of biodiesel was carried out, focusing on choices of immobilization protocol and parameters involved in the selection and configuration of the reactors. An extensive discussion is presented on the advantages and disadvantages of each type of reactor and its operation. The current scenario of the enzymatic synthesis of biodiesel market and some future prospects are also presented. In the second stage of this study it was tested the concept "combi-lipase", which is based on the use of lipase mixtures with different specificities for a particular oil, the substrate. The immobilized commercial lipases Novozym 435 (CALB), Lipozyme TL-IM (TLL), and Lipozyme RM-IM (RML) were used as biocatalysts in enzymatic transesterification of biodiesel from olive and palm oils, with ethanol as acyl acceptor. Repeated batches of reaction were carried out in order to test the operational stability of the combi-lipase systems, with results showing that they could be used for at least seven cycles keeping higher than 80 % of their initial activities. Following the concept of combi-lipase, in the third stage of this research, it was evaluated the use of alternative substrates, such as waste frying oils, compared to soybean oil. The reactions were conducted in an ultrasonic bath, with the optimization of the molar ratio of ethanol: oil, amount of water added in the reaction and amount of biocatalyst (prior to the definition of the combi-lipase composition). The use of ultrasonic technology, concomitant with the application of mixtures of enzymes with different acquisition and use prices of residual oils presented excellent yields, with 90 % (with soybean oil) and 70 % (with residual oil) of biodiesel conversion. Finally, in the last stage of this work, the combi-lipase concept was applied in the continuous ethanolysis of biodiesel in a packed bed reactor (PBR) with the use of soybean and waste oils as substrates. After optimization of some reaction parameters, the following conditions were defined: use of glass beads mixed with lipases to compose the enzymatic bed; Use of tert-butanol as reaction solvents and flow rate of 0.08 mL min-1. The combi-lipase presented excellent operational stability, and the reactor was continuously operated for 30 days at steady state. Regardless of the type of substrate used, the conversion yield remained around 50 %, with productivity of 1.94 gbiodiesel gsubstrate-1 h-1.

O processo de transesterificação de óleos vegetais para a síntese de biodiesel por catálise básica tem sido utilizado largamente em escala industrial e altas conversões são obtidas. Entretanto, uma grande quantidade de água é necessária para a purificação dos ésteres, gerando altos volumes de rejeitos aquosos inadequados para descarte, e dessa forma, a utilização de síntese enzimática catalisada por lipases imobilizadas destaca-se como uma alternativa ao método alcalino. Este trabalho teve como objetivo aperfeiçoar a produção de biodiesel a partir de diferentes fontes de óleos vegetais por diferentes lipases imobilizadas comercialmente. Na primeira fase do trabalho foi realizada uma análise dos principais fatores envolvidos na síntese enzimática de biodiesel, com foco nos parâmetros envolvidos na escolha e na configuração dos reatores. Uma extensa discussão foi apresentada sobre as vantagens e desvantagens de cada tipo de reator e seu modo de funcionamento. O cenário atual do mercado de síntese enzimática de biodiesel e algumas perspectivas futuras também foram apresentadas. Na segunda etapa desta pesquisa foi testado o conceito “combi-lipase”, que se baseia no uso de misturas de lipases com diferentes especificidades para a cadeia molecular de um óleo em particular (o substrato). Neste caso, foram utilizadas as lipases comerciais imobilizadas Novozym 435 (CALB), Lipozyme TL-IM (TLL), e Lipozyme RM-IM (RML) como biocatalisadoras na síntese de biodiesel via transesterificação enzimática dos óleos de oliva e palma, com etanol como aceptor acila. Repetidas reações em batelada foram realizadas para testar a estabilidade operacional do sistema combi-lipase, em que elas puderam ser usadas em pelo menos sete ciclos, mantendo em torno de 80 % da sua atividade inicial. Dando sequencia ao conceito de combi-lipase, na terceira etapa dessa pesquisa, foi avaliada a utilização de substratos alternativos, como os provenientes de fritura doméstica e comercial, comparada ao óleo de soja. As reações foram conduzidas em banho de ultrassom, com a otimização dos parâmetros razão molar etanol:óleo, quantidade de água adicionada na reação e quantidade de biocatalisador (previamente à definição da composição do combi-lipase). O uso de tecnologia de ultrassom, concomitante com a aplicação de misturas de enzimas com diferentes preços de aquisição e uso de óleos residuais apresentou excelentes rendimentos, com 90 % (com óleo de soja) e 70 % (com óleo residual) de conversão de biodiesel. Na última etapa deste trabalho, foi conduzida a síntese contínua de biodiesel em um reator de leito empacotado (PBR) com o uso de etanol e dos substratos óleos de soja e óleo residual, utilizando combi-lipase com biocatalisador. Após a otimização de alguns parâmetros de reação, foram definidas as seguintes condições: utilização de pérolas de vidro misturada ao combi-lipase para compor o leito enzimático; uso de terc-butanol como solvente de reação e velocidade de fluxo de 0,08 mL min-1. O combi-lipase apresentou excelente estabilidade operacional, e o reator manteve-se operando continuamente por 30 dias em estado estacionário. Independente do tipo de substrato empregado, o rendimento de conversão manteve-se em torno de 50 %, com produtividade de 1,94 gbiodiesel gsubstrato-1 h-1. / The process of transesterification of vegetable oils for biodiesel synthesis catalyzed by alkalis has been widely used on an industrial scale and high conversions are obtained. However, a large amount of water is required for the purification of esters, generating large amounts of aqueous wastes, unsuitable for disposal. Therefore, the enzymatic synthesis of biodiesel using immobilized lipases as biocatalysts stands as an alternative to the alkaline method. This work aimed at enhancing the production of biodiesel from different sources of vegetable oils using different immobilized commercially available lipases. In the first step of the work, an analysis of the main factors involved in enzymatic synthesis of biodiesel was carried out, focusing on choices of immobilization protocol and parameters involved in the selection and configuration of the reactors. An extensive discussion is presented on the advantages and disadvantages of each type of reactor and its operation. The current scenario of the enzymatic synthesis of biodiesel market and some future prospects are also presented. In the second stage of this study it was tested the concept "combi-lipase", which is based on the use of lipase mixtures with different specificities for a particular oil, the substrate. The immobilized commercial lipases Novozym 435 (CALB), Lipozyme TL-IM (TLL), and Lipozyme RM-IM (RML) were used as biocatalysts in enzymatic transesterification of biodiesel from olive and palm oils, with ethanol as acyl acceptor. Repeated batches of reaction were carried out in order to test the operational stability of the combi-lipase systems, with results showing that they could be used for at least seven cycles keeping higher than 80 % of their initial activities. Following the concept of combi-lipase, in the third stage of this research, it was evaluated the use of alternative substrates, such as waste frying oils, compared to soybean oil. The reactions were conducted in an ultrasonic bath, with the optimization of the molar ratio of ethanol: oil, amount of water added in the reaction and amount of biocatalyst (prior to the definition of the combi-lipase composition). The use of ultrasonic technology, concomitant with the application of mixtures of enzymes with different acquisition and use prices of residual oils presented excellent yields, with 90 % (with soybean oil) and 70 % (with residual oil) of biodiesel conversion. Finally, in the last stage of this work, the combi-lipase concept was applied in the continuous ethanolysis of biodiesel in a packed bed reactor (PBR) with the use of soybean and waste oils as substrates. After optimization of some reaction parameters, the following conditions were defined: use of glass beads mixed with lipases to compose the enzymatic bed; Use of tert-butanol as reaction solvents and flow rate of 0.08 mL min-1. The combi-lipase presented excellent operational stability, and the reactor was continuously operated for 30 days at steady state. Regardless of the type of substrate used, the conversion yield remained around 50 %, with productivity of 1.94 gbiodiesel gsubstrate-1 h-1.

The thesis is focused on the analysis of the acoustic properties of the interior of the passenger car by using the finite element method. Part of the work is an analysis of the excitation effects of individual vibration sources and the evaluation of the response in the interior of the cabin with a focus on the passengers of the vehicle and also solving the problem of the design of structural modifications in order to reduce the noise inside the cabin.