Desde o primeiro choque do petróleo, em 1973, os países têm despendido esforços para reduzir sua dependência pelo produto, produzido principalmente em regiões politicamente instáveis. Os Estados Unidos são os maiores consumidores mundiais do combustível, e cerca de 70% são destinados ao transporte. Desde o final da década de 70, o governo americano tem incentivado o uso de etanol como substituto parcial da gasolina. No entanto, o crescimento do biocombustível levantou polêmicas porque a matéria-prima utilizada na sua produção no país é o milho, o que poderia estar afetando a oferta do grão para a produção de alimentos. Dessa forma, foi aprovado em 2007 o RFS2, uma legislação que prevê o consumo mandatório de volumes crescentes de etanol até 2022, mas limita a produção a partir de milho. Os investimentos em pesquisas de combustíveis alternativos passaram a se focar no desenvolvimento de etanol de segunda geração, que utiliza material celulósico como matéria-prima. Sua viabilidade técnica já foi confirmada, mas ainda são necessárias melhorias no processo de produção para que o produto possa ser ofertado em escala comercial. Por outro lado, o Brasil tem uma indústria de etanol madura e também tem feito pesquisas na tecnologia de segunda geração. Se bem sucedida, o país tem planos de exportar o excedente de produção, e os Estados Unidos são um mercado de interesse. O objetivo desta dissertação é auxiliar na avaliação das necessidades de os Estados Unidos importarem etanol de outros países, o que pode criar uma oportunidade para o Brasil. Para isso, foi utilizada a abordagem lógico-intuitiva de construção de cenários - voltada a aspectos qualitativos - para estudar o mercado de etanol combustível nos Estados Unidos até o ano de 2022. A coleta de informações foi feita por meio da revisão bibliográfica, focada em artigos internacionais. A política energética americana e a evolução da tecnologia de segunda geração de etanol foram identificadas como as principais incertezas que devem moldar o futuro do mercado em estudo. A partir delas, foram gerados quatro cenários, nomeados como \"Filho pródigo\", \"Pais esperançosos\", \"Filho independente\" e \"Filho preterido\". Concluiu-se que, enquanto o governo americano continuar incentivando o consumo de etanol, haverá boas oportunidades de exportação do biocombustível brasileiro. Os maiores volumes são esperados em \"Pais esperançosos\". Por outro lado, caso outras alternativas energéticas sejam priorizadas, nossas exportações podem reduzir substancialmente, e o volume comercializado dependerá do preço do nosso produto em relação ao deles e à gasolina. / Since the first oil shock in 1973, countries have made efforts to reduce their dependence on the product, mainly produced in politically unstable regions. The United States is the world\'s largest consumer of the fuel, and about 70 % is allocated to transport. Since the late 70s, the U.S. government has encouraged the use of ethanol as a partial substitute for gasoline. However, the growth of the biofuel arose controversy because the raw material used for the domestic production is corn, which could be affecting the supply of the grain for food production. Thus, it was approved in 2007 the RFS2, a legislation that requires mandatory use of increasing volumes of ethanol until 2022, but limits production from corn. Investments in alternative fuels research started to focus on the development of second generation ethanol, which uses cellulosic material as feedstock. Its technical feasibility has been confirmed, but improvements are still needed in the production process so that the product can be offered on a commercial scale. On the other hand, Brazil has a mature ethanol industry and is also doing research on second-generation technology. If successful, the country plans to export the surplus production, and the United States is a market of interest. The objective of this thesis is to assist the assessment of the United States needs to import ethanol from other countries, which may create an opportunity for Brazil. The logical-intuitive approach of scenario building - focused on qualitative aspects - was used to study the market for fuel ethanol in the United States until the year 2022. Data collection was done through literature review, focused on international articles. The U.S. energy policy and developments in the technology of second generation ethanol were identified as the major uncertainties that are shaping the future of the market under study. Four scenarios were generated from these two uncertainties and named as \"Prodigal Son\", \"Hopeful parents\", \"Independent Son\" and \"Deprecated Son\". It was concluded that while the U.S. government continues to encourage the consumption of ethanol, there are good opportunities to export the Brazilian biofuel. The largest volumes are expected in \"Hopeful parents\". On the other hand, if other energy alternatives are prioritized, our exports can reduce substantially, and sales volume will depend on the price of our product relative to theirs and gasoline.

Orientador: Gustavo Paim Valença / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-24T23:01:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LaSalvia_Nathalia_D.pdf: 7860896 bytes, checksum: 356f0e957d83d2daaba9cb36b26a4056 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Peneiras moleculares do tipo MCM-41 foram sintetizadas com e sem alumínio estrutural e impregnadas com 5% de magnésio e 5 e 10% de cromo. As amostras foram então calcinadas e caracterizadas, e utilizadas na conversão catalítica de etanol. Esses materiais foram caracterizados por Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR), Difração de Raios X (DRX), Adsorção de Nitrogênio, Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM), Ressonância Magnética Nuclear (NMR), Espectrometria de Emissão Óptica por Plasma Acoplado Indutivamente (ICP-OES), Espectroscopia de Absorção Atômica (AAS), Análise Termogravimétrica (TGA), Dessorção a Temperatura Programada de NH3 (TPD-NH3), Quimissorção de CO2 e Picnometria de Hélio. Testes preliminares foram realizados para avaliar a eficiência do sistema reacional. Os testes catalíticos foram realizados em um reator de leito fixo, as temperaturas de reação utilizadas foram 600, 625, 650, 675, 700 e 725 K e as pressões de etanol de 4310, 3128 e 2240 Pa, as massas utilizadas foram 30 e 60mg, e o fluxo de etanol foi mantido constante em 2×10-6 m3 s-1. Os compostos identificados foram o etileno, acetaldeído, dietil-éter, 1.3-butadieno, etano, acetato de etila e, com seletividade abaixo de 2%, crotonaldeído, butiraldeído, butanol, acetona, propanol, propeno, metano e metanol. Foi realizado também o balanço de massa do sistema e foram determinados os valores dos graus de avanço de cada reação. Os cálculos dos efeitos difusivos demonstraram que a transferência de massa externa para reações a 675, 700 e 725 K podem ser limitantes da reação. Foram realizados testes de desativação de 48 horas. Foram realizados também os cálculos da taxa global de reação e da taxa de giro para todos os sólidos e em todas as condições de reação / Abstract: Molecular sieves of the MCM-41 type were synthesized and impregnated with 5% w/w Mg and loads of Cr: 5% and 10%. The solids were then calcined, characterized and tested as catalysts for the conversion of ethanol. These materials were characterized by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), X-Ray Diffraction (DRX), N2 adsorption, Transmission Electron Microscopy (TEM), Nuclear Magnetic Resonance (NMR), Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry (ICP- OES), Atomic Absorption Spectroscopy (AAS), Thermogravimetric Analysis (TGA), Temperature-Programmed Desorption of NH3 (TPD-NH3), CO2 Chemisorption and Helium Pycnometry . Preliminary tests were conducted to evaluate the efficiency of the reaction system. The catalytic test reaction of ethanol was carried out in a fixed bed microreactor under differential conditions at 600, 625, 650, 675, 700 e 725 K and at 4310, 3128 e 2240 Pa of ethanol partial pressure. The mass of catalyst used in all tests were ca. 30 and 60 mg and the volumetric flow of ethanol saturated N2 was 2×10-6 m3 s-1. The compounds identified ethylene, acetaldehyde, diethyl ether, 1,3-butadiene, ethanol, ethyl acetate and selectivity with less than 2%, crotonaldehyde, butyraldehyde, butanol, acetone, propanol, propylene, methane, and methanol. The mass balance of the system was also performed and it was determined the values of the extent of reaction. The criteria for diffusion limitations were used in all cases. Calculations based on the experimental data suggest that data at 675, 700 and 725 K may be diffusion-limited. Deactivation tests were performed for 48 hours. The calculations of the overall reaction rate and turnover rate for all solid and all reaction conditions were also performed / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutora em Engenharia Quimica

Orientador: Waldir Antonio Bizzo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-23T09:38:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moretti_RicardoRoquetto_M.pdf: 3138518 bytes, checksum: 3ee2db245fb6caad13e782dc3c9072a2 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A emissão de poluentes por veículos automotores é um dos grandes problemas ambientais enfrentados na atualidade. Para resolver o problema de emissão de poluentes à modificação da matriz energética foi o caminho adotado, e para isso realizaram-se investimentos em tecnologias para fabricação de motores com melhor eficiência térmica e capazes de operar com biocombustíveis. No Brasil etanol foi o combustível objeto de estudo para realizar a mudança na matriz energética, por ser um produto produzido em larga escala no Brasil. Durante o estudo realizou-se uma revisão bibliográfica sobre os processos de produção de etanol, biodiesel e óleos vegetais. Avaliou-se a viabilidade técnica e financeira de se utilizar uma mistura de combustível óleo diesel, biodiesel versus o desempenho da mistura óleo diesel, biodiesel e etanol anidro em um motor de ignição por compressão visando não acarretar perda de performance no motor. Para a avaliação do desempenho global do motor utilizou-se um motor ciclo diesel comercial, operando com 95% de óleo diesel e 5% biodiesel e comparou-se esse mesmo motor utilizando uma mistura de 92,15% de óleo diesel, 4,85% de biodiesel e 3% de etanol anidro / Abstract: This work investigated the feasibility of using a blend of standard Brazilian diesel (which contains 5% biodiesel) and up to 5% ethanol. We characterized the mixture as fuel and measured the performance of a diesel engine operating with a blend containing 3% anhydrous ethanol, the maximum percentage of ethanol that did not reduce the cetane number of the fuel below that specified in Brazilian legislation (ANP Resolution 42). The presence of anhydrous ethanol in the mixture did not cause a significant impact on engine performance as measured by brake power, brake torque and brake specific fuel consumption tests. The thermal efficiency of the engine used in the tests was slightly higher with standard diesel than with the diesel-biodiesel-ethanol blend / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Ennio Peres da Silva / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-20T23:54:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pinto_CristianodaSilva_D.pdf: 3399884 bytes, checksum: 5b999382e246b0d2ebdb93de6389fb2c (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Diversas estratégias têm sido propostas para a introdução do hidrogênio na economia, especificamente no setor de transportes para se reduzir impactos ambientais em comparação com os combustíveis convencionais. Uma das estratégias implica na utilização de Hidrano (misturas de hidrogênio e Gás Natural Veicular), fazendo uso da infraestrutura de postos de GNV e dos veículos já existentes convertidos para uso de GNV. Dessa forma custos e prazos são reduzidos, tornando a introdução do hidrogênio mais promissora economicamente. Esta tese verifica se o hidrogênio pode ser imediatamente introduzido no mercado energético brasileiro através do Hidrano, com frações molares de hidrogênio de 10%, 20% e 30%. O hidrogênio será gerado através da eletrólise da água nos postos de GNV. Foram então determinados os custos do hidrogênio, os preços e a competitividade do Hidrano de forma a atender o perfil de vendas de um posto de porte médio nos Estados de São Paulo e Rio de Janeiro. O preço do Hidrano ao consumidor depende principalmente do preço de seu maior constituinte, o GNV, vendido na época a 1,308 R$/m3 no Estado de São Paulo e a 1,662 R$/m3 no Estado do Rio de Janeiro. O preço do Hidrano ao consumidor varia entre 1,474 R$/m3 e 2,047 R$/m3, dependendo de sua composição e da região. Em vista de sua competitividade em relação aos outros combustíveis automotivos, o Hidrano 10 apresenta bom potencial de introdução no mercado, inclusive do ponto de vista econômico. A competitividade entre os combustíveis no Estado de São Paulo é de 0,280 R$/km para a gasolina, 0,259 R$/km para o etanol, 0,111 R$/km para o GNV, 0,129 R$/km para o Hidrano 10 com tarifação do Grupo B3 e 0,125 R$/km para o Hidrano 10 com tarifação do Grupo A4 Convencional. No Estado do Rio de Janeiro a competitividade é de 0,300 R$/km para a gasolina, 0,311 R$/km para o etanol, 0,141 R$/km para o GNV, 0,161 R$/km para o Hidrano 10 com tarifação do Grupo B3 e 0,157 R$/km para o Hidrano 10 com tarifação do A4 Convencional. Também foram estimados os impactos dessa proposta em termos energéticos e ambientais. Há redução de emissões de CO2 e CO. As emissões de THC serão possivelmente reduzidas e as de NOx aumentadas. A proposta do Hidrano permite às concessionárias de energia elétrica entrarem no mercado de combustíveis veiculares e aumentar suas vendas. Ao mesmo tempo as concessionárias de gás natural terão reduzidas as vendas de GNV no curto prazo, o que deverá ser revertido no médio e longo prazos com os ganhos de rendimento trazidos pelo Hidrano aos veículos / Abstract: Several strategies have been proposed to introduce hydrogen in the economy specifically in the transport sector in order to reduce environmental impacts of conventional fuels. One of the strategies implies in adding hydrogen to compressed natural gas (HCNG), making use of the existing refueling stations and natural gas fleet. Thus the costs and time for the introduction of hydrogen in the economy will be reduced. This thesis verifies whether hydrogen can be immediately introduced into the Brazilian energy market by means of HCNG, containing mole fractions of 10%, 20% and 30% of hydrogen, employed as fuel for conventional vehicles adapted to CNG. Hydrogen will be generated by water electrolysis in the CNG station. Then the cost of hydrogen and the prices and competitiveness of HCNG were determined to meet the sales profile of a midsize gas station in the states of Sao Paulo and Rio de Janeiro. The final price of HCNG depends mainly on the price of its major constituent, CNG, sold at that time for 1,308 R$/m3 in the State of São Paulo and for 1,662 R$/m3 in the State of Rio de Janeiro. The price of HCNG to the consumer varies between 1,474 R$/m3 e 2,047 R$/m3, depending on its composition and the region. In view of its competitiveness compared to other automotive fuels, HCNG 10 (CNG with 10% molar fraction of hydrogen) shows good potential for marketing. The competitiveness among fuels in the State of Sao Paulo is 0,280 R$/km for gasoline, 0,259 R$/km for ethanol, 0,111 R$/km for CNG, 0,129 R$/km for HCNG 10 with power tariff B3 and 0,125 R$/km for HCNG 10 with power tariff A4 Conventional. In the State of Rio de Janeiro the competitiveness is 0,300 R$/km for gasoline, 0,311 R$/km for ethanol, 0,141 R$/km for CNG, 0,161 R$/km for HCNG 10 with power tariff B3 and 0,157 R$/km for HCNG 10 with power tariff A4 Conventional. The energy and environmental impacts of this proposal were also estimated. There is a reduction of CO2 and CO emissions. THC emissions are likely to be reduced and NOx are likely to increase. The proposal of introducing HCNG allows electric utilities to enter the market for vehicular fuels and increase their sales. At the same time, natural gas utilities will have the sales of CNG reduced in the short term, although this trend may be reversed in the medium and long terms with performance gains brought by HCNG to vehicles / Doutorado / Planejamento de Sistemas Energeticos / Doutor em Planejamento de Sistemas Energéticos

Submitted by João Paulo Cabral da Silva (cabral302@gmail.com) on 2013-01-31T14:10:12Z No. of bitstreams: 1 Dissertação_JoãoPaulo_Banca_21jan - VersaoFinal.pdf: 1484921 bytes, checksum: 12637857b12d46622ca9953720295f30 (MD5) / Approved for entry into archive by Eliene Soares da Silva (eliene.silva@fgv.br) on 2013-01-31T16:27:15Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação_JoãoPaulo_Banca_21jan - VersaoFinal.pdf: 1484921 bytes, checksum: 12637857b12d46622ca9953720295f30 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-01-31T16:31:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação_JoãoPaulo_Banca_21jan - VersaoFinal.pdf: 1484921 bytes, checksum: 12637857b12d46622ca9953720295f30 (MD5) Previous issue date: 2013-01-21 / Studies of ethanol consumption for light vehicles in Brazil arouses interest for researches from different parts of the world, due to the possibility of obtaining empirical results able to highlight key features of consumer behavior for this product. This dissertation proposes a study that estimates the demand equation for ethanol in Brazil in order to investigate the existence of consumption inertia that will be defined as habit in this study. An econometric model was conducted in two stages with monthly data from ANP, using instrumental variables that controlled the endogeneity in prices, to test the existence of empirical evidences of consumption inertia in consumer making decision. The states were classified in terms of ethanol-gasoline parity prices (near or far from the value of 70%) and income (rich or poor) using interaction range for these variables. The analysis was divided in two periods to capture the influence of growing fleet flex-fuel vehicles in Brazilian economy. Finally, scenarios was constructed based on moving averages (for calculating the fuel´s parity price) to understand the changes in the elasticities under the influence of stability in the states classification over time. It was concluded that there are significant differences in the values of own and cross-price elasticities between the two analyzed periods and for the different parity price ranges and income classification. The influence of inertia in the consumption decision was evidenced only for the states classified as rich, because the results captured differences in the prices elasticities magnitude only when was considered high stability criteria in time, providing evidences that short term fluctuations in ethanol prices (considering states classified as riches), in cases that significant differences in elasticities were not evidenced, comparing states classified 'in' and 'out' of the parity price range, i.e., on average, consumers in these states are able to adopt a less advantageous option (in terms of efficiency) due consumption inertia. For states classified as poor it was not observed. / Os estudos sobre consumo de etanol para veículos leves no Brasil geram bastante interesse para pesquisadores de diversas partes do mundo, dada a possibilidade de investigar características chaves sobre o comportamento do consumidor desse produto. Esta dissertação propõe um estudo que estima a equação de demanda de etanol no Brasil com o objetivo de investigar a existência de inércia na decisão de consumo, que neste trabalho chamaremos de hábito. Foi ajustado um modelo econométrico em dois estágios com dados mensais da ANP, utilizando-se variáveis instrumentais que controlaram a endogeneidade dos preços, para procurar evidências empíricas sobre a influência da inércia na decisão de consumo. Os estados foram classificados em termos das paridades de preço etanol-gasolina (próximos ou distantes do valor de 70%) e em termos de renda (ricos ou pobres). A análise foi dividida em dois períodos para se capturar a influência da entrada da frota flex-fuel na economia brasileira. Por fim foram construídos cenários baseados em médias móveis (para o cálculo das paridades de preço dos combustíveis) para investigar a influência do hábito na decisão de consumo. Concluiu-se que há diferenças significativas nos valores das elasticidades-preço próprias e cruzadas entre os dois períodos estudados e para as diferentes faixas de paridades de preços e classificação de renda. Evidências da influência da inércia na decisão do consumo foram encontradas apenas para os estados classificados como ricos, pois se encontrou diferenças nas magnitudes das elasticidades de preços entre faixas de paridade apenas ao se considerar os critérios de maior estabilidade no tempo, fornecendo indícios de que consumidores desses estados são capazes de adotar uma opção menos vantajosa (em termos de rendimento) como consequência da inércia na decisão de consumo. Para os estados classificados como pobre isto não foi evidenciado.

O Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares IPEN-CNEN/SP atualmente produz rotineiramente o combustível nuclear necessário para a operação de seu reator de pesquisas IEA-R1. Esse combustível é formado por placas combustíveis contendo núcleos de compósitos U3Si2-Al, obtidas por laminação. O processo de laminação atualmente implantado foi desenvolvido com base em informações obtidas na literatura, as quais foram usadas como premissas para a definição dos atuais procedimentos de fabricação, segundo uma metodologia de caráter essencialmente empírico. Apesar do processo de laminação atual estar perfeitamente estável e reprodutível, ele não é totalmente conhecido. O objetivo deste trabalho é caracterizar o processo de laminação de placas combustíveis adotado pelo IPEN, especificamente no que se refere à evolução dos parâmetros dimensionais da placa combustível em função da sua deformação no processo de laminação. Estão apresentados resultados da evolução das espessuras do núcleo e revestimentos da placa combustível ao longo da sua deformação, assim como dos defeitos terminais, microestrutura e porosidade do núcleo. / The Nuclear and Energy Research Institute - IPEN-CNEN/SP produces routinely the nuclear fuel necessary for operating its research reactor, IEA-R1. This fuel consists of fuel plates containing U3Si2-Al composites as the meat, which are fabricated by rolling. The rolling process currently deployed was developed with base on information obtained from literature, which were used as premises for defining the current manufacturing procedures, according to a methodology with essentially empirical character. Despite the current rolling process to be perfectly stable and highly reproducible, it is not well characterized and therefore is not fully known. The objective of this work is to characterize the rolling process for producing fuel plates, specifically the evolution of dimensional parameters of the fuel plate as a function of its deformation in the rolling process. Results are presented in terms of the evolution of the thickness of the fuel meat and cladding of the fuel plate along the deformation, as well as the terminals defects, microstructure and porosity of the fuel meat.

Orientador : Carlos Alberto Mariotoni / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-02T09:15:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Passeto_Eduardo_M.pdf: 2791198 bytes, checksum: 195b46ae203af7d280a3a3e128467904 (MD5) Previous issue date: 2002 / Mestrado

Orientador: Caio Glauco Sanchez / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-26T13:07:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Simoes_SheilaGrandinetti_M.pdf: 2912915 bytes, checksum: d05a793ded2290cefd198b098da0f329 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Este estudo teve como objetivo o projeto e a construção de um fogão doméstico alimentado continuamente por etanol, com a avaliação de rendimento de queima. O Brasil como o maior produtor de etanol, produzido a partir da cana-de-açúcar e elevado grau de desenvolvimento tecnológico, tornou esse combustível uma opção viável para substituição do GLP (gás liquefeito de petróleo) em fogões domésticos. Para a utilização do etanol foram necessários estudos para modificações tanto na forma de armazenamento, como no desenvolvimento de um novo design do queimador, visando uma queima compatível ao combustível já utilizado. Foram feitas análises termodinâmicas, a fim de descobrir os parâmetros mais relevantes na modificação. A partir dessas modificações foram desenvolvidos dois queimadores que se encaixam nas categorias semirrápido e auxiliar, com eficiências de 69% e 72% respectivamente, enquadrando ambos os queimadores na categoria A de eficiência / Abstract: This study aimed the project and built of a household stove fed continuously by alcohol fuel, evaluating burning efficiency. Brazil as the largest sugar-cane ethanol producer and with high technologic development degree, made this fuel a viable option to replace LPG (liquefied petroleum gas) in household stoves. For the utilization of ethanol, studies have been necessary both for the modification of storage and the development of a new burner¿s design, seeking a compatible burn with the already used fuel. Thermodynamics analyses have been made to discover the most relevant parameters for the modification.From these modifications, were developed two burners with efficiency of 69% and 72%, that fits onto the categories of semi-fast and auxiliary in brazilian norm, respectively, both in category A from brazilian norm of efficiency / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestra em Engenharia Mecânica

Durante o crescimento da levedura Saccharomyces cerevisiae em meios contendo sacarose, a enzima invertase hidrolisa a sacarose no ambiente extracelular em glicose e frutose, as quais são posteriormente captadas pelas células por difusão facilitada. Num trabalho prévio, a localização da enzima invertase foi modificada nesta levedura, eliminando-se a forma extracelular e superexpressando-se a forma intracelular da enzima (Stambuk et al., 2009). Como resultado, a captação de sacarose por esta linhagem modificada (iSUC2) é realizada pelo co-transporte ativo com íons H+, implicando no gasto de 1 mol de ATP para cada mol de H+ extrudado pelas células para manutenção do pH intracelular. Como forma de compensar este gasto energético, espera-se que a linhagem iSUC2 desvie uma maior parte do fluxo de carbono para a geração de energia e, consequentemente, para a formação de etanol, em relação a uma linhagem selvagem. No presente trabalho, uma avaliação fisiológica quantitativa de uma linhagem com esta modificação genética foi realizada tanto em quimiostatos limitados por sacarose, como em cultivos descontínuos com sacarose como única fonte de carbono. Os dados obtidos em quimiostatos anaeróbios demonstram que na linhagem iSUC2 a enzima invertase ficou retida no ambiente intracelular e apresentou atividade absoluta total cerca de duas vezes maior que na linhagem-referência (SUC2). Além disto, verificou-se um aumento de 4% no fator de conversão de sacarose a etanol (Y ETH/S), em relação à linhagem SUC2. No entanto, como foi observado que cerca de 8 % da sacarose não foi consumida pelas células da linhagem iSUC2 durante o estado-estacionário dos quimiostatos anaeróbios, decidiu-se melhorar a capacidade do transporte ativo deste dissacarídeo nesta linhagem através de uma estratégia de engenharia evolutiva caracterizada pelo cultivo destas células em quimiostatos longos limitados por sacarose, em anaerobiose. Obteve-se assim, após cerca de 60 gerações, uma linhagem mutante (iSUC2 evoluída) com atividade de transporte de sacarose 20 vezes superior à linhagem iSUC2, sendo capaz de consumir toda a sacarose do meio de cultivo. Esta linhagem apresentou um aumento de 11% no YETH/S e uma diminuição de 27% no fator de conversão de sacarose a células (YX/S), quando comparada à linhagem-referência. A análise do transcriptoma revelou o aumento da expressão de vários genes codificadores de transportadores de hexoses, bem como genes relacionados ao metabolismo de maltose, incluindo o gene do transportador de alta-afinidade para alfa-glicosídeos AGT1, quando a linhagem iSUC2 evoluída foi comparada à linhagem iSUC2. Detectou-se que a evolução em quimiostato resultou na duplicação do gene AGT1, sem que houvesse mutação neste gene. Através da superexpressão do gene AGT1 na linhagem iSUC2, conseguiu-se gerar uma linhagem que apresentou YETH/S muito próximo ao da linhagem iSUC2 evoluída. No entanto, outros parâmetros fisiológicos, foram diferentes nestas duas linhagens, indicando que a duplicação do gene AGT1 não foi a única mutação que ocorreu durante o processo de evolução em quimiostato. Este trabalho ilustra o potencial da combinação entre engenharia metabólica e engenharia evolutiva para a obtenção de linhagens de levedura melhoradas, para aplicação na produção industrial de etanol combustível a partir de meios contendo sacarose. / When growing on sucrose-containing substrates, Saccharomyces cerevisiae secretes invertase that hydrolyses sucrose into glucose and fructose, which are subsequently assimilated by facilitated diffusion. In a previous work, the cellular location of invertase in yeast was modified, by eliminating the extracellular form of the enzyme and over-expressing the intracellular one (Stambuk et al., 2009). As a result, sucrose uptake by this modified strain (iSUC2) occurs by an active H+-sucrose symport system, in which 1 ATP needs to be used by the cells to extrude the proton co-transported. In order to compensate for this, it is expected that these cells will deviate a higher proportion of the carbon flow towards energy generation, and consequently to ethanol formation, in comparison with the wild-type phenotype (SUC2). In the present work, a quantitative physiological evaluation of the iSUC2 strain was performed in both batch and chemostat cultures. Cells from the iSUC2 strain harvested from steady-state anaerobic sucrose-limited chemostats retained all invertase intracellularly and showed a 2-fold higher total invertase activity, when compared to the SUC2 strain grown under identical conditions. Besides this, the ethanol yield on sucrose in the former cells was 4% higher than in the latter case. However, due to the high levels of residual sucrose during these cultivations with the iSUC2 strain, we attempted to improve the transport capacity in the iSUC2 strain by evolutionary engineering. After 60 generations of cultivation in an anaerobic sucrose-limited chemostat, an evolved strain was selected, which presented a 20-fold increase in the sucrose transport capacity, when compared with the parental strain (iSUC2), leading to almost no residual sucrose. During growth of this evolved strain in anaerobic sucrose-limited chemostats, the ethanol yield on sucrose was 11% higher and the biomass yield on sucrose was 27% lower, when compared with the SUC2 strain. Transcriptome analysis revealed an increase in the expression level of several hexose transporters, as well as many MAL-related genes, including the gene for the high-affinity permease AGT1. Indeed, it was verified that this gene was duplicated during the evolution experiment, but no point mutation was detected. By over-expressing the AGT1 gene in the iSUC2 strain, it was possible to attain a similar ethanol yield on sucrose, when compared to the evolved iSUC2 strain. However, several other physiological parameters were different in both strains, indicating that the AGT1 gene duplication was not the only mutation that occurred during evolution in the chemostat. To conclude, this work illustrates that the combination of metabolic and evolutionary engineering is a powerful strategy to obtain improved sucrose-fermenting yeast strains.

Nenhuma / Neste trabalho foi realizada a modelagem geométrica computacional das Cetapas de prensagem e sinterização da pastilha e da laminação da placa de combustível nuclear contendo microesferas de (Th,25%U)O2 dispersas em matriz de aço inoxidável com o objetivo de avaliar a distribuição destas microesferas nas diversas etapas do processamento. As regras de modelagem foram desenvolvidas baseadas nos parâmetros de cada etapa da fabricação da placa combustível. Para isto foram obtidas placas através do processamento por laminação de molduras de chapas de aço inoxidável, contendo pastilha fabricadas com microesferas de (Th,25%U)O2 com carregamentos de 10, 20 e 40% em peso de combustível disperso em matriz de aço inoxidável. Os dados das placas com carregamentos de 30 e 50% foram obtidos por interpolação da curva. As microesferas, obtidas pelo processo sol-gel, foram previamente secas, reduzidas e sinterizadas a 1700oC, durante 2 horas, sob atmosferas de hidrogênio. As microesferas sinterizadas alcançaram uma densidade de cerca de 98% da densidade teórica, e possuem um diâmetro médio de cerca de 300 mm e uma elevada resistência à fratura, de aproximadamente 40 N/microesfera. As regras implementadas neste modelo foram aplicadas nas coordenadas dos centros das esferas virtuais, que simulam as microesferas combustíveis de (Th,25%U)O2, obtendo-se novas coordenadas espaciais para cada uma delas nas etapas de prensagem e sinterização da pastilha e da laminação da placa combustível. Este modelo foi projetado com o uso de técnicas de análise de sistema estruturada, implementado utilizando a linguagem de programação Delphi e os resultados visualizados através do programa AutoCAD. Os resultados do modelo foram validados comparando-se as frações volumétricas experimentais em cada um dos carregamentos estudados com as frações simuladas. Este trabalho será de grande valia para o estudo do carregamento de microesferas na placa combustível, permitindo obter um combustível de elevado desempenho mecânico, térmico e neutrônico mesmo em mais alto carregamento. / The computational geometric modeling of the pressing, sintering and lamination stages for nuclear fuel plates composed by (Th,25%U)O2, microspheres dispersed into stainless steel matrix has been done in order to investigate the microspheres distribution in the various processing stages. The modeling standards were based on the parameters related to each fuel plate manufacturing stage. Accordingly, the plates were obtained through lamination processing of stainless steel plate frames comprising (Th,25%U)O2 microspheres pellets dispersed into stainless steel powder with loading of 10, 20 and 40% of microspheres dispersed into stainless steel matrix. The data for plates with loading of 30 and 50% have been obtained by linear interpolation. The microspheres produced by the sol-gel method were previously reduced and sintered at 1700 0C during 2 hours at hydrogen atmosphere. These sintered microspheres have reached about 98% of the theoretical density, with a mean diameter of 300 mm and a high resistance to fracture, near to 40 N/microsphere. The implemented standards in this model were applied at the virtual spheres center coordinates, which simulate the (Th,25%U)O2 fuel microspheres, and generate the new spatial coordinates to each of them in the pressing, sintering and lamination stages. This model was developed using structured system analysis techniques and it has been implemented using the Delphi programming language. The results were displayed through the AutoCAD program and validated comparing the experimental volumetric fractions in each of the studied loading, with the simulated fractions. The results indicate that this work could be a powerful tool in the investigation of microspheres loading in the fuel plate, allowing the attainment of a high mechanical and neutronic performance fuel, even for higher level loading.