Proteínas tipicamente são capazes de manter a sua conformação funcional somente dentro de um intervalo limitado de temperaturas. A despeito do maquinário sofisticado de manutenção da homeostase celular, é sabido que uma variedade de fenômenos moleculares são capazes de induzir desequilíbrios localizados de energia vibracional, e que a eficiência com que cada proteína dissipa estas perturbações pode estar relacionada com a sua tolerância a altas temperaturas. No entanto, a transferência de energia térmica entre diferentes segmentos de uma cadeia proteica é difícil de caracterizar experimentalmente. Uma alternativa teórica para a investigação destes mecanismos é o emprego de simulações de Dinâmica Molecular, particularmente associadas à técnica de Difusão Térmica Anisotrópica (ATD). Aqui, verificamos a possibilidade de empregar conceitos da teoria de Redes Complexas para construir modelos para estruturas de proteínas, e por meio destes identificar resíduos com capacidade significativa de dissipar perturbações térmicas. Investigamos os diversos protocolos de construção de modelos de rede para proteínas encontrados na literatura, e utilizamos dados experimentais representativos da base SCOP para calcular com rigor os parâmetros numéricos necessários. Produzimos uma definição precisa para o conceito de contato entre resíduos de aminoácidos, e a partir desta calculamos a centralidade de cada resíduo. Com isto, demonstramos que, em um conjunto de Xilanases para as quais dispomos de dados de ATD, a capacidade de difundir perturbações térmicas é fortemente correlacionada com a centralidade de proximidade de cada resíduo, fornecendo argumentos para o uso de modelos de rede para estudar a termoestabilidade de proteínas. / Proteins are typically able to mantain a functional conformation only within a narrow range of temperatures. In spite of the complex cellular homeostatic machinery, it is known that a variety of molecular phenomena can induce localized vibrational imbalances, and that the efficiency with which each protein dissipates these perturbations may be related to its tolerance of higher temperatures. The transference of thermal energy among different sections of a protein chain is, however, hard to characterize experimentally. A theoretical alternative for the investigation of these mechanisms is the use of Molecular Dynamics simulations, particularly when associated with the Anisotropic Thermal Diffusion (ATD) technique. In this work, we verify the possibility of using concepts from Network Theory to construct models for protein structures, and using those to reveal residues with significant ability to dissipate thermal perturbations. We investigate several protocols of network model construction for proteins present in the literature, and we study representative experimental data from the SCOP database to rigorously calculate the necessary parameters. We produce a precise definition for the concept of contact between amino acid residues, and from this we calculate the centrality of each residue. We then show that, in a set of Xylanases for which we have data from ATD experiments, the ability to dissipate thermal perturbations is highly correlated to the closeness centrality of each residue, providing arguments for the use of network models to study protein thermal stability.

Proteínas tipicamente são capazes de manter a sua conformação funcional somente dentro de um intervalo limitado de temperaturas. A despeito do maquinário sofisticado de manutenção da homeostase celular, é sabido que uma variedade de fenômenos moleculares são capazes de induzir desequilíbrios localizados de energia vibracional, e que a eficiência com que cada proteína dissipa estas perturbações pode estar relacionada com a sua tolerância a altas temperaturas. No entanto, a transferência de energia térmica entre diferentes segmentos de uma cadeia proteica é difícil de caracterizar experimentalmente. Uma alternativa teórica para a investigação destes mecanismos é o emprego de simulações de Dinâmica Molecular, particularmente associadas à técnica de Difusão Térmica Anisotrópica (ATD). Aqui, verificamos a possibilidade de empregar conceitos da teoria de Redes Complexas para construir modelos para estruturas de proteínas, e por meio destes identificar resíduos com capacidade significativa de dissipar perturbações térmicas. Investigamos os diversos protocolos de construção de modelos de rede para proteínas encontrados na literatura, e utilizamos dados experimentais representativos da base SCOP para calcular com rigor os parâmetros numéricos necessários. Produzimos uma definição precisa para o conceito de contato entre resíduos de aminoácidos, e a partir desta calculamos a centralidade de cada resíduo. Com isto, demonstramos que, em um conjunto de Xilanases para as quais dispomos de dados de ATD, a capacidade de difundir perturbações térmicas é fortemente correlacionada com a centralidade de proximidade de cada resíduo, fornecendo argumentos para o uso de modelos de rede para estudar a termoestabilidade de proteínas. / Proteins are typically able to mantain a functional conformation only within a narrow range of temperatures. In spite of the complex cellular homeostatic machinery, it is known that a variety of molecular phenomena can induce localized vibrational imbalances, and that the efficiency with which each protein dissipates these perturbations may be related to its tolerance of higher temperatures. The transference of thermal energy among different sections of a protein chain is, however, hard to characterize experimentally. A theoretical alternative for the investigation of these mechanisms is the use of Molecular Dynamics simulations, particularly when associated with the Anisotropic Thermal Diffusion (ATD) technique. In this work, we verify the possibility of using concepts from Network Theory to construct models for protein structures, and using those to reveal residues with significant ability to dissipate thermal perturbations. We investigate several protocols of network model construction for proteins present in the literature, and we study representative experimental data from the SCOP database to rigorously calculate the necessary parameters. We produce a precise definition for the concept of contact between amino acid residues, and from this we calculate the centrality of each residue. We then show that, in a set of Xylanases for which we have data from ATD experiments, the ability to dissipate thermal perturbations is highly correlated to the closeness centrality of each residue, providing arguments for the use of network models to study protein thermal stability.

Submitted by Dilene Paulo (dilene.fatima@ufcg.edu.br) on 2018-02-07T14:27:21Z No. of bitstreams: 1 WALDEMIR SOARES DA COSTA – TESE PPGEP 2015.pdf: 7105919 bytes, checksum: 23f299de189a3af192ed30f53d82a776 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-07T14:27:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 WALDEMIR SOARES DA COSTA – TESE PPGEP 2015.pdf: 7105919 bytes, checksum: 23f299de189a3af192ed30f53d82a776 (MD5) Previous issue date: 2015-07-17 / Este trabalho tem como objetivo estudar o comportamento da transferência de calor em polpa de jaca acondicionada em recipiente cilíndrico. O estudo apresenta a solução para a equação de difusão com condição de contorno de primeiro tipo variável. Foi desenvolvida uma modelagem físico-matemática para solução de um problema direto de difusão de calor bidimensional, no interior de um recipiente cilíndrico contendo polpa de jaca. O método dos volumes finitos com formulação totalmente implícita foi usado para resolver o problema direto e, por conseguinte, determinar a distribuição de temperatura. O meio pastoso, homogêneo e isotrópico, foi considerado estacionário e, assim, eventuais trocas convectivas e radioativas no interior do meio foram negligenciadas. Dois softwares em Fortran foram desenvolvidos visando, primeiro, à solução do problema de estimativa da difusividade térmica utilizando-se, como função objetivo, o qui-quadrado e o outro para a solução do problema direto. Conjuntamente, foi usado um aparato experimental para a análise inversa (problema inverso). O sistema físico experimental consistiu de dois recipientes cilíndricos de alumínio de dimensões diferentes, que foram preenchidos com polpa de jaca para a qual se estimou a difusividade térmica. Dois termopares conectados a um termômetro digital de dois canais mediram as temperaturas no centro e na interface entre a polpa e o recipiente. As medidas foram enviadas a um computador via RS-232 e salvas em arquivo, através do software Data logger. No que concerne ao problema direto, um modelo de condução de calor bidimensional, com simetria radial e axial, foi usado para obter a resposta transiente das temperaturas medidas no centro e no contorno do cilindro. Quando comparados aos valores da literatura, os resultados obtidos se mostraram coerentes, ou seja, o software desenvolvido neste trabalho pode ser considerado válido, sendo que este pode ser utilizado para outras simulações. Mostraram, também, que a solução proposta representa satisfatoriamente o processo de tratamento térmico de polpa de jaca acondicionada em embalagens cilíndricas proporcionando segurança alimentar com um menor custo de energia. Conhecida a difusividade térmica em função da temperatura local, é possível precisar o tempo adequado de tratamento térmico, tornando desnecessária a realização de experimentos a cada vez que um novo recipiente cilíndrico for utilizado para armazenar o produto. / This work aims to study the heat transfer behavior in jackfruit pulp packed in cylindrical container. The study presents the solution to the diffusion equation type boundary condition for first variable. A physical-mathematical model for solving the problem of a direct two-dimensional diffusion of heat in the interior of a cylindrical container containing jackfruit pulp has been developed. The finite volume method with fully implicit formulation was used to solve the direct problem and therefore, determine the temperature distribution. The medium viscous, homogeneous and isotropic, was considered stationary and thus any radioactive and convective exchanges within the medium they were neglected. Two software in Fortran were developed first to find the solution of the estimated thermal diffusivity problem using as objective function, the chi-square and also for solving the direct problem it self. Together, an experimental apparatus was used to analyze the reverse (inverse problem). The experimental physical system consisted of using two cylindrical aluminum containers of different dimensions, which were filled with jackfruit pulp for which the thermal diffusivity is estimated. Two thermocouples connected to a digital two channel thermometer measured temperatures at the center and at the interface between the pulp and the container. The measures were sent to a computer via RS-232 and saved in a file, through the Data Logger software. Concerning to the direct problem a two-dimensional heat conduction model with radial and axial symmetry it has been used for the transient response of the measured temperatures at the center and the cylinder contour. Compared to literature values, the results obtained were consistent, so, the software developed in this work can be considered valid and this can be used for other simulations the results. Also showed that the proposed solution represents satisfactorily the heat treatment process of wrapped jackfruit pulp in cylindrical packaging providing food security with a lower energy cost. As we know the thermal diffusivity an depending on the local temperature is possible to determine the timing of heat treatment, making it unnecessary to perform experiments each time a new cylindrical container is used to store the product.

Radioisótopos de gálio são estudados e avaliados para aplicações médicas desde 1949. Nos últimos 50 anos 67Ga tem sido amplamente utilizado no diagnóstico de diversas patologias, incluindo lesões inflamatórias crônicas e agudas, bacterianas ou estéreis e diversos tipos de tumores. No Brasil 30% das clinicas que prestam serviços de Medicina Nuclear utilizam o Citrato de 67Ga com uma demanda de distribuição no IPEN-CNEN/SP de 37 GBq (1 Ci) por semana. O 67Ga apresenta meia-vida física de 3,26 dias (78 horas) e decai 100% por captura eletrônica para o 67Zn estável. Seu decaimento inclui a emissão de raios γ com energias de 93,3 keV (37%), 184,6 keV (20,4%), 300,2 keV (16,6%) e 888 keV (26%). No IPEN o 67Ga era produzido a partir da reação 68Zn(p, 2n)67Ga. Após a irradiação, o alvo era totalmente dissolvido em HCl concentrado e a solução percolada em resina catiônica DOWEX 50W-X8, 200-400 mesh, condicionada em HCl 10 mol L-1. Zinco, níquel e cobre eram eluídos em HCl 10 mol L-1 e o 67Ga em HCl 3,5 mol L-1. O produto final era obtido na forma de citrato de 67Ga. Este trabalho apresenta um método inédito, rápido, direto e eficiente de separação química e obtenção de 67GaCl3 a partir da difusão térmica (aquecimento do alvo) aliada à extração em ácido acético concentrado. A purificação foi realizada por cromatografia de troca iônica. Realizou-se a eletrodeposição do zinco natural em placas de cobre niquelado como substrato e os depósitos de zinco obtidos foram aderentes ao substrato, levemente brilhantes e uniformes. Os alvos foram irradiados com prótons de 26 MeV e corrente integrada de 10 μA.h. Após a irradiação, os alvos foram aquecidos a 300 °C por 2 horas e colocados em contato com ácido acético concentrado por 1 hora. O rendimento médio de extração de 67Ga obtido foi de (72±10)%. Esta solução foi evaporada e o resíduo foi retomado em NH4OH 0,5 mol L-1. O 67Ga foi purificado em resina catiônica Dowex 50WX8 em meio de NH4OH. A recuperação obtida foi de (98 ± 2) %, de 67Ga. O eluido foi evaporado e retomado em HCl 0,1 mol L-1. A pureza química foi verificada por ICP-OES encontrando-se (2 ± 1) μg mL -1 de zinco. As concentrações de ferro, cobre e níquel foram inferiores ao limite de detecção do método e aos limites de utilização de 67Ga. A pureza radionuclídica foi verificada por espectroscopia-γ utilizando um detector de germânio Hiper-Puro encontrando-se valor superior a (99,9%). Este método inédito permite a obtenção de 67Ga com alta pureza química, radioquímica e radionuclídica em condições de processamento menos agressivas e corrosivas que o método comumente utilizado. / Radioisotopes of gallium have been studied and evaluated for medical applications since 1949. Over the past 50 years 67Ga has been widely used in the diagnosis of various diseases, including acute and chronic inflammatory lesions, bacterial or sterile and several types of tumors. In Brazil 30% of clinics that provide services for Nuclear Medicine use 67Ga citrate and the demand for 67Ga at IPEN-CNEN/SP is 37 GBq (1 Ci)/week. The 67Ga presents physical half-life of 3.26 days (78 hours) and decays 100% by electron capture to stable 67Zn. Its decay includes the emission of γ rays with energies of 93.3 keV (37%), 184.6 keV (20.4%), 300.2 keV (16.6%) and 888 keV (26%). In the past 67Ga was produced by the reaction 68Zn (p, 2n) 67Ga at IPEN-CNEN/SP. After irradiation, the target was dissolved in concentrated HCl and the solution percolated through a cationic resin DOWEX 50W-X8, 200-400 mesh, conditioned with 10 mol L -1 HCl. Zinc, nickel and copper were eluted in 10 mol L-1 HCl and 67Ga 3.5 mol L-1 HCl. The final product was obtained as 67Ga citrate. This work presents a new, fast, direct and efficient method for the chemical separation of 67Ga by thermal diffusion (heating of the target) combined with concentrated acetic acid extraction. Purification was performed by ion exchange chromatography. Natural zinc electrodeposition was performed on nickel/copper plates as substrate and the zinc deposits were adherent to the substrate, slightly shiny and uniform. The targets were irradiated with 26 MeV protons and integrated current of 10 μA.h. After irradiation, the targets were heated at 300 °C for 2 hours and placed in contact with concentrated acetic acid for 1 hour. The average yield of extraction of 67Ga was (72 ± 10)%. This solution was evaporated and the residue was taken up in 0.5 mol L-1 NH4OH. The 67Ga was purified on cationic resin Dowex 50WX8 in NH4OH medium. The 67Ga recovery was (98 ± 2)%. This solution was evaporated and taken up in 0.1 mol L-1 HCl. The chemical purity was evaluated by ICP-OES that resulted in (2 ± 1) μg mL-1 of zinc. The concentration of iron, copper and nickel was lower than the detection limits and also than the utilization limits for 67Ga. The radionuclidic purity was greater than (99.9%). This method showed to be suitable to obtain high purity 67Ga in less aggressive chemical conditions than before.

Radioisótopos de gálio são estudados e avaliados para aplicações médicas desde 1949. Nos últimos 50 anos 67Ga tem sido amplamente utilizado no diagnóstico de diversas patologias, incluindo lesões inflamatórias crônicas e agudas, bacterianas ou estéreis e diversos tipos de tumores. No Brasil 30% das clinicas que prestam serviços de Medicina Nuclear utilizam o Citrato de 67Ga com uma demanda de distribuição no IPEN-CNEN/SP de 37 GBq (1 Ci) por semana. O 67Ga apresenta meia-vida física de 3,26 dias (78 horas) e decai 100% por captura eletrônica para o 67Zn estável. Seu decaimento inclui a emissão de raios γ com energias de 93,3 keV (37%), 184,6 keV (20,4%), 300,2 keV (16,6%) e 888 keV (26%). No IPEN o 67Ga era produzido a partir da reação 68Zn(p, 2n)67Ga. Após a irradiação, o alvo era totalmente dissolvido em HCl concentrado e a solução percolada em resina catiônica DOWEX 50W-X8, 200-400 mesh, condicionada em HCl 10 mol L-1. Zinco, níquel e cobre eram eluídos em HCl 10 mol L-1 e o 67Ga em HCl 3,5 mol L-1. O produto final era obtido na forma de citrato de 67Ga. Este trabalho apresenta um método inédito, rápido, direto e eficiente de separação química e obtenção de 67GaCl3 a partir da difusão térmica (aquecimento do alvo) aliada à extração em ácido acético concentrado. A purificação foi realizada por cromatografia de troca iônica. Realizou-se a eletrodeposição do zinco natural em placas de cobre niquelado como substrato e os depósitos de zinco obtidos foram aderentes ao substrato, levemente brilhantes e uniformes. Os alvos foram irradiados com prótons de 26 MeV e corrente integrada de 10 μA.h. Após a irradiação, os alvos foram aquecidos a 300 °C por 2 horas e colocados em contato com ácido acético concentrado por 1 hora. O rendimento médio de extração de 67Ga obtido foi de (72±10)%. Esta solução foi evaporada e o resíduo foi retomado em NH4OH 0,5 mol L-1. O 67Ga foi purificado em resina catiônica Dowex 50WX8 em meio de NH4OH. A recuperação obtida foi de (98 ± 2) %, de 67Ga. O eluido foi evaporado e retomado em HCl 0,1 mol L-1. A pureza química foi verificada por ICP-OES encontrando-se (2 ± 1) μg mL -1 de zinco. As concentrações de ferro, cobre e níquel foram inferiores ao limite de detecção do método e aos limites de utilização de 67Ga. A pureza radionuclídica foi verificada por espectroscopia-γ utilizando um detector de germânio Hiper-Puro encontrando-se valor superior a (99,9%). Este método inédito permite a obtenção de 67Ga com alta pureza química, radioquímica e radionuclídica em condições de processamento menos agressivas e corrosivas que o método comumente utilizado. / Radioisotopes of gallium have been studied and evaluated for medical applications since 1949. Over the past 50 years 67Ga has been widely used in the diagnosis of various diseases, including acute and chronic inflammatory lesions, bacterial or sterile and several types of tumors. In Brazil 30% of clinics that provide services for Nuclear Medicine use 67Ga citrate and the demand for 67Ga at IPEN-CNEN/SP is 37 GBq (1 Ci)/week. The 67Ga presents physical half-life of 3.26 days (78 hours) and decays 100% by electron capture to stable 67Zn. Its decay includes the emission of γ rays with energies of 93.3 keV (37%), 184.6 keV (20.4%), 300.2 keV (16.6%) and 888 keV (26%). In the past 67Ga was produced by the reaction 68Zn (p, 2n) 67Ga at IPEN-CNEN/SP. After irradiation, the target was dissolved in concentrated HCl and the solution percolated through a cationic resin DOWEX 50W-X8, 200-400 mesh, conditioned with 10 mol L -1 HCl. Zinc, nickel and copper were eluted in 10 mol L-1 HCl and 67Ga 3.5 mol L-1 HCl. The final product was obtained as 67Ga citrate. This work presents a new, fast, direct and efficient method for the chemical separation of 67Ga by thermal diffusion (heating of the target) combined with concentrated acetic acid extraction. Purification was performed by ion exchange chromatography. Natural zinc electrodeposition was performed on nickel/copper plates as substrate and the zinc deposits were adherent to the substrate, slightly shiny and uniform. The targets were irradiated with 26 MeV protons and integrated current of 10 μA.h. After irradiation, the targets were heated at 300 °C for 2 hours and placed in contact with concentrated acetic acid for 1 hour. The average yield of extraction of 67Ga was (72 ± 10)%. This solution was evaporated and the residue was taken up in 0.5 mol L-1 NH4OH. The 67Ga was purified on cationic resin Dowex 50WX8 in NH4OH medium. The 67Ga recovery was (98 ± 2)%. This solution was evaporated and taken up in 0.1 mol L-1 HCl. The chemical purity was evaluated by ICP-OES that resulted in (2 ± 1) μg mL-1 of zinc. The concentration of iron, copper and nickel was lower than the detection limits and also than the utilization limits for 67Ga. The radionuclidic purity was greater than (99.9%). This method showed to be suitable to obtain high purity 67Ga in less aggressive chemical conditions than before.

O concreto é um dos materiais de construção civil mais versáteis, podendo se adaptar a formas diversas quando em seu estado fresco e resistindo a grandes cargas de compressão em seu estado rígido. No entanto, em estruturas mais densamente armadas ou com geometrias mais complexas, pode-se apresentar dificuldades para a moldagem, causando falhas no preenchimento da forma, o que reduz a capacidade resistente da peça e sua vida útil. Neste trabalho foi utilizado o método de partículas lagrangeanas Moving Particle Semi-Implicit (MPS) como base para um simulador para o estudo do comportamento do escoamento de pastas e argamassas cujo comportamento pode se aproximado por modelos reológicos como Bingham e Herschel-Bulkley. Foram propostos módulos para a simulação da viscosidade não-newtoniana, variação térmica no processo de cura e modelagem de turbulência. Para modelar a variação de viscosidade de um fluido não-newtoniano foi utilizado o modelo de Herschel-Bulkley. O modelo de Herschel-Bulkley possui uma singularidade para taxas de deformação muito pequenas, que resulta em valores de viscosidade infinitas, dificuldade contornada pela solução proposta por Papanastasiou (1987). Na modelagem térmica foram analisados dois modelos de dissipação, sendo um original do método e outro calculado por meio do divergente do gradiente utilizando os modelos de partículas e que teria melhores resultados para o cálculo da dissipação térmica. Também foi modelada a convecção térmica, utilizando para isso a hipótese de Boussinesq. A reação de hidratação do concreto foi modelada utilizando uma equação do tipo Hill para representar a elevação de temperatura obtida por meio um ensaio adiabático. Para complementar as simulações, foi utilizado o modelo de turbulência Detached Eddy Simulation (DES), baseado no método Large Eddy Simulation (LES), que utiliza um modelo de parede para simular a interação do fluido. Para a implementação deste modelo de turbulência foi proposto um algoritmo para o cálculo da distância da partícula de fluido à parede. Este algoritmo utiliza estruturas de dados já existentes no método de partículas de modo que sua execução requer muito menos recursos que a busca binária. Apesar do trabalho ter se guiado pela simulação do concreto fresco, que é um material particularmente complexo, outros escoamentos encontrados na engenharia civil também podem ser beneficiados pelo método, como os estudos do escoamento em sistemas prediais de água e esgoto, do escoamento e prevenção de erosão em rios e córregos, do escorregamento de encostas, dos reatores para depuração de esgotos, entre outros. / The concrete is one of the more versatile civil construction materials, it can adapt to various forms when in its fresh state while resisting to high compression loads in its rigid state. However, in some cases like densely reinforced concrete structures and complex geometry concrete structures can present issues to the casting, and failure in proper form filling can occur. These failures can reduce the resistance and the lifetime of the structure. This work used a simulator based on the lagrangean particle method called Moving Particle Semi-Implicit (MPS) to study the concrete behavior in its distinctive characteristics. Also, this work proposed modules to simulate the non-Newtonian viscosity, the thermal process of concrete cure and to model the turbulent flow. To model the variation of viscosity of a non-Newtonian fluid, the Herschel-Bulkley model, which relates the shear stress with the strain rate, was applied. The Herschel-Bulkley model has a singularity at low strain rates, which results in infinite viscosities. To overcome this issue, Papanastasiou (1987) proposed a modification in the model in order to eliminate the singularity. For the thermal modeling, two models for thermal dissipation were compared, the original method and other calculated from the divergence of gradient using the differential operators for the particle model and that could present improved results for the thermal dissipation calculation. Also, the thermal convection was modeled using the Boussinesq hypothesis. The hydration reaction of the concrete was modeled using a Hill type equation to reproduce the temperature elevation. In addition, a Detached Eddy Simulation (DES) based turbulence model with a simple wall model in the interaction of wall and fluid was applied in the simulations. To improve the turbulence model, an algorithm to calculate the distance between fluid and the nearest wall particle was proposed. The algorithm uses already calculated information from particles so that the execution requires much less resources than a binary search. Although the work has been focused on to the modeling of fresh concrete simulation, which is a particularly complex material, other flows found in civil engineering can also be benefited by the method, such as studies of drainage in water and sewage systems, drainage and prevention of erosion into rivers and streams, prevention and damage mitigation of landslides, reactors for sewage treatment among many others.

O concreto é um dos materiais de construção civil mais versáteis, podendo se adaptar a formas diversas quando em seu estado fresco e resistindo a grandes cargas de compressão em seu estado rígido. No entanto, em estruturas mais densamente armadas ou com geometrias mais complexas, pode-se apresentar dificuldades para a moldagem, causando falhas no preenchimento da forma, o que reduz a capacidade resistente da peça e sua vida útil. Neste trabalho foi utilizado o método de partículas lagrangeanas Moving Particle Semi-Implicit (MPS) como base para um simulador para o estudo do comportamento do escoamento de pastas e argamassas cujo comportamento pode se aproximado por modelos reológicos como Bingham e Herschel-Bulkley. Foram propostos módulos para a simulação da viscosidade não-newtoniana, variação térmica no processo de cura e modelagem de turbulência. Para modelar a variação de viscosidade de um fluido não-newtoniano foi utilizado o modelo de Herschel-Bulkley. O modelo de Herschel-Bulkley possui uma singularidade para taxas de deformação muito pequenas, que resulta em valores de viscosidade infinitas, dificuldade contornada pela solução proposta por Papanastasiou (1987). Na modelagem térmica foram analisados dois modelos de dissipação, sendo um original do método e outro calculado por meio do divergente do gradiente utilizando os modelos de partículas e que teria melhores resultados para o cálculo da dissipação térmica. Também foi modelada a convecção térmica, utilizando para isso a hipótese de Boussinesq. A reação de hidratação do concreto foi modelada utilizando uma equação do tipo Hill para representar a elevação de temperatura obtida por meio um ensaio adiabático. Para complementar as simulações, foi utilizado o modelo de turbulência Detached Eddy Simulation (DES), baseado no método Large Eddy Simulation (LES), que utiliza um modelo de parede para simular a interação do fluido. Para a implementação deste modelo de turbulência foi proposto um algoritmo para o cálculo da distância da partícula de fluido à parede. Este algoritmo utiliza estruturas de dados já existentes no método de partículas de modo que sua execução requer muito menos recursos que a busca binária. Apesar do trabalho ter se guiado pela simulação do concreto fresco, que é um material particularmente complexo, outros escoamentos encontrados na engenharia civil também podem ser beneficiados pelo método, como os estudos do escoamento em sistemas prediais de água e esgoto, do escoamento e prevenção de erosão em rios e córregos, do escorregamento de encostas, dos reatores para depuração de esgotos, entre outros. / The concrete is one of the more versatile civil construction materials, it can adapt to various forms when in its fresh state while resisting to high compression loads in its rigid state. However, in some cases like densely reinforced concrete structures and complex geometry concrete structures can present issues to the casting, and failure in proper form filling can occur. These failures can reduce the resistance and the lifetime of the structure. This work used a simulator based on the lagrangean particle method called Moving Particle Semi-Implicit (MPS) to study the concrete behavior in its distinctive characteristics. Also, this work proposed modules to simulate the non-Newtonian viscosity, the thermal process of concrete cure and to model the turbulent flow. To model the variation of viscosity of a non-Newtonian fluid, the Herschel-Bulkley model, which relates the shear stress with the strain rate, was applied. The Herschel-Bulkley model has a singularity at low strain rates, which results in infinite viscosities. To overcome this issue, Papanastasiou (1987) proposed a modification in the model in order to eliminate the singularity. For the thermal modeling, two models for thermal dissipation were compared, the original method and other calculated from the divergence of gradient using the differential operators for the particle model and that could present improved results for the thermal dissipation calculation. Also, the thermal convection was modeled using the Boussinesq hypothesis. The hydration reaction of the concrete was modeled using a Hill type equation to reproduce the temperature elevation. In addition, a Detached Eddy Simulation (DES) based turbulence model with a simple wall model in the interaction of wall and fluid was applied in the simulations. To improve the turbulence model, an algorithm to calculate the distance between fluid and the nearest wall particle was proposed. The algorithm uses already calculated information from particles so that the execution requires much less resources than a binary search. Although the work has been focused on to the modeling of fresh concrete simulation, which is a particularly complex material, other flows found in civil engineering can also be benefited by the method, such as studies of drainage in water and sewage systems, drainage and prevention of erosion into rivers and streams, prevention and damage mitigation of landslides, reactors for sewage treatment among many others.