Orientador: Mauricio Boscolo / Banca: Jimmy Alexander Morales Morales / Banca: Celso Silva Caldas / Resumo: O interesse pelos derivados de sacarose tem aumentado nos últimos anos devido suas diferentes aplicações em diversos setores industriais (farmacêutico, bioengenharia, química, agricultura e alimentos). A sacarose é o dissacarídeo natural de maior abundância, obtida em alto grau de pureza e economia que por meio de reações orgânica permite sintetizar uma série de compostos de maior valor agregado. Os ésteres de sacarose ou sucroésteres (SEs) são uma das possibilidades de derivados deste carboidrato, pois possuem aplicações como emulsificantes, controladores microbiológicos, anti-inflamatórios, antioxidantes, entre outros. Entretanto, a baixa estabilidade em condições ácidas, térmicas e a riqueza funcional da sacarose levam a pesquisa de novos métodos de síntese de sucroderivados por reações seletivas, as quais se controle o grau de esterificação (especificamente monoacilação) e a posição de acilação no mesmo processo. Por outro lado, os ácidos picolínico, nicotínico e isonicotínico (ácidos piridínicos) têm sido estudados como agentes antimicrobianos, anticancerígenos, suplementos dietéticos, o que os torna compostos químicos de interesse fármaco-biológico ainda pouco explorados como substituintes de carboidratos. Neste estudo, foram sintetizados ésteres piridínicos de sacarose por reação de transesterificação por catálise básica homogênea (metóxido de sódio) e catálise heterogênea (óxidos metálicos mistos derivados de hidrotalcitas) assistidas por cavitação acústica a... / Abstract: Interest in sucrose derivatives has increased in recent years due to their different applications in various industrial sectors (pharmaceutical, bioengineering, chemistry, agriculture and food). Sucrose is the most abundant naturally occurring disaccharide, obtained in a high degree of purity and economical, which by means of organic reactions allows to synthesize a series of higher added value compounds. Sucrose esters (SEs) are one of the possibilities of derivatives of this carbohydrate, have applications as emulsifiers, microbiological controllers, anti-inflammatories, antioxidants, among others. However, the low stability in acidic and thermal conditions and the sucrose functional richness lead to the search for new methods of synthesis of sucroderivatives by selective reactions where the degree of esterification (specifically monoacylation) and the acylation position in the same process are controlled. On the other hand, picolinic, nicotinic and isonicotinic acids (pyridinic acids) have been studied as antimicrobial agents, anticancer agents, dietary supplements, among others, which make them chemical compounds of biological and pharmaceutical interest still little explored as carbohydrate substituents. In this study, pyridine esters of sucrose were synthesized by transesterification reaction by homogeneous basic catalysis (sodium methoxide) and heterogeneous catalysis (mixed metal oxides derived from hydrotalcites) assisted by acoustic cavitation at 20 kHz. Once the ... / Mestre

A presente dissertação investiga o comportamento do escoamento em um túnel de cavitação, através de simulações fluido-dinâmicas computacionais, excluindo a bomba de circulação. Para tanto um extenso estudo buscou selecionar a abordagem numérica e configurações de simulação mais adequadas, de uma forma a reproduzir as características hidrodinâmica inerentes à operação do túnel. Portanto, as informações referentes à perda de carga, uniformidade no perfil de velocidade, tendência de cavitação, descolamento e altura da camada limite foram apreciadas. Esse estudo foi direcionado por dados provenientes de métodos empíricos da literatura, resultados experimentais do próprio túnel pesquisado e de outros túneis. Em geral, os resultados foram satisfatórios, pois a perda de carga estimada foi semelhante ao obtido experimentalmente. Além de serem identificados os trechos com efeito desfavorável na uniformidade do escoamento, foram determinadas a distribuição de pressão nas aletas e o perfil de velocidade incidente na bomba. / This study deals with a cavitation tunnel flow (except the pump region) through computational fluid dynamic simulations. Therefore, previously one made a literature survey to aid the selection of the most appropriate techniques and simulation settings to simulate the hydrodynamic characteristics of the tunnel. The pressure drop, uniformity of the velocity profile, existence of cavitation, detachment and height of the boundary layer were evaluated. This study used empirical methods and also experimental results. The results were satisfactory, as long as the estimated pressure drop was close to the one obtained experimentally. In addition, it was forecasted low flow uniformity in some parts of the tunnel, the pressure distribution on the fins and the incident velocity profile at the pump.

O presente trabalho consiste na avaliação de um novo modelo de reator de cavitação hidrodinâmica pertencente à classe dos homogeneizadores de alta velocidade, comercialmente conhecidos por High Speed Homogeneizers. É sabido que esse tipo de equipamento possui um amplo leque de aplicações industriais, sendo muitas vezes constituintes de operações unitárias para emulsificação, homogeneização, síntese química, dentre outras. Neste trabalho fez-se um estudo da eficiência deste novo modelo para duas aplicações, o aquecimento controlado de líquidos e a produção de emulsões de óleo em água com diâmetros de partículas em escala sub-micrométricas. As duas aplicações foram estudadas em uma planta piloto, de onde foi possível constatar o potencial de aplicação desse novo modelo de reator, especialmente devido ao baixo custo operacional e praticidade de operação. / This work evaluates a new model of hydrodynamic cavitation reactor, which belongs to the class of high-speed homogenizers. This type of equipment has a wide range of industrial applications and it is often constituent of unit operations for emulsification, homogenization, chemical synthesis, among others. In this master thesis a study regarding the efficiency of this new model for two applications was made: the controlled heating of fluid and the production of oil in water emulsions with particle diameters in the sub-micrometer scale. The two applications were studied in a pilot plant, where it was possible to see the potential of applying this new model of reactor, especially due to the low operating costs and practicality of operation.

Neste trabalho pretende-se estabelecer relações entre a micro e a nanoestrutura e a resistência à erosão-cavitação em aços inoxidáveis com alto teor de nitrogênio. Estas relações serão determinadas através do estudo dos mecanismos de deformação plástica e degradação observado nas superfícies e na micro e nanoestrutura durante ensaios de cavitação vibracional. As amostras do aço inoxidável duplex UNS S31803, com aproximadamente 0,9% N em peso, foram obtidas por nitretação gasosa em alta temperatura, divididas em amostras com nitrogênio em solução sólida e solubilizadas e amostras com nitrogênio em solução sólida e encruadas. As amostras de ensaio foram submetidas à cavitação vibratória em água destilada. Os mecanismos de dano que operam nas diferentes etapas do desgaste foram analisados utilizando microscópio eletrônico de varredura (MEV) para diferentes tempos de ensaio, analisando sempre o mesmo local através da perda de massa. A partir dos resultados obtidos nesse trabalho, observa-se que as amostras com nitrogênio em solução sólida e solubilizadas (318HTGN+Sol), e as laminadas (318HTGN+Enc), apresentaram taxa de desgaste 16 e 172 vezes menores, respectivamente, comparadas com o aço AISI 304L solubilizado. Por outro lado, a amostra do aço nitretado, com nitrogênio em solução sólida e solubilizado (318HTGN+Sol), e as laminadas (318HTGN+Enc), apresentaram taxa de desgaste 2 e 17 vezes menores, respectivamente, comparadas com o aço AISI 304L encruado. Foi possível constatar um aumento considerável do tempo de incubação, o que permitiu, de forma detalhada, acompanhar os mecanismos de deformação e evidenciar nos primeiros estágios da cavitação a formação de bandas de escorregamento. Foi possível, também, observar como os contornos de grão ou de macla, locais preferenciais de nucleação do dano, atuam quando comparados com danos no interior dos grãos. / This work aims to establish relationships between micro and nanostructure and cavitation-erosion resistance in high nitrogen stainless steels. These relations will be determined through the study of plastic deformation mechanisms and surface damage, as well as micro and nanostructure during vibratory cavitation testing. An UNS S 31803 samples with 0.9 N (%wt) were obtained by high temperature gas nitriding. Two sample groups were obtained: solubilized in solid solution and solubilized and work hardened. Vibratory cavitation tests were performed in distilled water. The damage mechanisms operating in different stages of wear were analyzed for different times in the same location using scanning electron microscopy (SEM). Mass losses were periodically measured during the cavitation-erosion tests. From the results, it was observed that the (318HTGN+Sol) samples, with nitrogen in solid solution showed wear rates 16.1 times smaller compared to those of the solubilized UNS S30403 steel. The work-hardened (318HTGN+Enc) samples showed wear rates 172.4 times smaller than UNS S30403specimens. The comparison of the 318HTGN+Sol samples with the work-hardened 304L+Enc specimens showed wear rates 2 times smaller, while the 318HTGN+Enc samples showed a wear rate 17 times smaller. Finally, a considerable increase of incubation time was readily observed, which allowed the detailed observation of the deformation mechanisms and the identification of the slip bands formation during the early stages of cavitation erosion. Additionally it was possible to observe the way the grain boundaries and twin boundaries are damaged, acting as preferential sites where the damage initially occurs.

A sonotrombólise pela combinação de ultrassom (US) e microbolhas com medicamento trombolítico tem indicado grande eficácia na quebra de coágulos in vitro, devido a efeitos de cavitação. Contudo, estudos in vivo sobre drug delivery demonstram que a cavitação de microbolhas é também capaz de abrir local e transientemente a barreira hematoencefálica (BHE) - estrutura de permeabilidade seletiva que protege o Sistema Nervoso Central. Um estudo clínico sobre sonotrombólise foi interrompido precocemente devido a evolução de casos de Acidente Vascular Cerebral isquêmicos para hemorrágicos associados a danos na BHE e formação de ondas estacionárias. Nesta tese, foram realizados estudos in vitro e in vivo sobre técnicas de US multifrequencial para trombólise. Além disso, verificou-se os limiares para a abertura da BHE e efeitos de neuromodulação ambos causados pelo ultrassom transcraniano. Foi demonstrado que o duplo feixe de US e a variação temporal de frequências (excitação codificada) são capazes de reduzir a formação de ondas estacionárias e gerar regiões focais mais confinadas do que feixes focalizados monofrequenciais. O duplo feixe foi incapaz de gerar ondas de baixa frequência para trombólise (menor ou igual a 1 Pa para feixes primários de 1,58 MPa). Exames histológicos e por imagens de ressonância magnética mostraram que a cavitação de microbolhas pode causar danos ao tecido cerebral para níveis de pressão de mesma ordem necessários para se observar efeito trombolítico. Além disso, foi observado que o US é capaz de disparar atividade neuronal causando respostas motoras e indícios de respostas associadas a modulação de atividades cognitivas. A focalização de feixes por excitação multifrequencial é um grande avanço para sonotrombólise. Contudo, a potencialização do efeito trombolítico do US por cavitação e medicamento é limitada devido a danos a BHE e critérios de exclusão do medicamento. / Sonothrombolysis by combining ultrasound (US) and microbubbles with thrombolytic drugs has been demonstrated capable of breaking blood clots in in vitro studies, due to cavitation effects. However, in vivo drug delivery studies have demonstrated that cavitation of microbubbles is also capable of opening locally and transiently the blood-brain barrier (BBB) - structure with selective permeability that protects the Central Nervous System. A sonothrombolysis clinical study was interrupted prematurely because of the occurrence of intracerebral hemorrhages after treatment associated with damages in the BBB and standing waves formation. In this dissertation, in vitro and in vivo studies evaluated techniques of multifrequency US for thrombolysis. Furthermore, the ultrasound pressure threshold to obtain the BBB opening and neuromodulation effects were explored during transcranial insonation. It has been demonstrated that the double US beam and the time variation of frequencies (coded excitation) are capable of reducing standing wave formation and generating more confined focus zones than monofrequency focused beams. The double US beam was not capable of generating low frequency waves for thrombolysis (less than or equal to 1 Pa obtained from primary beams with 1.58 MPa). Histological exams and magnetic resonance images demonstrated that microbubbles cavitation can damage the brain tissue with acoustic pressures of the same level necessary to observe thrombolytic effects. Furthermore, it was observed motor responses and other responses associated with cognitive activity triggered by US. The capability of multifrequency excitation in focusing US beams is an important advance for sonothrombolysis. However, the enhancement of fibrinolytic effect of US by microbubbles cavitation and with thrombolytic drugs is limited by associated damages to the BBB and by exclusion criteria for the use of the thrombolytic drugs.

O presente trabalho reúne elementos teóricos e experimentais envolvendo os principais fenômenos hidráulicos causadores de danos em bombas hidráulicas de fluxo radial de grande porte. A preocupação do texto está centrada em proporcionar um aprofundamento técnico acerca destes fenômenos hidráulicos de cavitação, a fim de contribuir na análise e solução de problemas em sistemas de bombeamento. Além disso, este trabalho tem a pretensão de transmitir alguma experiência prática fornecida por um evento em que foi detectada a ocorrência de dois destes fenômenos hidráulicos simultâneos em um sistema de bombeamento e a partir disso, realizou-se a análise completa deste evento, incluindo as propostas de solução aos problemas encontrados, as análises técnica e econômica das alternativas de solução e a análise após a implantação da proposta escolhida. O texto apresenta também uma grande quantidade de gráficos e figuras que buscam facilitar a compreensão das definições e das análises dos fenômenos hidráulicos, além de exemplificar os danos típicos dos fenômenos pela visualização direta destes danos nas bombas. / This work presents theoretical and experimental data on the principal hydraulic phenomena responsible for damage in high loaded radial flow hydraulic pumps. The main objective is to provide a technical overview in order to contribute for the analysis and solution on these cavitation pumping systems problems. In addition this work intends to transmit practical experience through a “study of case" where two simultaneous of these hydraulic phenomena were detected. The complete analysis of technical and economical aspects of the alternatives solutions is presented including a great amount of graphs and illustrations that better explain the phenomena of cavitation in hydraulic pumps.

Orientador: Helcio Francisco Villa Nova / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, 2013

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T01:11:49Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T21:35:54Z : No. of bitstreams: 1 138840.pdf: 10671571 bytes, checksum: 573619f2ee3776a99e174dab03e5b2b7 (MD5)

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-19T02:21:30Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-09T03:26:05Z : No. of bitstreams: 1 171003.pdf: 40185446 bytes, checksum: d25d44ca69bca021f1db43efb2e6d52e (MD5) / Neste trabalho é realizado um estudo comparativo da resistência à erosão por cavitação de diferentes materiais depositados por soldagem e por aspersão térmica. Na avaliação da resistência dos revestimentos foi utilizado o ensaio vibratório ultrasônico segundo a norma ASTM G 32. A morfologia e a microestrutura de vários revestimentos foram analisados utilizando microscopia ótica, de varredura, de transmissão, raios - X e medições de dureza. Tomando o aço inoxidável AISI 316 como material maciço de referência, para cada revestimento foram determinados o período de incubação, a taxa de erosão em regime permanente e a perda total de massa. Em relação à soldagem manual SMAW (Shielding Manual Arc Welding), o processo GMAW (Gas Metal Arc Welding) automatizado confere desempenho superior aos depósitos de aços inoxidáveis austeníticos ligados ao Co. O refino microestrutural, a baixa diluição, os volumes relativos de fases ( ) e a ausência de defeitos estruturais são os principais fatores que controlam a resistência do material. São discutidos os efeitos da refusão por TIG (Tungsten lnert Gas) e de tratamentos térmicos ou mecânicos prévios na resistência do revestimento soldado. Compararam-se esses resultados ao comportamento de camadas de X43Crl3, Corodur, Stelloy 60G e aço inoxidável austenítico ao Co depositadas por aspersão térmica por arco-elétrico e de Stellite 6 e MCrAIY pelo processo à chama de alta velocidade (HVOF). Apesar da resistência à erosão das camadas aspergidas ser limitada pela presença de poros, microtrincas e óxidos, o desempenho alcançado com o sistema HVOF de última geração, recomendam o seu emprego em locais menos solicitados à cavitação.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Parte 1_CAPA.pdf: 112741 bytes, checksum: 77f664f41fd325d0dc88d0a1e1c7d4fe (MD5) Previous issue date: 2007-12-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The present work deals with the design, fabrication and operation of a cavitation erosion equipment and with the preliminary results obtained by its testing. A new cavitation erosion testing machine was designed, fabricated and tested, using a rotating disc with holes for generating cavitation. The developed equipment has as main advantages, in relation to the existing ones, low fabrication cost due to its smaller size and reduced number of components, the specimen quantity of up eight per test and a lower power needed to carry out the testing. It is small size equipment, capable of generating the necessary bubbles for causing the erosion by cavitation on the specimen surfaces at the speed of 4400 rpm and maximum power of 30 kW. Two types of rotating discs were investigated: with cavitation inducers holes and with pins. The rotating disc with inducer holes was more efficient as its power consumption was only 14 kW and the disc with inducer pins was 23 kW for practically the same erosion rate obtained by bronze and aluminium, both at the rotation speed of 4400 rpm. The cavitation erosion is responsible for surface damage caused exposure to this phenomenon. The equipment is capable of testing simultaneously 8 specimens of different materials, what shows the variety of possible materials which can be performed simultaneously in short period of time. The specimen erosion was confirmed by its loss of mass, using an analytical balance with accuracy of 0,2 mg and by the analyses of the eroded surface through the photograph analyses from the scanning electron microscope, MEV. The occurrence of cavitation due to micro-jets impact was confirmed by the microphotographs of circular craters in the aluminium specimens. The tested and discussed materials in this work presented different behavior when exposed to cavitation erosion. Bronze and brass showed a practically constant and linear erosion rate as seen in the lost mass versus testing time graphs. But, aluminium presented much lower wear, except for 10 to 15 hours of testing. After this period of time, a substantial reduction in the wear rate was occurred due to the formation of a fine layer of alumina which provided an increase in the aluminium wear resistance. According to the results obtained by the nodular cast iron specimens, it was observed that the cemented layer increased the erosion resistance to cavitation and decreased the specimen surface oxidation, however, the occurrence of surface oxidation prejudiced a more accurate analyses. / O presente trabalho consiste no projeto, construção e operação de uma máquina de ensaio de erosão por cavitação e dos primeiros resultados obtidos por meio deste equipamento. Um novo conceito de máquina de ensaio de erosão por cavitação foi projetado, construído e ensaiado, usando um disco rotativo com furos e pinos indutores de cavitação. O equipamento projetado possui como principais vantagens, em relação aos equipamentos já existentes, o baixo custo de fabricação devido ao menor tamanho do equipamento, número reduzido de componentes, a quantidade de até oito amostras por ensaio e a menor potência necessária para realização dos ensaios. Trata-se de uma máquina de pequeno porte, capaz de gerar as bolhas necessárias para o surgimento da erosão por cavitação nas superfícies dos corpos de prova na rotação de até 4400 rpm e potência máxima de 30 kW. Foram investigados dois tipos de discos rotativos: com furos indutores e com pinos indutores de cavitação. O disco rotativo com furos indutores foi mais eficiente, pois consumiu a potência de 14 kW e com pinos indutores a potência consumida foi de 23 kW, para a mesma rotação de 4400 rpm, e apresentaram praticamente a mesma taxa de erosão verificada no bronze e alumínio. A erosão por cavitação é responsável por danos causados nas superfícies expostas a este fenômeno. O equipamento é capaz de ensaiar simultaneamente 8 corpos de prova de diferentes materiais, o que demonstra a variedade possível de materiais de estudos que podem ser feito em conjunto, em reduzidos períodos de tempo. A erosão nos corpos de prova foi verificada pela perda de massa, usando uma balança analítica de precisão 0,2 mg, e pela análise da superfície erodida através da análise das fotografias obtidas no microscópio eletrônico de varredura, MEV. A ocorrência da cavitação por impacto de micro-jatos foi comprovada com as micro-fotografias de crateras circulares nas amostras de alumínio. Os materiais ensaiados e discutidos neste trabalho apresentaram comportamentos diferentes quando exposto à erosão por cavitação. O bronze e o latão tiveram uma taxa de erosão praticamente constante e linear demonstrada nos gráficos de perda de massa em relação ao tempo de ensaio. Já o alumínio apresentou um desgaste muito inferior, mas acentuado entre 10 e 15 horas de ensaio. Após este período ocorreu. uma redução significativa na taxa de desgaste, devido a formação de uma fina camada superficial de alumina que conferiu um aumento na resistência ao desgaste do alumínio. De acordo com os resultados obtidos com os corpos de prova em ferro fundido nodular, constata-se que a camada de cementação aumentou a resistência à erosão por cavitação e visivelmente diminuiu a oxidação superficial dos corpos de prova, porém a oxidação superficial ocorrida nestas amostras comprometeram uma análise mais apurada.