The study of innovative pavements is of significant importance in geotechnical engineering in Brazil, due to the continued need to increase the network of roadways. This requires optimized projects, not only for economic, but also for technical reasons. Technical solutions that use geosynthetics in asphalt overlays have been identified to minimize fatigue and reflective cracks. However, the majority of the application of this technology has ignored the possible additional structural benefits brought by the inclusion of geosynthetics as reinforcement in asphalt layers. The objective of this research is to assess the reinforcement benefits of geogrids placed within asphalt overlays on the structural performance of flexible pavements. In addition, this study investigates the tensile-strain response of geogrids under traffic conditions, induced by cyclic wheel loads generated by a new accelerated pavement testing facility (APT) that was specifically developed for this research. The APT facility consists of a large steel testing box, in which field-scale pavement layers could be constructed. Pavement materials included subgrade soil, aggregate base, hot mix asphalt concrete, asphalt emulsion and a PVA geogrid. Pavement performance was assessed by applying a cyclic wheel load pressure of 700 kPa to the pavement surface. The pavement sections investigated in this study included a geogrid-reinforced and an unreinforced asphalt overlay sections, a single new geogrid-reinforced asphalt layer, and a geogrid-reinforced asphalt overlay with reduced base course thickness. A variety of sensors were used to measure asphalt concrete strains, surface plastic and elastic displacements, and induced traffic loads. Displacements along the geogrid specimens were measured using a tell-tail system. As result, several reinforcement mechanisms of this technique could be quantified in the present study. Polymeric geogrid reinforcements were found to have considerably reduced strains developed at the bottom of asphalt layers, as well as to have reduced vertical stresses in pavement lower layers. Resistance to rutting and lateral movement induced by the geogrids were also clearly evidenced in the presented study. The measurement of displacements along the geogrid provided understanding of the distribution of strains during traffic loading. A mobilized length was identified in geogrid-reinforced sections, showing that the bonding between geogrids and asphalt layers and the stiffness of the geogrid ensured satisfactory performance of the pavement sections. The results also illustrated that the lateral restraining mechanisms effect is a governing mechanism to improve the performance of the asphalt layers by the development of shearing resistance with the geogrids. Overall, it was concluded that geogrids within asphalt overlays act as reinforcement and not merely to delay cracks, providing enhanced performance to flexible pavement structures. / O estudo de pavimentos é de grande importância na Engenharia Geotécnica brasileira devido à crescente necessidade de melhora da situação da rede rodoviária nacional. Para tanto, o desenvolvimento e a aplicação de novas técnicas são necessários, principalmente no âmbito econômico. A técnica do uso de reforços geossintéticos em capa asfáltica é identificada como uma alternativa ao aumento da vida útil do pavimento através da mitigação de trincas por fadiga e de reflexão. No entanto, a maioria das aplicações desta técnica não correlaciona os benefícios estruturais da inclusão do geossintético na capa asfáltica para a melhora do desempenho global do pavimento. O objetivo desta pesquisa é investigar os benefícios estruturais no desempenho de pavimentos flexíveis trazidos pelo reforço de geogrelhas em camadas asfálticas. Ainda neste estudo, será investigada a reposta tensão-deformação destas geogrelhas sobre as condições de tráfego através do uso de ensaios acelerados de pavimento. Um equipamento foi desenvolvido para esta pesquisa e consiste numa caixa metálica de grande porte, em que seções de pavimento em escala real podem ser construídas. O desempenho das seções de pavimento foi avaliado com a aplicação de cargas cíclicas de roda com pressão de contato de 700 kPa. Os materiais que compõem as seções de pavimento incluem solo de subleito, brita graduada simples, concreto betuminoso usinado à quente, emulsão asfáltica e geogrelha de PVA. Foram estudadas uma seção com geogrelha como reforço no recapeamento da camada asfáltica, uma seção idêntica não reforçada, uma seção com uma única capa asfáltica reforçada com geogrelha e uma seção com geogrelha no recapeamento da camada asfáltica, porém com espessura de base reduzida em relação aos demais ensaios. Sensores nas camadas do pavimento mediram tensões e deformações, e deslocamentos plásticos e elásticos na superfície. Deslocamentos ao longo da geogrelha foram monitorados utilizando o sistema tell-tales. Como resultado, mecanismos de reforço foram identificados neste estudo. O uso de uma geogrelha polimérica reduziu consideravelmente as deformações na fibra inferior da capa asfáltica, assim como as tensões verticais nas camadas subjacentes do pavimento. Resistência à formação de trilhas de roda e solevamentos laterais foram também evidenciadas. As medidas de deslocamentos ao longo da geogrelha forneceram entendimento da distribuição de deformações durante o carregamento. Foi identificado o comprimento de geogrelha mobilizado durante os ensaios, mostrando que a aderência entre a geogrelha e as camadas asfálticas e a rigidez da geogrelha asseguraram o desempenho satisfatório das seções de pavimento. Os resultados também mostraram que o efeito do mecanismo de restrição lateral é um mecanismo que governa a melhora no desempenho da capa asfáltica com o uso da geogrelha através do desenvolvimento de resitência ao cisalhamento. Estas observações permitem concluir que a geogrelha na camada asfáltica atua como reforço e não apenas reduzindo a o potencial de trincamento, levando à um aumento no desempenho de estruturas de pavimentos flexíveis.

Orientador: André Gonzaga dos Santos / Banca: Fábio Ferreita Perazzo / Banca: Gustavo Henrique Bianco de Souza / Banca: Taís Maria Bauab / Banca: Alexandra Ivo de Medeiros / Resumo: O objetivo geral deste trabalho foi realizar um estudo químico-farmacológico do extrato etanólico de folhas de Casearia sylvestris Swartz (EEtCs), frações obtidas por extração em fase sólida (EFS1: apolar; EFS2: rica em diterpenos clerodânicos; EFS3: polar) e padrões de diterpenos clerodânicos (DC). Os objetivos da parte química foram caracterizar os padrões de DC por espectrometria de massas (full scan e fragmentação) com fonte de ionização por spray de elétrons (ESI-MS e MSn) e identificar DC no EEtCs e na EFS2 por ESI-MS, ESI-MSn e por cromatografia em camada delgada de alta eficiência com detecção por imagem química formada por espectrometria de massas com fonte de dessorção por spray de elétrons (HPTLC-DESI-MS-IMAGING). A parte farmacológica consistiu na investigação da atividade anti-inflamatória e gastroprotetora do EEtCs, frações (EFS1-3) e padrões de DC. A atividade anti-inflamatória foi avaliada por meio de ensaios em ratos, pleurisia induzida pela carragenina e edema de pata induzido por uma fosfolipase A2 de veneno de Bothrops jararacussu (BthTX-II), e os seguintes ensaios in vitro: atividade enzimática das ciclo-oxigenases 1 e 2 (COX-1 e COX-2) e produção de óxido nítrico (NO) e prostaglandina E2 (PGE2) por macrófagos estimulados por lipopolissacarídeo. A atividade gastroprotetora foi avaliada em modelo de lesões gástricas induzidas por indometacina em ratos e ensaio in vitro de atividade anti-Helicobacter pylori. Os resultados levaram às conclusões a seguir. A caracterização dos padrões de DC por espectrometria de massas permitiu estabelecer o padrão de fragmentação dos DC com anel diacetálico do tipo das casearinas, o qual representa uma importante fonte de informação para desreplicação em estudos metabolômicos de extratos vegetais... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The aim of this study was to carry out a chemical-pharmacological study of the ethanol extract from leaves of Casearia sylvestris Swartz (EtECs), fractions obtained by solid phase extraction (SPE1: nonpolar; SPE2: rich in clerodane diterpenes; SPE 3: polar) and standards of clerodane diterpenes (CD). The objectives of the chemical step was to characterize standards of CD by mass spectrometry (full scan and fragmentation) using electrospray ionization (ESI-MS and MSn) and to identify CD in EtECs and SPE2 by ESI-MS, ESI-MSn and high performance thin layer chromatography/desorption electrospray ionization mass spectrometry imaging (HPTLC-DESI-MS-IMAGING). The pharmacological study consisted in investigation of anti-inflammatory and gastroprotective activities of EtECs, fractions (SPE1-3) and CD standards. The anti-inflammatory activity was assessed in rats through pleurisy induced by carrageenan and paw edema induced by phospholipase A2 from Bothrops jararacussu venom (BthTX-II), and the following in vitro assays: enzymatic activity of cyclooxygenases 1 and 2 (COX-1 and COX-2) and macrophage stimulation by lipopolysaccharide to investigate the production of nitric oxide (NO) and prostaglandin E2 (PGE2). The gastroprotective activity was assessed in a model of indomethacin-induced gastric lesions in rats and in vitro assay of anti-Helicobacter pylori activity. The results led to the following conclusions. The characterization of the standards of CD by mass spectrometry demonstrated that it was possible to establish the fragmentation pattern of CD with diacetalic ring like casearins, which is an important source of information for dereplication in metabolomics studies of plant extracts... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

A aplicação do processo de fotoeletrocatálise à eliminação de interferentes orgânicos em baixa concentração na eletroanálise de metais foi abordada tomando o quelato Cu(II)-EDTA como sistema modelo e o restabelecimento da onda voltamétrica do cobre como indicador de efetividade. Desenvolveram-se células eletroquímicas de camada delgada (espessura de 600 micrômetros) nas quais alguns microlitros de amostra são tratados sobre um eletrodo modificado com TiO2 (tipo P25, rico em anatase), cuja superfície é irradiada através de uma janela por um LED (370 nm). Foram construídos e avaliados os seguintes eletrodos: pasta de carbono, TiO2 e óleo parafínico (CPE-TiO2), compósitos de grafite, TiO2 e adesivo epóxi ou de silicone e ouro com oclusão de TiO2 por eletrodeposição. Estudo do efeito de parâmetros como potencial aplicado ao eletrodo, composição do eletrólito e concentração de EDTA sobre a fotocorrente permitiu selecionar condições de trabalho e estabelecer algumas correlações. Por exemplo, observou-se linearidade entre a fotocorrente e a concentração de EDTA até 1,0 mmol/L, aparente limite superior do controle difusional do processo para potência radiante aplicada, acima do qual, a cinética de oxidação passa a sobrepujar o transporte no controle da velocidade de reação. O restabelecimento pleno da onda de Cu(II) 1,0 mmol.L-1 foi observado após a irradiação por 10 min quando a concentração de EDTA não excedia 0,94 mmol.L-1. Descobriu-se um procedimento mais rápido que consiste na aplicação do tratamento fotoeletrocatalítico simultâneo ao registro de voltamogramas cíclicos repetitivos (eletrodo de Au-TiO2, 0,3 a 0,7 V vs. Ag/AgCl, 100 mV.s-1). Após o sexto ciclo, a altura do pico de redissolução anódica do Cu (reduzido durante a varredura no sentido negativo) estabiliza, permitindo a quantificação sem etapa prévia de abertura. / The photoelectrocatalysis process was investigated for the elimination of organic compounds interference on the electroanalysis of trace metals. Cu(II)-EDTA chelate was chosen as model system and the recovery of copper voltammetric peak, as effectiveness indicator. Thin layer cells (thickness of 600 micrometers) were designed for the treatment of some microliters of sample by irradiation (370 nm LED) of an electrode modified with TiO2 (P25, anatase rich). The following modified electrodes were prepared and evaluated: carbon paste with TiO2 and paraffin oil (CPE-TiO2), composites of graphite, TiO2 and epoxy or silicone binders and TiO2 occluded in electrodeposited gold on a gold substrate. The effect of parameters like potential bias, electrolyte composition and EDTA concentration on the photocurrent was evaluated to setup working conditions. Some correlations were observed, e.g., a linear dependence between photocurrent and EDTA concentration up to 1.0 mmol/L. For the irradiance applied, this concentration is possibly the upper limit of operation diffusion transport control, above which, the kinetics of the oxidation at the TiO2 modified electrode becomes the controlling process. For EDTA concentrations not exceeding 0.94 mmol.L-1, full recovery of 1.0 mmol.L-1 Cu(II) voltammetric peaks was observed after 10 min of irradiation. A faster procedure was discovered and consists in recording repetitive cyclic voltammograms (Au-TiO2 electrode, 0,3 to 0,7 V vs. Ag/AgCl scans, 100 mV.s-1) simultaneously with continuous irradiation. After the sixth cycle, the copper anodic stripping peak height stabilizes allowing quantification without previous sample pre-treatment step.

As camadas de enlace empregadas em redes sem fio de baixo custo e desempenho limitado, como as redes de sensores sem fio, são implementadas segundo o padrão IEEE 802.15.4. Prever o desempenho deste padrão é importante para analisar a viabilidade e o desempenho esperado de projetos envolvendo esse tipo de rede. Constatou-se que trabalhos anteriores com esse objetivo são incompletos no tocante às métricas aferidas e tem foco no cálculo de probabilidades, o que não faz parte da especificação do padrão. Assim, o objetivo deste trabalho foi projetar e implementar um modelo comportamental do padrão IEEE 802.15.4, cujos parâmetros possam ser facilmente alterados e que seja capaz de aferir as principais métricas de uma rede: vazão, taxa de entrega, atraso e gasto de energia. Os objetivos foram cumpridos com a validação do modelo perante simulação com o NS2. Além disso, o modelo foi utilizado para estudar a variação dos parâmetros aMaxFrameRetries, macMaxCSMABackos, initialCW e aUnitBackoPeriod do padrão IEEE 802.15.4, para estudar cenários em que os nós possuem tráfego assimétrico e cenários com diferentes relações de tamanho e taxa de chegada de pacotes, mantendo a taxa de bits constante. / Low cost and performance constrained wireless networks, such as wireless sensor networks, employ IEEE 802.15.4 standard as its MAC layer. Foreseeing this standard\'s performance is essential to analyze the feasibility and expected metrics results of these networks projects. It was observed that previous works with that aim are both incomplete regarding metrics of interest and focus on probability calculation, which is not part of the standard specication. Thus, the objective of this work is to project and implement a behavioral IEEE 802.15.4 standard model, which parameters may be easily set and that covers the main metrics of interest: throughput, delivery rate, delay and energy. The objectives were achieved, with model validation against NS2 simulations. Furthermore, the model was employed to analyze the performance variation caused by the parameters aMaxFrameRetries, macMaxCSMABackos, initialCW and aUnitBackoPeriod from the IEEE 802.15.4 standard and also scenarios with asymmetric trac conditions and packet size and arrival rate variations, maintaining a constant bitrate.

RESUMO Neste trabalho, a origem dos Jatos de Baixos Níveis (JBN) noturnos de Iperó (SP) e o seu papel na dispersão de poluentes no Estado de São Paulo são investigados. Para tanto são utilizados os dados coletados nas quatro campanhas de medidas em Iperó. Utilizou-se também um modelo numérico de mesoescala não-hidrostático TVM para simular a estrutura espacial 3-D do JBN em resposta as forçantes topográficas e associadas ocupação da superfície. Os resultados observacionais indicam que o JBN ocorre em Iperó com bastante freqüência nas noites de céu claro, com intensidade variando entre 8 e 10 m/s e localizado em torno de 350 m acima da superfície. Os JBNs em Iperó caracterizam-se por um cisalhamento direcional, com ventos de SE na superfície e de ENE na região de máximo. Ocorrem tanto no inverno como no verão, e afetam o ciclo diurno médio do vento observado nos primeiros 100 metros na região de Iperó. Os JBNs são responsáveis pelo máximo noturno (21:00 HL) existente no ciclo diurno médio do vento na região. Os resultados numéricos indicam que o JBN de Iperó é resultado da ação combinada de quatro fatores: (1) circulação anabática no setor paulista do vale do Rio Paraná; (2) oscilação inercial; (3) circulação catabática noturna e (4) brisa marítima. Estes quatro fatores combinados sustentam um JBN com intensidade de 5 a 10 m/s, localizados a uma altitude de 100 a 400 m acima da superfície, durante maior parte da noite. O JBN simulado numericamente encontra-se localizado no setor oeste da região de convergência da circulação anabática e da brisa marítima. Esta região de convergência em baixos níveis se forma durante o dia na parte mais elevada do Estado de São Paulo que acompanha da linha do litoral (Serra do Mar e da Cantareira). O efeito do JBN sobre o transporte de poluente foi investigado com um modelo Lagrangiano de dispersão de partículas. Verificou-se que o JBN aumenta a dispersão horizontal das partículas, transportando o poluente atmosférico emitido na superfície até 250 km da fonte. / ABSTRACT This work investigates the nocturnal Low-Level Jet (LLJ) in Iperó, Brazil, and its role in the pollutant dispersion on the State of São Paulo (SP). Data of four field campaigns in Iperó-SP was used in this investigation. A mesoscale and non-hydrostatic TVM model is also used to simulate the 3D structure of the LLJ, which is a dynamic response to topography and land use. The observational results indicate that the LLJ is frequently found during clear air nights, with a maximum between 8 and 10 m s–1, located around 350 m above surface. The LLJ in Iperó is characterized by a directional wind shear, with SE winds near surface and ENE near to the maximum. They occur during the winter and summer, and can modify the diurnal cycle of the mean wind in the first 100 m in the Iperó area. The LLJ are responsible by the nocturnal maximum (21:00 LT) in the mean wind in Iperó. The numerical results indicate the Iperó LLJ is a result of four factors: (1) anabatic circulation in São Paulo sector of the Paraná River Basin; (2) inertial oscillation; (3) nocturnal katabatic circulation and (4) sea breeze. These factors, together, sustain a LLJ with jet core intensity between 5 and 10 m/s, located between 100 and 400 m above surface during the major of nighttime period. The simulated LLJ numerically is found in the west sector in the convergence zone of the anabatic and sea breeze circulations. This convergence flow area appears during the daytime above the more elevated areas in the State of São Paulo, i.e., along mountains aligned parallel to coastline (Serra do Mar and Cantareira). The effects of the LLJ in a pollutant transport were investigated using a Lagrangian Particle Dispersion model coupled to the mesoscale model TVM. The results show that the LLJ increases the horizontal dispersion of the particles released near surface in Iperó and is able to transport the pollutant up to 250 km downwind the source.

As caprilinas são acilgliceróis de cadeia média com diversas aplicações nos campos alimentício, farmacêutico e cosmético. A esterificação direta é um processo importante para a síntese de caprilinas, dado que o glicerol é subproduto da produção de biodiesel e que a tricaprilina, material de partida para a glicerólise e hidrólise, não é um composto abundante naturalmente. As reações existentes para a síntese de acilgliceróis podem ser catalisadas por via química ou enzimática, sendo esta última superior em diversos aspectos. Dois dos principais contrapontos à utilização de enzimas são seu alto custo e dificuldade de recuperação. A imobilização de enzimas é uma das maneiras existentes para contornar estas questões. A maioria dos estudos científicos relativos à obtenção destes compostos refere-se aos acilgliceróis de cadeia longa. Portanto, é necessário aprimorar a esterificação direta entre o glicerol e ácido caprílico catalisada por lipase, através da compreensão da cinética reacional e da influência dos parâmetros reacionais. A existência de uma metodologia de separação, identificação e quantificação simples e eficaz também é importante, tornando as pesquisas relacionadas às caprilinas mais rápidas e menos complicadas. Desta maneira, este trabalho consistiu de três etapas principais: (1) a imobilização de lipases em resinas de troca aniônica, visando reduzir os custos em relação à lipase imobilizada comercial; (2) o desenvolvimento de um método de cromatografia em camada delgada capaz de quantificar as caprilinas formadas; (3) o estudo da reação de esterificação para a obtenção de caprilinas em regime descontínuo e descontínuo-alimentado. A resina DOWEX® 1X2-400 foi a que apresentou a melhor eficiência de imobilização (EI) da Palatase®. Sua atividade lipolítica foi apenas 12,7% inferior à versão imobilizada comercial da lipase, a Lipozyme®RM IM, indicando a viabilidade de substituição desta última. O desenvolvimento de método de cromatografia em camada delgada resultou em relações lineares para a detecção e quantificação de ácido caprílico, monocaprilina, dicaprilina e tricaprilina com R2 e R2pred de 99,3%/98,73%; 98,9%/97,6%; 99,8%/99,8% e 99,7%/99,5%, respectivamente, e com valor-p de 0,000. As reações em regime descontínuo foram realizadas seguindo planejamento fatorial completo, no qual foram variadas a temperatura (30 ou 70°C), a proporção molar entre os reagentes (1:1 ou 3:1 - ácido caprílico : glicerol) e o tempo reacional (6 ou 10h). A análise de regressão do rendimento reacional expresso em porcentagem de consumo de ácido caprílico indicou que, nestas condições, os fatores relevantes para o resultado final são a temperatura e a proporção molar, bem como a interação entre eles. As melhores condições para a obtenção de mono e dicaprilinas foram, portanto, de 30ºC e razão molar de 1:1. O estudo da cinética da reação indica que 40,4% do ácido caprílico são consumidos na primeira hora e que o consumo máximo ocorre na terceira hora de reação. Houve uma queda drástica no rendimento reacional, quando a reação foi conduzida em regime descontínuo-alimentado, provavelmente devido à menor eficiência catalítica da lipase devido ao baixo teor de água na primeira hora de reação. / Caprylins are medium chain acylglycerols that find several applications in food, pharmaceutical and cosmetic fields. Direct esterification is an important route for the synthesis of caprylins, since glycerol is a byproduct of biodiesel production and tricaprylin, the starting material of glycerolysis and hydrolysis, is not a naturally abundant compound. The glycerides synthesis can be catalyzed by either chemical or enzymatic routes, the latter being superior in several aspects. The biggest issues regarding the use of enzymes are their high cost and difficult recovery. Using immobilized enzymes can minimize these concerns. Most of scientific studies concerning the obtainment of these compounds address to long chain acyglycerols. Thus, the improvement of lipase catalyzed esterification of glycerol and caprylic acid is necessary, by understanding the reaction kinetics and the role of reaction parameters. A simple and effective method of separation, identification and quantification of caprylins is also a relevant contributing factor for easier and faster researches. Therefore, this work consisted of three main steps: (1) immobilization of lipases on anion exchange resins in order to produce a cheaper alternative to imported commercial immobilized lipases; (2) development of a thin layer chromatographic method capable of quantifying caprylins; (3) studying the obtainment of caprylins by direct esterification in batch and fed batch systems. DOWEX® 1X2-400 resin presented the best immobilization efficiency (IE) results. Additionally, its lipolytic activity was only 12.7% lower than the commercial Lipozyme® RM IM, suggesting that Lipozyme\'s substitution is feasible. Regarding the developing of a thin layer chromatography method, linear correlations were obtained for detection and quantification of caprylic acid, monocaprylin, dicaprylin and tricaprylin, with a R2 and R2pred of 99,3%/98,73%; 98,9%/97,6%; 99,8%/99,8% e 99,7%/99,5%, respectively, with a p-value of 0,000. The batch reactions were carried out according to a complete factorial design, in which the temperature (30 or 70ºC), the molar ratio between the reagents (1:1 or 3:1) and reaction time (6h or 10h) were varied. The regression analysis of reactional yield expressed in terms of percentage of caprylic acid consumption indicated that only the temperature, molar-ratio and their interaction were important for reaction yields, within the studied conditions. The best conditions related to the obtainment of mono and dicaprylins were 30ºC and molar ratio of 1:1. The reaction kinetics indicates that 40.4% of the caprylic acid is consumed within one hour of reaction and that the maximal consumption was achieved in the third hour. A drastic drop in reaction yield was observed when the fed batch mode was adopted, probably due a lower catalytic efficiency presented by lipase as a result of the lower water content in the first hour of reaction.

Em inúmeras aplicações práticas da engenharia a camada interfacial entre dois fluidos é de extrema importância para a correta caracterização do escoamento. Especificamente na Engenharia Ambiental e Hidráulica na interface entre o ar e a água existem propriedades capazes de relacionar a aeração e oxigenação. Focado na dinâmica dos processos turbulentos, o estudo proposto se aplica a problemas de sub-pressão em vertedores e visa analisar a troca de gases da interface ar-água em situações de fases dispersas e avaliar a qualidade da água a jusante dos mesmos. O objetivo maior é descrever a relação entre o comportamento da superfície da água, o desenvolvimento da camada limite e os regimes de escoamento de acordo com a vazão volumétrica. Para representar a distribuição da fração de vazios da fase dispersa, foram usados os princípios da formulação dos escoamentos em vertedores escalonados e da formulação para enlaçamento de ar. As argumentações e justificativas das formulações propostas para os perfis de concentrações foram baseadas na distribuição da fração de vazios prevista numericamente. A abordagem numérica do problema fluidodinâmico diferencia da maioria dos estudos concentrados na literatura, por estar baseada na quebra da superfície livre. / In many pratical aplications of engineering the interfacial layer between two fluids has a strong relevance in the process of right measurements of the flow. Espeficically in the enviromental and hydraulics engineering the interface between air and water is the property related with oxigen and areation of the flow. With focus on the dynamics of the turbulent processes, the proposed study is applied to sub-pressure problems in spillways. It investigates the gases exchange in the air- water interface in the dispersed phase and evaluate the water quality downstream. The major goal is to describe a relation between the boundary layer development and the flow regimes with discharge. To represent the distribution of void fractions of the dispersed phase, the physical formulation concepts of stepped spillways and entrapped air were used. The arguments and reasons to justify the proposed concentration profile formulation are based on the numerical provided void fraction distribution. The results as well as the physical model are in good agrement with described literature data. The Numerical approach of the fluid dynamics problem differs from major of described literature studies because it is based on the surface breakup.

Submitted by Cátia Araújo (catia.araujo@unipampa.edu.br) on 2017-01-25T11:32:18Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Um modelo para dispersão de poluentes na camada limite planetária com coeficientes de difusão dependentes da distância da fonte.pdf: 1813716 bytes, checksum: 2b7788e4583766741e3b5c4e7ae8da30 (MD5) / Approved for entry into archive by Cátia Araújo (catia.araujo@unipampa.edu.br) on 2017-01-25T11:33:16Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Um modelo para dispersão de poluentes na camada limite planetária com coeficientes de difusão dependentes da distância da fonte.pdf: 1813716 bytes, checksum: 2b7788e4583766741e3b5c4e7ae8da30 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-25T11:33:16Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Um modelo para dispersão de poluentes na camada limite planetária com coeficientes de difusão dependentes da distância da fonte.pdf: 1813716 bytes, checksum: 2b7788e4583766741e3b5c4e7ae8da30 (MD5) Previous issue date: 2013-07-15 / Este trabalho apresenta a solução da equação da difusão-advecção bidimensional estacionária para simular a dispersão de poluentes na Camada Limite Planetária. A solução é obtida através do método ADMM (Analytical Dispersion Multilayer Model) e da técnica de inversão numérica utilizando o algoritmo de Fixed Talbot. A validação da solução é comprovada, mediante os parâmetros estatísticos, através do confrontamento das concentrações calculadas a partir do modelo com as obtidas experimentalmente pelo experimento de Prairie Grass. Para a determinação das concentrações utiliza-se o perfil do vento segundo o modelo de similaridade de Monin-Obukhov e os parâmetros de turbulência com dependência da distância longitudinal da fonte e da altura vertical, considerando a componente vertical do espectro Euleriano e de acordo com o modelo sugerido por Hɸjstrup que divide os espectros em alta e baixa frequência. Para efeito comparativo utiliza-se um coeficiente de difusão para grandes tempos de difusão. Os melhores resultados foram alcançados com a utilização dos coeficientes de difusão considerando a distância longitudinal da fonte e a altura vertical. / This work presents the solution of two-dimensional advection-diffusion equation stationary to simulate the dispersion of pollutants in the Planetary Boundary Layer. The solution is obtained through the ADMM method (Analytical Multilayer Dispersion Model) and the numerical inversion technique using the algorithm Fixed Talbot. Validation of the solution is proven, statistical parameters, through the confrontation of the concentrations calculated from the model with those obtained experimentally by the Experiment of Prairie Grass. For the determination of the concentration profile of the wind the form of Monin-Obukhov similarity and turbulence parameters with longitudinal distance dependence of source and of vertical height, considering the vertical component of the Eulerian spectrum and according to the model proposed by Hɸjstrup that divides the high and low frequency spectra. To use the comparative effect diffusion coefficient for large diffusion times according. The best results were achieved with the use of diffusion coefficients considering the longitudinal distance from the source and the vertical height.

Orientador: Valéria de Carvalho Santos Ebinuma / Coorientador: André Gonzaga dos Santos / Banca: Eduardo José Crevelin / Banca: André Moreni Lopes / Banca: Fernanda Perpétua Casciatori / Banca: Alvaro de Baptista Neto / Resumo: Colorantes sintéticos têm sido cada vez mais substituídos pelos colorantes naturais em diversos produtos industriais, pois os últimos apresentam efeitos desejáveis à saúde e podem possuir atividades biológicas. Neste cenário, o fungo filamentoso Talaromyces amestolkiae apresenta-se como uma fonte alternativa de colorantes naturais por não ser micotoxigênico. Assim, técnicas eficientes para a extração e/ou purificação destes biocompostos do meio fermentado são de grande interesse visando sua aplicação industrial. O objetivo deste travalho foi definir a estrutura química do colorante produzido por T. amestolkiae e avaliar Sistemas Micelares de Duas Fases Aquosas (SMDFA) como técnica de extração. Em relação a molécula do colorante, esta foi purificada por técnicas espectrométricas e espectroscópicas e apresentou massa de 542 u, absorção máxima em 544 nm e pertence a classe dos policetídeos. Avaliou-se a estabilidade do colorante vermelho presente no meio fermentado de T. amestolkiae e verificou-se que o mesmo é estável na faixa de temperatura de 25 a 65°C, na presença de altas concentrações do surfactante não iônico TX-114 (1-15% m/m) e dos líquidos iônicos da família dos imidazólios (0,1, 0,5 e 1,0M), porém, a molécula foi estável somente em baixas concentrações de LIs da família das colinas (0,1M). Em relação às partições por SMDFA composto por Triton X-114 e LI como surfactante iônico (família dos imidazólios) ou adjuvante (família das colinas), baixas concentrações de LI, in... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Synthetic colorants have been increasingly replaced by natural ones in several industrial products, since the last have lower adverse health effects and may present biological activities. In this scenario, the filamentous fungus Talaromyces amestolkiae is an alternative source of natural colorants for being non-mycotoxigenic. Thus, efficient techniques for the extraction and/or purification of these biocompounds from the fermented medium are of great interest aiming their industrial application. The objective of this work was to purify natural colorants from the fermented medium of T. amestolkiae by liquidliquid extraction with organic solvents in order to determine the chemical structure of these compounds and to evaluate aqueous micellar two-phase systems (AMTPS) as an alternative extraction technique. In relation to the colorant molecule, it has a mass of 542 u, maximum absorption at 544 nm and structure similar to N-GABA-PP-V molecule of the polyketide class, with an additional glutamic acid chain. In the literature, there are no previous reports of this molecule. The stability of the red colorant present in the fermented medium of T. amestolkiae was evaluated and it was found to be stable in temperature range of 25 to 65 °C, in the presence of high concentration of the non-ionic surfactant TX-114 (1 (0.1, 0.5 and 1.0 M) and the ionic liquids (IL) from imidazolium family (0,1, 0,5 e 1,0 M),however,it is only stable at low concentrations of, IL from the choline family (0,1 M). Regarding the colorant partition by AMTP composed of Triton X-114 and IL as ionic surfactant (imidazolium family) or adjuvant (choline family), low concentrations... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Simulações numéricas do escoamento atmosférico em microescala constituem o foco principal deste estudo. Estas simulações são abordadas tendo em vista aplicações para o setor eólico, em especial para avaliações de produção de energia em parques eólicos. Existem diversas categorias de incertezas associadas às estimativas de produção de energia para um projeto eólico, mas na maioria dos casos, a incerteza associada ao modelo de escoamento é a maior e mais relevante de todas. Dentro do setor eólico, o termo “modelo de escoamento” refere-se à ferramenta numérica utilizada para extrapolar o recurso eólico medido na posição das torres anemométricas (e sensores remotos) até as posições projetadas para os aerogeradores. Diversos autores sugerem através de estudos comparativos que os modelos tipo “CFD RANS k-ε” atualmente representam o “estado da arte” para aplicações em parques eólicos e são os mais utilizados comercialmente no setor. Contudo, o escoamento atmosférico livre é intrinsicamente turbulento, e a dinâmica dos escoamentos turbulentos é um campo científico que ainda não foi totalmente dominado pelo conhecimento humano. O presente estudo demonstra que a maioria dos “modelos de escoamento” atualmente disponíveis possuem pontos fracos, em especial quando aplicados em simulações do escoamento atmosférico livre sobre áreas com topografia e rugosidade complexas Uma das fraquezas presentes na maioria dos modelos de microescala para escoamento atmosférico é a “incapacidade” de simular com precisão o escoamento que ocorre durante períodos de “estabilidade atmosférica”. Diversos locais com elevado potencial eólico apresentam ciclos durante os quais as características do escoamento são afetadas pela ocorrência de estratificação térmica dentro da Camada Limite Atmosférica. Tendo como objetivo principal melhorar as simulações do escoamento nestas condições, propõe-se através deste estudo algumas modificações na modelagem “CFD RANS k-ε” tradicionalmente empregada. Dentre estas, destacam-se a inclusão de um perfil estratificado de temperatura potencial como condição de contorno, a inclusão dos efeitos das forças de empuxo no equacionamento “k-ε” e a solução simultânea das equações para balanço de energia e para o fluxo de temperatura potencial. Este modelo foi chamado de “RANS estável”. Para validação deste modelo foram utilizadas cinco torres anemométricas instaladas em um local com topografia complexa. Estas torres foram montadas e instrumentadas conforme as melhores práticas internacionais Os dados anemométricos registrados por essas torres demonstram a presença de ciclos diários de estabilidade atmosférica. Os erros de previsão cruzada foram calculados comparando-se as previsões de cada modelo com as medições reais registradas na posição das torres. O erro global médio de previsão cruzada entre torres anemométricas obtido com a composição dos modelos RANS “estável + neutro” foi de 3,8% enquanto o erro obtido apenas com o modelo RANS k-ε tradicional foi de 5,2%. Para o modelo linear WAsP, amplamente utilizado no setor eólico, o erro foi de 7,1%. Além dos erros de previsão cruzada entre torres, os perfis verticais de velocidade e os fatores de aceleração direcionais obtidos com a composição dos modelos RANS “estável + neutro” também sugerem que esta é uma alternativa versátil e promissora para capturar os ciclos de estabilidade atmosférica utilizando simulações numéricas em regime permanente. / Microscale numerical simulations of the atmospheric wind flow are the central focus of this study. These simulations are analysed from the wind energy perspective. Special attention is given to the usage and application of these simulations in energy production assessments for proposed wind farms. There are multiple uncertainty categories associated with energy production forecasts for future wind farms. However, in most cases the uncertainty factors related with wind flow modelling are the largest and most relevant of them all. The wording “flow model” refers to the numerical simulations (or “models”) that are used to extrapolate the anemometric data recorded at meteorological masts positions to the proposed wind turbine positions. Several authors have demonstrated through comparative studies that the “CFD RANS k-ε” models currently represent the “state of the art” when it comes to microscale wind flow simulations targeted at wind farms. Nonetheless, the atmospheric wind flow is turbulent by nature, and the dynamics of turbulent flows represent one of the scientific fields that have not yet been fully dominated by the human knowledge. The present study demonstrates that the majority of flow models currently available to mankind still lack in precision, even more so when it comes to modelling free atmospheric wind flow over complex terrain. One of the major weak spots of most microscale wind flow models is their inability to precisely simulate the wind flow that occurs during periods of atmospheric stability Numerous locations with large potential for wind energy production present cyclic periods of thermal stratification inside the atmospheric boundary layer. These cycles alter the dynamics and characteristics of the wind stream. With the purpose of improving wind flow simulations under stable atmospheric conditions, some modifications to the standard “RANS k-ε” model implementation are proposed. The most significant of these modifications are the usage of a potential temperature profile among the boundary conditions, the inclusion of the buoyancy forces in the “k-ε” equations and the simultaneous solution of the equations for energy balance and for potential temperature transport. This “modified” model was named “stable RANS”. It was validated using five well mounted meteorological masts installed in a location with complex topography. The anemometric data measured by these site masts suggest the existence of strong daily cycles of atmospheric stability. Cross prediction errors were calculated by comparing the forecasts (outputs) from each flow model against real wind data measured at each mast position The global average cross prediction error yielded by the RANS “stable +neutral” model was around 3,8%, whereas the error yielded by the traditional “RANS k-ε” implementation was near 5,2%. For the linear model WAsP the error was calculated to be 7,1%. In addition to cross prediction errors, the vertical wind speed profiles and speed-up factors calculated with the RANS “stable +neutral” model composition also suggest that it is a promising and versatile alternative for capturing the effects from atmospheric stability on wind flow using steady state numerical simulations.