A exposição da população em geral à radiação ionizante surge principalmente a partir de fontes naturais. A principal contribuição é decorrente da inalação do radônio (Rn-222), um gás que ocorre naturalmente (UNSCEAR, 2000). A concentração de Rn-222 num ambiente é controlada por fatores como a permeabilidade do solo e teor de água, a variabilidade meteorológica, características de construção da fundação e da pressão diferencial positivo habitual entre o solo e o ambiente interno. Estudos indicam que a concentração de radônio, apresenta uma variação significativa no subsolo, térreo e andares superiores das edificações. O objetivo deste estudo é determinar os níveis de radônio, nos subsolos, térreos e andares acima do nível do solo, em uma universidade na cidade de São Paulo e um edifício residencial na cidade de Peruíbe. As medidas de Rn-222 foram realizadas através do método passivo com detectores de traços nucleares de estado sólido (CR-39). Os ambientes estudados apresentam concentrações de Rn-222 bastante inferiores aos valores recomendados pela Comissão Internacional de Proteção Radiológica, publicados no documento de 2009, de 300 Bq/m3 para residências e 1000 Bq/m3 para locais de trabalho. No edifício residencial na cidade de Peruíbe, analisaram-se ainda, as concentrações de Ra-266, Th-232 e K-40 em materiais de construção utilizados na construção do edifício, por meio de espectrometria gama. A dose efetiva total para o morador devido à exposição externa foi de 0,8 mSv a-1, inferior ao limite de dose anual para público em geral de 1 mSv a-1. / Exposure of the general population to ionizing radiation comes mainly from natural sources. The main contribution is due to inhalation of radon (Rn-222), a gas that occurs naturally (UNSCEAR, 2000). The Rn-222 concentration in the environment is controlled by factors such as soil permeability and water content, the weather variability, materials used in the foundation and the usual positive pressure differential between the soil and the internal environment. Studies indicate that the concentration of radon shows a wide variation in the basement, ground floor and upper floors of buildings. The objective of this study is to determine radon levels in basements, ground floor and floors above ground level, at a university in the city of São Paulo and in one residential building in the city of Peruíbe. Rn-222 measurements were performed using the method with nuclear track of solid state detectors (CR-39). The studied environments present Rn-222 concentration well below the values recommended by the International Commission on Radiological Protection, published in the 2009 document, of 300 Bq/m3 for homes and 1000 Bq/m3 for the workplace. In the residential building, the concentration of Ra-266, Th-232 and K-40 in the materials used in the building construction was also analyzed, by gamma spectrometry. The effective total dose for the resident due to external exposure was 0.8 mSv y-1, lower than the annual dose limit for the general public of 1 mSv y-1.

A quantificação da atividade de radionuclídeos emissores de raios gama em amostras medidas por espectrometria gama com detectores HPGe depende da análise dos fotopicos presentes no espectro, especialmente da determinação exata das suas áreas líquidas. Tal análise é geralmente realizada com o auxílio de ferramentas de software proprietário. Este trabalho apresenta uma metodologia, descrição de algoritmos e um aplicativo de código aberto, denominado OpenGamma, para a busca e análise de fotopicos a fim de se obter seus parâmetros relevantes e as atividades dos radionuclídeos na amostra. A implementação computacional é distribuída sob licença aberta para o código principal e com o uso de pacotes de software aberto para o projeto da interface e para bibliotecas matemáticas. O procedimento para a busca de picos é realizado em três etapas. Primeiramente, executa-se uma pesquisa preliminar com o método da segunda diferença, que consiste na geração de um espectro derivado para a busca de picos candidatos. Na segunda etapa, calculam-se as larguras experimentais dos picos, dos quais escolhem-se aqueles bem formados e isolados para a obtenção da função de ajuste da largura vs. canal, por meio do método de Levenberg-Marquardt para ajustes não-lineares. Por fim, regiões do espectro com picos agrupados são delimitadas e novo ajuste não-linear é aplicado a cada região para a obtenção dos termos da linha de base e dos fotopicos. A partir destes termos, são calculadas as áreas líquidas dos picos. Para a determinação da atividade, curvas de calibração de eficiência previamente obtidas, bem como dados de transições gama dos radionuclídeos, são incorporadas ao código e aplicadas. O código foi escrito em linguagem C++ e a interface foi desenvolvida com a ferramenta Qt. Para as funções matemáticas e procedimentos de ajuste, foi usada a biblioteca científica GNU (GSL). A validação de código foi feita por meio da análise de: 1) espectros sintéticos de teste da AIEA, especialmente desenhados para a avaliação de desempenho de software; 2) espectros obtidos com amostras de exercícios de intercomparação e 3) espectros da rotina de trabalho do Laboratório de Radiometria Ambiental (LRA) do IPEN e analisados com o aplicativo comercial InterWinner. Os resultados obtidos são consistentes com os valores de referência e com aqueles obtidos pelo aplicativo citado, sugerindo que o código OpenGamma pode ser utilizado com segurança na espectrometria de raios gama de uso geral. / Radioactivity quantification of gamma-ray emitter radionuclides in samples measured by HPGe gamma-ray spectrometry relies on the analysis of the photopeaks present in the spectra, especially on the accurate determination of their net areas. Such a task is usually performed with the aid of proprietary software tools. This work presents a methodology, algorithm descriptions and an open source application, called OpenGamma, for the peak search and analysis in order to obtain the relevant peaks parameters and radionuclides activities. The computational implementation is released entirely in open-source license for the main code and with the use of open software packages for interface design and mathematical libraries. The procedure for the peak search is performed on a three step approach. Firstly a preliminary search is done by using the second-difference method, consisting in the generation of a derived spectrum in order to find candidate peaks. In the second step, the experimental peaks widths are assessed and well formed and isolated ones are chosen to obtain a FWHM vs. channel relationship, by application of the Levenberg-Marquardt minimization method for non-linear fitting. Lastly, regions of the spectrum with grouped peaks are marked and a non-linear fit is again applied to each region to obtain baseline and photopeaks terms; from these terms, peaks net areas are then assessed. For the activity determination, previously obtained efficiency calibration curves, as well as nuclides gamma-ray data, are incorporated in the code and applied. The code was developed in C++ language and the interface was developed with Qt GUI software toolkit. GNU scientific library, GSL, was employed to perform fitting procedures as needed. Validation of code was done by analyzing: 1) synthetic test spectra from IAEA, especially designed for software performance evaluation; 2) spectra obtained from samples of intercomparison exercises and 3) spectra from routine activities of the Environmental Radiometric Laboratory (LRA) at IPEN and analyzed with the commercial software package InterWinner. Results obtained are consistent with the reference values and with those obtained by the aforementioned package. The results suggest that the OpenGamma code could be safely used in general-purpose gamma-ray spectrometry.

Esta dissertação apresenta o projeto, a construção e a avaliação experimental de uma plataforma móvel autônoma construída para atender os seguintes requisitos: 1) seguir uma trajetória previamente planejada utilizando para isto uma fusão entre as informações provenientes da sua odometria e dos marcos externos artificiais distribuídos no ambiente, e 2) transmitir em tempo real informações relativas à postura (posição + orientação) estimada pela plataforma para um computador base. As informações provenientes da odometria da plataforma são obtidas utilizando encoders incrementais ópticos construídos em rodas auxiliares. A informação proveniente dos marcos externos é obtida a partir de 5 sensores de infravermelho que detectam segmentos de faixa branca (grade reticulada com diagonais) colocados sobre piso preto. São implementados dois algoritmos embarcados, um algoritmo de controle e um algoritmo de estimação da trajetória realizada pela plataforma. O algoritmo de controle é utilizado para corrigir a orientação da plataforma ao longo da trajetória realizada. O algoritmo de estimação calcula a postura (posição + orientação) da plataforma no ambiente e envia o resultado para o computador base em tempo real. Os resultados experimentais mostram que os algoritmos de controle e estimação da trajetória efetivamente: 1) fazem a plataforma seguir a trajetória planejada com pequenos erros e 2) evitam o acúmulo do erro de odometria decorrente do uso do método de dead-reckoning.

This thesis presents the modeling, design, fabrication and characterization of a quantum well infrared photodetector (QWIP) capable of detecting near infrared (NIR), mid wavelength infrared (MWIR) and long wavelength infrared (LWIR), simultaneously. The NIR detection was achieved using interband transition while MWIR and LWIR were based on intersubband transition in the conduction band. The quantum-well structure was modeled by solving self-consistently the Schrödinger and Poisson equations with the help of the shooting method. A sample with three different stacks of quantum wells formed by different configurations of GaAs, AlGaAs and InGaAs, separated by n-doped GaAs contact layers was grown on a semi-insulated GaAs substrate using MBE (Molecular Beam Epitaxy). Intersubband absorption in the sample was measured for the MWIR and LWIR using Fourier transform spectroscopy (FTIR) and the measured peak positions were found at 5.3 and 8.7 ?m, respectively which are within 5% of the theoretical values, indicating the good accuracy of the self-consistent model. The test photodetectors were fabricated using a standard photolithography process with exposed middle contacts to allow separate bias and readout of signals from the three wavelength bands. A 45 degree facet was polished to allow light coupling. Performance analyses were conducted in order to obtain the I-V characteristics, responsivity and detectivity of each detection band. The background-limited infrared performance (BLIP) for the LWIR quantum wells shows an upper operating temperature of about 70 K, limiting the overall device. Photocurrent spectroscopy was performed and gave three peaks at 0.84, 5.0 and 8.5 m wavelengths with approximately 0.5, 0.03 and 0.13 A/W peak responsivities for NIR, MWIR and LWIR bands, respectively. Estimated peak detectivities, limited by the number of quantum well repetitions, are 140, 1.6 and 1.2x109 cm.Hz1/2/W for NIR, MWIR and LWIR, respectively. The overall results demonstrate the possibility of detection of widely separated wavelength bands, in a single pixel device, using interband and intersubband transitions in quantum wells.

O presente trabalho foi desenvolvido no âmbito de melhor compreendermos a estrutura interna de objetos compactos, mais especificamente de estrelas híbridas. Para tal fizemos um estudo detalhado sobre a estrutura interna desta classe de estrelas utilizando o modelo de Nambu-Jona-Lasineo (NJL) em sua versão SU(3). No entanto, na tentativa de obtermos uma configuração estelar estável, impusemos uma modificação ao modelo, um cutoff dependente do potencial químico. Mostramos que com uma nova parametrização de cutoff é possível alcançar o objetivo traçado, uma estrela compacta com núcleo de quarks estável. Dando sequência ao trabalho, mensuramos a possibilidade de se detectar um sinal gravitacional oriundo de modos quasi-normais f e p de estrelas compactos na banda de frequência de detectores de massa ressonante. Verificamos que na banda de frequência de detectores esféricos é promissora uma futura detecção de um sinal gravitacional emitida pelo modo f de estrelas muito compactas, tais como estrelas de quarks. Verificamos ainda a influência dos parâmetros da equação de estado que rege a estrutura interna de determinada estrela com a frequência e o tempo de decaimento do sinal gravitacional emitido. Por fim, apresentamos um novo método de análise de dados para detectores de ondas gravitacionais esféricos, o método de barras independentes. Mostramos que com este somos capazes de resolver o problema inverso em detectores esféricos independente da configuração de transdutores sob a superfície esférica.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:31:04Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-11-16Bitstream added on 2014-06-13T19:01:19Z : No. of bitstreams: 1 savu_r_dr_bauru.pdf: 10688901 bytes, checksum: 4c1846c73d88b2e598b43e7a14ea1b7c (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / A presente pesquisa teve como principal objetivo a obtenção de estruturas nanométricas de óxido de índio, óxido de estanho e óxido de zinco por evaporação térmica e síntese hidrotérmica e a construção e teste de sensores de gases e de fotodetectores de ultravioleta baseados nessas nanoestruturas. Foram realizados estudos da influência dos parâmetros experimentais das duas rotas de síntese usadas sobre as morfologias e as propriedades das estruturas. Para a obtenção das camadas nanoestruturadas por evaporação térmica foi especialmente construído um forno tubular que permitiu o controle da temperatura de deposição independente da temperatura de evaporação e da distância entre a fonte de evaporação e o substrato. Esses parâmetros, pouco explorados nas pesquisas reportadas na literatura, exerceram uma grande influência sobre a morfologia e as propriedades dos nanofios obtidos. O equipamento permitiu ainda um controle preciso da composição da atmosfera e da pressão de síntese. Na síntese química em solução, a construção de um reator hidrotérmico permitiu o estudo da influência da taxa de resfriamento sobre as dimensões, cristalinidade, morfologia e propriedades das nanoestruturas. Esse estudo, o primeiro do gênero na literatura, ressaltou a importância no controle deste parâmetro para sintetizar estruturas com propriedades melhoradas. As demais variáveis estudadas foram: a concentração das soluções, as camadas catalisadoras, a temperatura e o tempo de síntese. Foram testadas duas estratégias para a obtenção dos filmes nanoestruturados: spin-coating de suspensões de nanoestruturas sobre substratos de silício oxidado ou o crescimento das mesmas, durante a síntese, sobre substratos com camadas catalisadoras de zinco. Os nanofios e as camadas funcionais foram caracterizados por Difração de Raios-X (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura... / The subject of this thesis covers the synthesis and growth of indium, tin and zinc oxide nanostructures by thermal evaporation and hydrothermal synthesis and the fabrication and testing of gas sensors and ultraviolet photodetectors based on these nanosized structures. For both chemical and physical routes, the influence of processing conditions over the morphology, dimensions and electrical properties of the nanowires was investigated. In order to obtain nanostructured layers by thermal evaporation a tubular furnace was specifically builti, allowed the control of the source-substrate distance and the deposition temperature independently of the evaporation one. These parameters, slightly explored in the literature, granted a big influence over the nanowires morphology and properties. Moreover, the equipment permitted the control of deposition atmosphere and pressure. The design and assembly of a hydrothermal reactor allowed studying the influence of the cooling rate over the dimension, morphology, cristallinity and, consequently, the properties of the nanostructures. This study highlighted the importance of controlling this particular parameter in the hydrothermal process, yielding nanostructured materials with enhanced properties. Variables such as solution concentration, synthesis temperature and time, surfanctants and precursors were also explored in the hydrothermal process. In order to obtain nanostructured thin films using the chemical bath deposition, two processing techniques were employed: spin-coating of powder suspensions over oxidized silicon substrates and nanostructured anisotropic growth directly from solution using zinc coated substrates. The nanowires and the functional nanostructured layers were characterized by X-Ray Diffraction (XRD), Field Emission Scanning Electron Microscopy (FE - SEM), Transmission Electron Microscopy (TEM) and X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS)... (Complete abstract click electronic access below)

Esta tese de doutorado trata do desenvolvimento de circuitos para a deteção de ondas submilimétricas integrados em tecnologia CMOS. Existe um interesse crescente nas tecnologias que utilizam frequências em terahertz (300 GHz - 3 THz) para aplicações em diagnóstico médico por imagem, análise espectral, segurança, radiocomunicação, aplicações médicas e de inspeção. Os sistemas atuais que utilizam tecnologias fotônicas são complexos e consomem muito espaço, além de pouco acessíveis devido ao seu alto custo. Porém, com o advento das tecnologias de silício (eg. CMOS e BiCMOS) é possível desenvolver circuitos nesta faixa de frequência, com baixo custo e alta capacidade de integração, permitindo inclusive o processamento do sinal no próprio chip. Diante deste contexto, as investigações desta tese de doutorado pretendem analisar e contribuir com o desenvolvimento de circuitos de detecção de ondas sub-milimétricas, bem como, propor uma metodologia de projeto que permita a integração destes circuitos e suas antenas em tecnologia CMOS, e com especificações para aplicação em um sistema de identificação por imagem. Este sistema é composto por antena, interface para detecção e processamento do sinal. Alguns detectores com antenas patch acopladas e com variações topológicas foram fabricados em tecnologia CMOS de 180 nanometros e testados para diferentes faixas de frequências, que vão desde 400 GHz até 800 GHz. Também foi desenvolvido um arranjo de detectores com 12 pixels (4x3) para a faixa de 700 GHz a 770 GHz, para aplicação em sistemas de identificação por imagem. A análise, o projeto e os testes destes circuitos, bem como a sua aplicação e a comparação dos mesmos com os apresentados em outros trabalhos, são discutidos ao longo desta tese. Os circuitos foram testados com um setup proposto adaptando-se um sistema de espectroscopia no domínio do tempo, comprovando os resultados através de testes experimentais. / This PhD thesis deal with the development of circuits for submillimeter waves detection integrated in CMOS technology. There is a growing interest in technologies that uses terahertz frequencies (300 GHz to 3 THz) for applications in medical imaging, spectral analysis, security, radiocommunication, medical applications and inspection. The present systems that uses photonic technology are complex and space consuming, and also are very expensives. However, with the advent of silicon technologies (eg. CMOS and BiCMOS) is possible to develop circuits to work in this frequency range, with low cost and high integrability, including the on-chip signal processing. Given this context the investigations of this PhD thesis intends to analyze and to contribute with the development of submillimeter waves detection circuits as well as to propose a design metodology that allows the circuit integration and its antennas in CMOS technology and with specifications for application in imaging system. This system is composed by antenna, detection interface and signal processing. Some detectors with coupled patch antenna and with topological variations were fabricated in 180 nanometers CMOS technology and tested for different frequency ranges, that ranging from 400 GHz until 800 GHz. Also was developed a detector array with 12 pixels (4x3) for the 700 to 770 GHz frequency range (120 GHz bandwidth), for application in imaging systems. The analysis, design and testing of these circuits as well as their application and their comparison with those presented in other works, are discussed throughout this thesis. The circuits were tested using a proposed setup using a terahertz time-domain spectroscopy system confirming the results through experimental tests.

A quantificação da atividade de radionuclídeos emissores de raios gama em amostras medidas por espectrometria gama com detectores HPGe depende da análise dos fotopicos presentes no espectro, especialmente da determinação exata das suas áreas líquidas. Tal análise é geralmente realizada com o auxílio de ferramentas de software proprietário. Este trabalho apresenta uma metodologia, descrição de algoritmos e um aplicativo de código aberto, denominado OpenGamma, para a busca e análise de fotopicos a fim de se obter seus parâmetros relevantes e as atividades dos radionuclídeos na amostra. A implementação computacional é distribuída sob licença aberta para o código principal e com o uso de pacotes de software aberto para o projeto da interface e para bibliotecas matemáticas. O procedimento para a busca de picos é realizado em três etapas. Primeiramente, executa-se uma pesquisa preliminar com o método da segunda diferença, que consiste na geração de um espectro derivado para a busca de picos candidatos. Na segunda etapa, calculam-se as larguras experimentais dos picos, dos quais escolhem-se aqueles bem formados e isolados para a obtenção da função de ajuste da largura vs. canal, por meio do método de Levenberg-Marquardt para ajustes não-lineares. Por fim, regiões do espectro com picos agrupados são delimitadas e novo ajuste não-linear é aplicado a cada região para a obtenção dos termos da linha de base e dos fotopicos. A partir destes termos, são calculadas as áreas líquidas dos picos. Para a determinação da atividade, curvas de calibração de eficiência previamente obtidas, bem como dados de transições gama dos radionuclídeos, são incorporadas ao código e aplicadas. O código foi escrito em linguagem C++ e a interface foi desenvolvida com a ferramenta Qt. Para as funções matemáticas e procedimentos de ajuste, foi usada a biblioteca científica GNU (GSL). A validação de código foi feita por meio da análise de: 1) espectros sintéticos de teste da AIEA, especialmente desenhados para a avaliação de desempenho de software; 2) espectros obtidos com amostras de exercícios de intercomparação e 3) espectros da rotina de trabalho do Laboratório de Radiometria Ambiental (LRA) do IPEN e analisados com o aplicativo comercial InterWinner. Os resultados obtidos são consistentes com os valores de referência e com aqueles obtidos pelo aplicativo citado, sugerindo que o código OpenGamma pode ser utilizado com segurança na espectrometria de raios gama de uso geral. / Radioactivity quantification of gamma-ray emitter radionuclides in samples measured by HPGe gamma-ray spectrometry relies on the analysis of the photopeaks present in the spectra, especially on the accurate determination of their net areas. Such a task is usually performed with the aid of proprietary software tools. This work presents a methodology, algorithm descriptions and an open source application, called OpenGamma, for the peak search and analysis in order to obtain the relevant peaks parameters and radionuclides activities. The computational implementation is released entirely in open-source license for the main code and with the use of open software packages for interface design and mathematical libraries. The procedure for the peak search is performed on a three step approach. Firstly a preliminary search is done by using the second-difference method, consisting in the generation of a derived spectrum in order to find candidate peaks. In the second step, the experimental peaks widths are assessed and well formed and isolated ones are chosen to obtain a FWHM vs. channel relationship, by application of the Levenberg-Marquardt minimization method for non-linear fitting. Lastly, regions of the spectrum with grouped peaks are marked and a non-linear fit is again applied to each region to obtain baseline and photopeaks terms; from these terms, peaks net areas are then assessed. For the activity determination, previously obtained efficiency calibration curves, as well as nuclides gamma-ray data, are incorporated in the code and applied. The code was developed in C++ language and the interface was developed with Qt GUI software toolkit. GNU scientific library, GSL, was employed to perform fitting procedures as needed. Validation of code was done by analyzing: 1) synthetic test spectra from IAEA, especially designed for software performance evaluation; 2) spectra obtained from samples of intercomparison exercises and 3) spectra from routine activities of the Environmental Radiometric Laboratory (LRA) at IPEN and analyzed with the commercial software package InterWinner. Results obtained are consistent with the reference values and with those obtained by the aforementioned package. The results suggest that the OpenGamma code could be safely used in general-purpose gamma-ray spectrometry.

A exposição da população em geral à radiação ionizante surge principalmente a partir de fontes naturais. A principal contribuição é decorrente da inalação do radônio (Rn-222), um gás que ocorre naturalmente (UNSCEAR, 2000). A concentração de Rn-222 num ambiente é controlada por fatores como a permeabilidade do solo e teor de água, a variabilidade meteorológica, características de construção da fundação e da pressão diferencial positivo habitual entre o solo e o ambiente interno. Estudos indicam que a concentração de radônio, apresenta uma variação significativa no subsolo, térreo e andares superiores das edificações. O objetivo deste estudo é determinar os níveis de radônio, nos subsolos, térreos e andares acima do nível do solo, em uma universidade na cidade de São Paulo e um edifício residencial na cidade de Peruíbe. As medidas de Rn-222 foram realizadas através do método passivo com detectores de traços nucleares de estado sólido (CR-39). Os ambientes estudados apresentam concentrações de Rn-222 bastante inferiores aos valores recomendados pela Comissão Internacional de Proteção Radiológica, publicados no documento de 2009, de 300 Bq/m3 para residências e 1000 Bq/m3 para locais de trabalho. No edifício residencial na cidade de Peruíbe, analisaram-se ainda, as concentrações de Ra-266, Th-232 e K-40 em materiais de construção utilizados na construção do edifício, por meio de espectrometria gama. A dose efetiva total para o morador devido à exposição externa foi de 0,8 mSv a-1, inferior ao limite de dose anual para público em geral de 1 mSv a-1. / Exposure of the general population to ionizing radiation comes mainly from natural sources. The main contribution is due to inhalation of radon (Rn-222), a gas that occurs naturally (UNSCEAR, 2000). The Rn-222 concentration in the environment is controlled by factors such as soil permeability and water content, the weather variability, materials used in the foundation and the usual positive pressure differential between the soil and the internal environment. Studies indicate that the concentration of radon shows a wide variation in the basement, ground floor and upper floors of buildings. The objective of this study is to determine radon levels in basements, ground floor and floors above ground level, at a university in the city of São Paulo and in one residential building in the city of Peruíbe. Rn-222 measurements were performed using the method with nuclear track of solid state detectors (CR-39). The studied environments present Rn-222 concentration well below the values recommended by the International Commission on Radiological Protection, published in the 2009 document, of 300 Bq/m3 for homes and 1000 Bq/m3 for the workplace. In the residential building, the concentration of Ra-266, Th-232 and K-40 in the materials used in the building construction was also analyzed, by gamma spectrometry. The effective total dose for the resident due to external exposure was 0.8 mSv y-1, lower than the annual dose limit for the general public of 1 mSv y-1.

Submitted by Setor de Tratamento da Informa??o - BC/PUCRS (tede2@pucrs.br) on 2016-12-20T10:44:59Z No. of bitstreams: 1 TES_FAUZI_DE_MORAES_SHUBEITA_COMPLETO.pdf: 3081759 bytes, checksum: e0df3188cf06a6ad0882da6e523d5941 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-12-20T10:44:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TES_FAUZI_DE_MORAES_SHUBEITA_COMPLETO.pdf: 3081759 bytes, checksum: e0df3188cf06a6ad0882da6e523d5941 (MD5) Previous issue date: 2016-08-23 / Digesters are devices capable of converting organic waste into biogas and biofertilizer through an Anaerobic Digestion (AD) process. The conceptual simplicity of the equipment hidden the high complexity of chemical and physical processes of AD. This complexity is revealed by the amount of environmental variables that should be monitored to ensure the process efficiency. The primary variables that affect the DA process are temperature, pressure, resulting gas measurement, resulting acids, hydrogen potential (pH) and composition of organic matter. The digesters may be used in urban and rural areas, depending on the type of organic waste. In both places, it is difficult to monitor and control the digesters and therefore compromising their efficiency, which is historically identified as a failure element in projects that have tried to deploy these devices in large scale. In an interdisciplinary way and focusing on the digesters efficiency, we carried out experiments with collection and analysis of biogas and organic waste samples that allowed exploring the microbiological life of a real AD system. This exploration enables us to map the bacteria present in the organic waste, which were classified and grouped according to the four stages of AD (Hydrolysis, Acidogenesis, Acetogenesis, and Methanogenesis). From this analysis, it was possible to develop a mathematical model and software to simulate the behavior of an AD system and a hierarchical control and monitoring model based on a Wireless Sensor Network (WSN). The results of the simulations made it possible to understand and evaluate the behavior of a DA system, especially in temperature control, highlighting how the monitoring and control are essential to production of biogas and biofertilizers. / Biodigestores s?o equipamentos que t?m a capacidade de converter res?duos org?nicos, atrav?s da Digest?o Anaer?bica (DA), em biog?s e biofertilizante. A simplicidade conceitual do equipamento oculta grande complexidade dos processos qu?micos e f?sicos da DA. Esta complexidade se revela na quantidade de vari?veis do meio que devem ser monitoradas para garantir melhor efici?ncia do processo. As principais vari?veis que afetam o processo de DA s?o temperatura, press?o, mensura??o de gases resultantes, ?cidos resultantes, potencial Hidrogeni?nico (pH) e composi??o da mat?ria org?nica. Os biodigestores podem ser utilizados em ?reas urbanas e rurais, dependendo do tipo de res?duo org?nico. Em ambos os locais pode haver dificuldade em monitorar e controlar os biodigestores e por consequ?ncia comprometer a sua efici?ncia, o que historicamente ? apontado como um elemento de fracasso nos projetos que tentaram implantar estes equipamentos em grande escala. De forma interdisciplinar e com foco na efici?ncia dos biodigestores, foram desenvolvidos experimentos com coleta e an?lise de biog?s e amostras de dejetos que permitiram explorar a microbiologia de um sistema real de DA. Esta explora??o permitiu mapear as bact?rias presentes no dejeto, que foram classificadas e agrupadas conforme as quatro fases da DA (Hidr?lise, Acidog?nese, Acetog?nese e Metanog?nese). A partir desta an?lise foi poss?vel desenvolver um modelo matem?tico e um software para simular o comportamento de um sistema de DA e tamb?m um modelo hier?rquico de monitoramento, controle e atua??o baseado em uma Rede de Sensores Sem Fio (RSSF). Os resultados das simula??es possibilitaram compreender e avaliar o comportamento de um sistema de DA, em especial no controle de temperatura, destacando o quanto o monitoramento e controle s?o essenciais a produ??o de biog?s e biofertilizante.