Mass and energy flow processes in soil are strongly dependent on the state of the soil structure and on pore space geometry. To correctly describe these transport processes, an adequate pore space characterization is required. In this context, the use of computerized microtomography allows the visualization of the soil structures and processes that occur at large scales may be very useful, besides being a fast and non-destructive technique. Soil hydraulic properties, which are essential in the quantification of water balance components in hydrological models of the unsaturated zone, can be measured directly with field or laboratory methods. Simultaneous determination of these properties can be done by the Wind-Schindler evaporation method, but determining only the retention function is a more common practice. The relation between soil water retention and hydraulic conductivity can then be predicted using theories like those developed by Childs and Collis-George, Burdine and Mualem. These models treat pore-space tortuosity and connectivity as an empirical parameter, and its value remains usually undetermined, the use of a standard value being more common. Based on this contextualization, the objectives of this thesis are: (i) to evaluate the correlation between soil hydraulic properties measured in the laboratory, and parameters that quantify soil pore space from 3D images obtained by X-ray microtomography; and (ii) to functionally analyze soil hydraulic property parameterization in the prediction of soil water balance components by an agrohydrological model. To verify the relationship between soil hydraulic properties and soil image parameters, a stepwise multiple regression analysis was performed between the pore space parameters from images and empirical parameters of the semi-deterministic model, obtained with evaporation experiments together with an inverse solution method. Functional evaluation of soil hydraulic parameters was performed by a sensitivity analysis of the outputs of an agro-hydrological model to several ways of obtaining the tortuosity/connectivity parameter: applying the commonly used standard value, or determining its value in evaporation experiments in the laboratory with wet-range tensiometers, dry-range tensiometers, or both wet- and dry-range tensiometers. Simulations with the agro-hydrological model were performed for some years with distinct rainfall characteristics. The soil retention curve obtained using soil images had a good agreement to the retention curve obtained by the evaporation experiment, although the spatial resolution of the microtomograph allowed to only quantify macropores, consequently, to determine the hydraulic properties in a small range close to saturation. Soil hydraulic parameterization using a wide range of pressure heads is recommended for a better representation of vadose zone processes and soil-water-plant relations / Os processos de fluxo de massa e energia no solo dependem fortemente do estado da estrutura do solo e da geometria do espaço dos poros. Para descrever corretamente esses processos de transporte, é necessária uma caracterização adequada do espaço poroso. Neste contexto, o uso da microtomografia computadorizada permite a visualização das estruturas do solo e os processos que ocorrem em grandes escalas podem ser muito úteis, além de ser uma técnica rápida e não destrutiva. As propriedades hidráulicas do solo, que são essenciais na quantificação dos componentes do balanço hídrico em modelos hidrológicos da zona não saturada, podem ser medidas diretamente com métodos de campo ou laboratório. A determinação simultânea dessas propriedades pode ser feita pelo método de evaporação Wind-Schindler, mas a determinação apenas da função de retenção é uma prática mais comum. A relação entre a retenção de água do solo e a condutividade hidráulica pode então ser predita por teorias como as desenvolvidas por Childs e Collis-George, Burdine e Mualem. Esses modelos tratam a tortuosidade e conectividade do espaço poroso como um parâmetro empírico, e seu valor permanece geralmente indeterminado, sendo o uso de um valor padrão mais comum. Com base nessa contextualização, os objetivos desta tese são: (i) avaliação da correlação entre propriedades hidráulicas do solo, medidas em laboratório e parâmetros que quantificam o espaço de poros do solo a partir de imagens 3D obtidas por microtomografia de raios X; (ii) a análise funcional da parametrização das propriedades hidráulicas do solo na predição dos componentes do balanço hídrico do solo por um modelo agro-hidrológico. Para a verificação da relação entre as propriedades hidráulicas do solo e os parâmetros da imagem do solo, foi realizada uma análise de regressão múltipla entre os parâmetros do espaço poroso por imagens e parâmetros empíricos do modelo semi-determinística, obtidos com experimentos de evaporação juntamente com método de solução inversa. A avaliação funcional das parametrizações hidráulicas do solo foi feita pela análise de a sensibilidade das saídas de um modelo agro-hidrológico a várias maneiras de obter o parâmetro de tortuosidade/conectividade: aplicando um valor fixo comumente utilizado ou determinando seu valor em experimentos de evaporação no laboratório com tensiômetros na faixa úmida, tensiômetros na faixa seca, ou com tensiômetros nas faixas seca e úmida. As simulações com o modelo agro-hidrológico foram realizadas por vários anos com disponibilidade de água distinta. A curva de retenção de solo obtida através de imagens do solo está em concordância com a curva de retenção obtida pelo experimento de evaporação, embora a limitação da resolução espacial da microtomografia, permitiu apenas quantificar macroporos, consequentemente, a determinação das propriedades hidráulicas em uma pequena faixa próxima à saturação. A parametrização hidráulica do solo usando uma faixa mais ampla de tensões é recomendada para melhor representar os processos na zona não-saturada e das relações solo-água-planta

O mercado de tintas e vernizes é um dos maiores demandantes de solventes. Nos últimos anos, a reformulação de sistemas solventes tem ganhado forca, e três são as razões principais para isso: redução de custo, mantendo o desempenho; melhoria do desempenho; e busca por solventes menos agressivos ao homem e a natureza, quer seja voluntariamente ou por imposição de legislação. Dentre as varias propriedades necessárias de um solvente para formulação de tintas e vernizes, a taxa de evaporação e os parâmetros de solubilidade de Hansen são os mais importantes. Em sua grande maioria, os ajustes e substituições de formulação de solventes são realizados pelo método da tentativa e erro, que é caro e demorado. A teoria e modelos sobre os parâmetros de solubilidade já são bastante conhecidos, mas pouco foi explorado sobre modelos para prever a taxa de evaporação de solventes e misturas com base no método do evaporômetro determinado pela ASTM D3539. O objetivo deste trabalho é avaliar os modelos disponíveis em literatura para cálculo da taxa de evaporação de solventes e suas misturas, e por fim, com base em conceitos de otimização e projeto de mistura auxiliado por computador (Computer-Aided Mixture/Blend Design), propor uma metodologia para obter misturas de custo otimizado que satisfaçam as restrições de evaporação e solubilidade. Devido às equações das restrições dos modelos das propriedades, este problema de otimização é classificado como programação não-linear (NLP Non-Linear Programming). Embora os modelos de taxa de evaporação dos solventes e das misturas não apresentem resultados consistentes para todo e qualquer caso, devido a desvios muitas vezes causados pelos solventes de rápida evaporação, estes modelos associados à teoria de solubilidade de Hansen se tornam uma ferramenta de grande importância na formulação de sistemas solventes. Os resultados observados com esta metodologia têm grande concordância com os resultados obtidos experimentalmente. / Paint and coatings are one of the most solvent demanding markets. In recent years, reformulation of solvent systems has gained strength, and there are three main reasons: cost reduction maintaining performance, performance improvement, and the search for less aggressive solvents to human and environment, voluntarily or by legislation. Among several properties required for these solvents, evaporation rate and Hansen solubility parameters are the most important ones. Most adjustments and replacements of solvents in formulation are performed by trial and error methods, which are expensive and time consuming. The solubility parameters theory and models are already well known but little was explored about models to predict solvents and mixtures evaporation rate based on the evaporometer method determined by ASTM D3539. The object of this study is to evaluate the available models for calculating the evaporation rate of solvents and their mixtures, and then, based on optimization concepts and computer-aided Mixture/Blend Design, to propose a methodology to obtain cost-optimized mixtures that meet evaporation and solubility constraints. Due to the equations restrictions of properties models, this optimization problem is classified as NLP - Non-Linear Programming. Although evaporation rate models of solvents and mixtures do not show consistent results for every case most deviations were caused by fast evaporation solvents -, these models associated with the Hansen solubility theory become an important tool in the solvent systems formulation. The results observed with this method have good agreement with experimental results.

Micropartículas contendo pantoprazol foram preparadas e caracterizadas a fim de se obter sistemas multiparticulados gastro-resistentes. O trabalho foi delineado buscando-se a melhor técnica de preparação das micropartículas, assim como o estudo do processo, aumento de escala e avaliação biológica. A metodologia analítica para quantificação do pantoprazol nas micropartículas foi desenvolvida e validada. O método mostrou-se seletivo, linear, preciso e exato. A estabilidade do pantoprazol em tampão fosfato pH 7,4 foi avaliada para verificar a viabilidade da utilização deste tampão como meio de dissolução. O pantoprazol apresentou-se estável durante 6 h e considerado adequado para estudos de dissolução. A primeira técnica utilizada na preparação de micropartículas foi a evaporação de solvente, utilizando uma emulsão O/O. O polímero utilizado foi Eudragit® S100. As micropartículas apresentaram diâmetro de 56 μm e, segundo análises de DSC e IV, o fármaco apresentou-se molecularmente disperso no polímero. As micropartículas apresentaram atividade anti-ulcerogênica em modelo de ulceração gástrica em ratos por etanol, enquanto a solução aquosa de pantoprazol não apresentou atividade. Estas micropartículas foram comprimidas e permaneceram intactas no interior dos comprimidos. Quanto à proteção do pantoprazol em meio ácido, 61 % da quantidade inicial do fármaco permaneceram estáveis após 30 min em meio ácido. Uma segunda formulação utilizando a mesma técnica foi preparada coma a adição de poli(ε-caprolactona) à formulação de Eudragit® S100. O objetivo da inclusão do segundo polímero foi a obtenção de uma blenda capaz de promover liberação controlada do pantoprazol e ao mesmo tempo conferir gastro-resistência. Esta formulação também apresentou atividade anti-ulcerogênica in vivo. Os comprimidos contendo estas micropartículas apresentaram liberação controlada e gastroresistência. A segunda técnica avaliada no desenvolvimento de micropartículas contendo pantoprazol foi a secagem por aspersão. Micropartículas contendo Eudragit® S100 foram produzidas e apresentaram bom rendimento, eficiência de encapsulação e estabilização do pantoprazol em meio ácido. As micropartículas foram avaliadas quanto a permeação intestinal utilizando modelo de intestino invertido. A permeação intestinal foi diretamente proporcional à liberação em tampão fosfato pH 7,4, estabelecendo uma correlação de nível A. Devido a esses fatores, estas micropartículas foram selecionadas para preparação em escala piloto. Diferentes condições operacionais foram testadas e o diâmetro médio das partículas xxiv variou entre 6.7 e 24.5 μm, influenciado pela concentração inicial de sólidos. As condições operacionais que produziram micropartículas com maior gastroresistência foram selecionadas para estudo de estabilidade. As micropartículas apresentaram-se estáveis por 6 meses em condições aceleradas de armazenamento e não adsorveram umidade ao longo do tempo. A avaliação in vivo demonstrou a atividade anti-ulcerogênica desta formulação. No entanto, a formulação apresentou baixa densidade e fluxo pobre, dificultando a granulação e compressão. A forma farmacêutica desenvolvida foram aglomerados ou soft pellets, contendo micropartículas de pantoprazol e um excipiente de manitol e lecitina preparado por spray-drying. Os aglomerados apresentaram adequadas características de fluxo e rápida desintegração não afetando a gastro-resistência das micropartículas. A técnica de spray-drying também foi utilizada com uma blenda de Eudragit® S100 e HPMC, também visando uma liberação controlada do pantoprazol. As micropartículas apresentaram alta eficiência de encapsulação e também reduziram a formação de úlceras gástricas por etanol em ratos. Os comprimidos contendo micropartículas preparadas com a blenda apresentaram mais de 90 % de estabilização em meio ácido. Este processo também foi escalonado e as melhores condições operacionais determinadas. O processo foi reprodutível em relação ao diâmetro, densidade, eficiência de encapsulação e gastro-resistência. Esta formulação foi estável por 6 meses a 40 °C e 75 % de umidade. As quatro formulações descritas neste trabalho foram testadas quanto à estabilização do pantoprazol frente à luz UVC. O pantoprazol demonstrou ser fotoinstável tanto em solução metanólica como sólido e apenas as micropartículas preparadas com Eudragit® S100 aumentaram a fotoestabilidade do pantoprazol. Baseado no conjunto de resultados, os aglomerados contendo micropartículas de Eudragit® S100 foram selecionadas para serem testadas quanto a sua farmacocinética, em comparação com o comprimido comercial de referência. Os aglomerados demonstraram ser mais rapidamente absorvidos, reduzindo o Tmax de 90 para 43 min, mantendo mesma biodisponibilidade oral. Desta forma, podemos concluir que o pantoprazol foi microencapsulado com sucesso e as micropartículas aumentaram a estabilidade do fármaco em meio ácido e frente à luz, além de reduzir o tempo para atingir a concentração máxima do mesmo. / The aim of the thesis is to develop, characterize and evaluate two drug delivery systems containing gastro-resistant pantoprazole microparticles, one for the prompt dissolution and the other one for controlled release of pantoprazole. First, an analytical method was developed and validated for the quantification of sodium pantoprazole by HPLC. The stability of pantoprazole in phosphate buffer at pH 7.4 was also evaluated during 22 days. The results showed that the method was specific, linear, precise and exact. Pantoprazole was stable in phosphate buffer pH 7.4 for 6 h. Then, the solvent evaporation technique was applied in the preparation of gastroresistant pantoprazole-loaded microparticles using an O/O emulsion. Furthermore, tablets containing the microparticles were also investigated. Microparticles presented spherical and smooth morphologies and they remained intact in the inner surface of tablets. DSC and IR analyses showed that pantoprazole was physically and molecularly dispersed in the polymer. In vivo anti-ulcer evaluation showed that the microparticles were able to protect the rat stomachs against ulcer formation by ethanol, while the drug aqueous solution did not present activity. Concerning the acid protection, tablets showed a satisfactory drug protection in acid medium (61 % after 30 min). As a second formulation, microparticles of poly(ε-caprolactone) blended with Eudragit® S100 were prepared in order to provide controlled release and gastroresistance. This formulation showed in vivo protection of stomachs against ulceration caused by ethanol in rats. These microparticles were tableted and the tablets demonstrated slower drug release and higher acid protection than the microparticles before tableting. The spray drying technique was also used to prepare pantoprazoleloaded microparticles. Microparticles containing pantoprazole and Eudragit S100® presented high encapsulation efficiency and good stabilization in acid medium. Microparticles prevented ulceration by ethanol in vivo. These microparticles showed more adequate characteristics for the preparation of a drug delivery system than the one prepared by solvent evaporation. The physical characteristics of pantoprazole microparticles produced in different spray dryers and operational conditions were investigated. In all conditions tested it was possible to obtain powders that presented spherical shape microparticles, with mean sizes from 6.7 to 24.5 μm. The size was xxvi mainly affected by the initial feed concentration (2.2 or 6.6% w/w). All powders presented very poor flow. Under accelerated conditions of storage, the selected microparticles were stable for 6 months. The microparticles couldn’t be tableted and then, the microparticles were agglomerated with mannitol/lecithin powder. The agglomerates presented good technological properties and did not influence the drug release and the gastro-resistance of the pantoprazole microencapsulated. The spray drying technique was also used to prepare microparticles aiming to provide gastroresistance and to control the drug release, using a blend of Eudragit S100® and HPMC. DSC analyses showed that the drug is molecularly dispersed in the microparticles, and in vivo anti-ulcer evaluation demonstrated that microparticles were effective in protecting stomach against ulceration. In vitro gastro-resistance study showed that the microparticles stabilized pantoprazole in 62.0 % and tablets containing the microparticles in 97.5 % and provided a controlled release of the drug. This formulation was also studied in different scales of production and spray-drier designs. The microparticles were produced in different spray-driers and operational conditions at laboratory and pilot scales. The microparticles produced with two fluid nozzle atomizer and 196 kPa were prepared in three consecutive days for the process validation. The powders showed reproducible diameter, low polydispersity, similar bulk densities, encapsulation efficiency and gastro-resistance. These microparticles were evaluated for their accelerate stability. The microparticles presented less than 5 % of degradation after 180 days at 40 °C and 75 % of RH. These same microparticles were agglomerated using mannitol/lechitin spray-dried as excipient. Different amounts of lecithin and mannitol were used, but only one formulation did not alter the pantoprazole release from the microparticles, as well as the gastro-resistance. The four different formulations of microparticles characterized in this study were tested for the stabilization of pantoprazol under UVC light. Only the microparticles prepared with Eudragit® S100 improved the drug photostability. Based on the results, the agglomerates containing microparticles prepared by spray-drying with Eudragit® S100 were selected for the pharmacokinetics study in dogs. The agglomerates presented similar AUC than the reference tablet, but reduced the Tmax. In conclusion, pantopazole-loaded microparticles were successfully prepared and the stability of pantoprazol in acid medium and under light was improved. Furthermore, the time to peak plasma was reduced.

Neste trabalho, o fenômeno de evaporação em gases rarefeitos e analisado, para o caso de uma espécie de gás bem como de misturas binárias. Evaporação fraca e forte são consideradas para escoamentos de gases em canal e semi-espaco. Também e investigado o fenômeno conhecido como reverso de temperatura, típico de gases em estado de rarefação. O método ADO, uma versão analítica do método de ordenadas discretas, é utilizado para construção de soluções em forma fechada para os diversos problemas e quantidades de interesse, como perfis de temperatura e fluxos de calor. Para o caso de um gás, uma solução unificada e desenvolvida para problemas formulados a partir dos modelos cinéticos, derivados da equação de Boltzmann, BGK, S, Gross- Jackson e MRS. No caso de mistura binária de gases, a formulação matemática e baseada no modelo McCormack. Particularmente, quando a evaporação forte e abordada, e aspectos não lineares devem ser incluídos, a versão não linear do modelo BGK e utilizada. Neste caso, a solução ADO do modelo linear e utilizada em um processo chamado de pós-processamento para inclusão dos termos não lineares do problema e reavaliação das quantidades de interesse, evidenciando melhoria dos resultados obtidos pela formulação linear. Uma serie de resultados numéricos são listados e é observada, de forma geral, excelente exatidão e eficiência computacional. / In this work, evaporation phenomena in rarefied gas flow, for one gas case and binary mixtures, are analyzed. Weak and strong evaporation are considered in channel and half-space problems. The reverse of temperature problem, typical in rarefied gas dynamics, is also investigated. The ADO method, an analytical version of the discrete ordinates method, is used to develop closed form solutions, to several problems and quantities of interest, as temperature profiles and heat flows. For the one gas case, an unified solution is developed for the BGK, S, Gross-Jackson and MRS models, derived from the Boltzmann equation. For binary mixtures, the mathematical formulation is based on the McCormack model. Particularly, when strong evaporation is investigated, and nonlinear aspects have to be included, the nonlinear BGK model is used. In this case, the ADO solution, provided by the linear model, is considered in a post-processing procedure which takes into account the nonlinear terms to evaluate the quantities of interest, and improved results are obtained, in comparison with the linear version. A series of numerical results are listed and, in general, an excellent accuracy and good computational efficiency are observed.

Submitted by MARCIA ROVADOSCHI (marciar@unifra.br) on 2018-08-16T19:52:36Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_MauberEduardoSchultzMoreira.pdf: 14104089 bytes, checksum: cdd198bace6b9a1b1e4ce9262baded58 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-16T19:52:36Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_MauberEduardoSchultzMoreira.pdf: 14104089 bytes, checksum: cdd198bace6b9a1b1e4ce9262baded58 (MD5) Previous issue date: 2015-03-23 / Cancer is a public health problem of great impact. Relapses require higher doses of drugs or new approaches to minimizing toxicity. The use of liposome-based carrier systems pharmaceuticals may be an alternative by the use of the enhanced permeability and retention effect present in the tumor area. The aim of this project was to develop and characterize liposomes containing arsenic trioxide (ATO). They were prepared according reverse phase evaporation method using ethyl acetate (EA) as solvent followed by ultrasonication with probe to reduce the size and homogenization. In determining the arsenic, titanium and residual EA we used Atomic Absorption Spectrometry with Graphite Furnace (GF- AAS), Mass Spectrometry Inductively Coupled Plasma (ICP -MS) and Gas Chromatography coupled to mass detector (GC-MS), respectively. We also carried out stability studies with formulations being subjected to room temperature (25° C), cooling (4 to 8° C) and climate chamber (40° C and 60% humidity) for a period of 90 days. Cytotoxicity assays were performed by the method of reduction of 3- (4,5) dimetiltialzoil 2,5 - diphenyltetrazolium bromide (MTT). Data of physical-chemical characterization showed that the best condition was sonication with a power of 750 W, 40% amplitude and cycles of 8 seconds on and 2 seconds off, to avoid overheating. The average particle size was 87.5±1.07 nm and polydispersity index (IPD) 0.28±0.03 for liposomes blank (BL) and 71.17±0.06 nm and 0.29±0.04 for liposomes containing TOA (LAs / LAS). TOA content of LAs was 1.0 mg ml-1 and the encapsulation efficiency (%EE) of 7,43±0.72%. ICP-MS showed the presence of titanium in the formulation and the determination of the residual solvent was below the tolerable limit. The stability study showed that formulations remained stable over a period of 30 days, regardless of storage condition wherein the stored under refrigeration remained stable for 60 days. Cytotoxicity assays with MTT revealed that in 72 hours the LB, AE and the buffer did not exercise death activity. The reverse phase evaporation method followed by ultrasonication appears to be suitable for obtaining liposomal vesicles containing arsenic trioxide . / Câncer é um problema de saúde pública de grande impacto. As recidivas necessitam de doses maiores de fármacos ou de novas abordagens para minimizar a toxicidade. O uso de sistemas carreadores de fármacos baseados em lipossomas pode ser uma alternativa por fazer uso do efeito permeabilidade e retenção aumentada presente na área do tumor. O objetivo desta dissertação foi desenvolver e caracterizar lipossomas contendo trióxido de arsênio (TOA). Foi utilizado o método de evaporação em fase reversa com solvente acetato de etila (AE) seguido de ultrassonicação com sonda para reduzir o tamanho e homogeinização. Na determinação do arsênio, titânio e acetato de etila residual utilizaram-se as técnicas de Espectrometria de Absorção Atômica com Forno de Grafite (GF- AAS), Espectrometria de Massa com Plasma Indutivamente Acoplado (ICP-MS) e Cromatografia a Gás acoplado a detector de massa (GCMS), respectivamente. Foi realizado também estudo de estabilidade com as formulações sendo submetidas a temperatura ambiente (25°C), refrigeração (4 a 8°C) e câmara climática (40°C e umidade de 60%), por um período de 90 dias. Os ensaios de citotoxicidade foram realizados pelo método de redução do 3-(4,5) dimetiltialzoil-2,5 difeniltetrazolium (MTT). Os dados da caracterização físico-química mostraram que a melhor condição de sonicação foi com potência de 750 W, amplitude de 40% e ciclos de 8 segundos ligado e 2 segundos desligado, para evitar o aquecimento. O tamanho médio foi de 87,5 ± 1,07 nm e índice de polidispersão (IPD) 0,28 ± 0,03 para os lipossomas branco (LB) e 71,17 ± 0,06 nm e 0,29 ± 0,04 para os lipossomas contendo TOA (LAs/LAS), respectivamente. O teor de TOA nos LAs foi de 1,0 mg mL-1 e a eficiência de encapsulação (%EE) de 7,43 ± 0,72%. O ICP-MS revelou a presença de titânio nas formulações e a determinação do solvente residual ficou abaixo do limite tolerável. O estudo de estabilidade mostrou que as formulações permaneceram estáveis por um período de 30 dias, independente da condição de armazenamento, sendo que as armazenadas sob refrigeração permaneceram estáveis por 60 dias. Os ensaios de citotoxicidade com MTT revelaram que em 72 horas os LB, AE e a solução tampão não exerceram atividade de morte. O método de evaporação em fase reversa seguido de ultrassonicação parece ser adequado para a obtenção de vesículas lipossomais contendo trióxido de arsênio.

Os problemas de escassez hídrica enfrentados pela região Nordeste do Brasil ocorrem, principalmente, devido às condições climáticas, caracterizadas pela má distribuição das chuvas tanto temporalmente - a maior parte da precipitação anual se concentra em poucos meses - quanto espacialmente. A alta taxa de evaporação da região e a estrutura geológica do solo, predominantemente cristalino, são fatores que contribuem para agravar o problema. Fica evidenciada, portanto, a necessidade de a operação dos sistemas de recursos hídricos ser otimizada, propiciando assim, o seu melhor aproveitamento, com o menor custo para a sociedade. O presente trabalho estuda a operação otimizada dos reservatórios que abastecem a região metropolitana de Fortaleza, no Estado do Ceará, considerando a evaporação. O problema foi tratado através de um procedimento híbrido, proposto recentemente, de algoritmo genético e programação linear. O método permitiu que regras operacionais fossem extraídas sem a necessidade de fixá-las a priori, considerando diferentes condições de importe hídrico e possibilidades hidrológicas para evidenciar a robustez do método. / The problems of water shortage in the Northeast area of Brazil, are mainly due to the weather conditions, characterized by scattered rainfall depending upon the time of the year - the highest annual precipitation is concentrated in a few months - as well as the location. Very high evaporation rates in the region and the geological structure of the soil, mainly of crystalline origin, are factors that worsen shortage of water. Thus, there need for optimal operation of water resources systems, so as to obtain highest benefit at low costs for the society. The present study performs optimized operation of the Fortaleza (Ceará) metropolitan area water supply reservoirs with special attention to water losses by evaporation. The problem has been handled through a recently proposed hybrid procedure, genetic algorithm and linear programming. The method permitted extraction of operational rules without having to hypothesize their structure \"a priori\". Further, it was applied to Fortaleza water supply under different hydrologic conditions and those of inter-basin water transfers to verify the strength of the method employed.

Orientador: Roger Josef Zemp / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-21T01:23:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jasiulionis_JaquelineAndreaEsposito_M.pdf: 15957742 bytes, checksum: f23f7bfae46e12833b047fae94479804 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Em muitos processos há necessidade de remover a carga térmica de um dado sistema e utiliza-se, na maioria dos casos, a água como o fluido de resfriamento. Devido à sua crescente escassez e preocupação com o meio ambiente, além de motivos econômicos, a água "quente" que sai desses processos, deve ser aproveitada. Para tanto, ela passa por uma torre de resfriamento e retorna ao processo. Este trabalho descreve um procedimento para avaliar o desempenho térmico de torres de resfriamento, em duas configurações distintas (escoamento contracorrente e escoamento cruzado), utilizando redes neurais artificiais. A vantagem do procedimento proposto é a possibilidade da avaliação direta do desempenho de uma torre sem a complexidade do uso de procedimentos iterativos para convergência nem a necessidade de rotinas de propriedades físicas e psicrométricas. A avaliação do desempenho é feita pela determinação da temperatura de saída da água para um conjunto de parâmetros de entrada (propriedades de corrente da água e do ar na entrada da torre, dimensões e propriedades do recheio), ou determinação da característica do recheio para uma torre existente, em função das condições operacionais. Para a situação de projeto o procedimento permite estimar a vazão de ar ou altura necessária para a torre satisfazer uma condição operacional exigida. O procedimento proposto se mostrou particularmente eficiente para torres com escoamento cruzado, onde o método tradicional de simulação exige a decomposição da torre em um número elevado de células, cada um como um procedimento iterativo para cálculo do balanço de massa e energia. A rede rendeu ótimos resultados quando usada para predizer a temperatura de saída da água e o coeficiente de transferência de massa. Os resultados mostram que a RNA pode fornecer com precisão o desempenho térmico da torre de resfriamento / Abstract: In many industrial environments it is necessary to remove the heat load from a given system and in most cases water is used as the coolant. Due to its increasing scarcity and concerns for the environment, and economic reasons, the "hot" water coming out of these processes must be reused. To do so, it passes through a cooling tower and returns to the process. This paper describes a procedure for evaluating the thermal performance of cooling towers in two different configurations (counter flow and cross flow), using artificial neural networks. The advantage of the proposed procedure is the possibility of direct assessment of the performance of a tower without the complexity due to the required convergence of the iterative procedure or the need for physical properties and psychrometric routines. The performance evaluation is made by computing the temperature of the water outlet for a set of input parameters (flow properties of water and air near the tower, dimensions and properties of the filling), or computing the characteristic of the filling for a existing tower, depending on operating conditions. For the project situation, the procedure allows for the estimate of the air flow or the tower height needed to meet a required operating condition. The proposed procedure proved particularly effective in cross-flow towers, where the traditional method of simulation requires the decomposition of the tower in a large number of cells, each as an iterative procedure for calculating the mass balance and energy. The network yielded excellent results when used to predict the exit temperature of the water and the coefficient of mass transfer. The results show that the RNA can accurately provide the thermal performance of the cooling tower / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestra em Engenharia Química

Orientadores: Rubens Maciel Filho, Dailton de Freitas Rezende / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-04T02:31:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Custodio_AlineFerrao_M.pdf: 1962631 bytes, checksum: 51b733d6a4d5cc5f583e63880f05a9eb (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: Até as duas primeiras décadas do século XX, a extração industrial de oleaginosas se fazia, exclusivamente pelo uso de prensas. As prensas, embora extraíssem um óleo de muito boa qualidade, deixavam resíduos no material sólido (torta) superiores, por exemplo a 5% para grãos como o de soja. Tais resíduos além de implicarem em perda de óleo, afetavam a qualidade da torta, que é também um dos produtos efluentes do extrator. A extração por solvente, por outro lado, é capaz de retirar o óleo, deixando resíduos inferiores a 1%. Após a extração, os sólidos são encaminhados ao dessolventizador e a micela (mistura óleo-solvente) ao sistema de destilação, composto por dois evaporadores em série e uma coluna de dessorção (stripping). A unidade de evaporação é uma das que mais demandam energia em uma planta de processamento. Assim, a modelagem matemática dinâmica deste processo com vistas à otimização do consumo energético e à avaliação do desempenho de políticas de controle torna-se um requisito decisivo para operação economicamente viável. O objetivo geral deste trabalho é desenvolver um modelo dinâmico efetuando análises de sensibilidade paramétrica para um evaporador típico da indústria de extração de óleos vegetais, visando a otimização deste processo, ou seja, a recuperação máxima de solvente e o consumo mínimo de energia. A fim de analisar as condições de operação do sistema, propôs-se um modelo matemático do sistema de evaporação com base no de TONELLI et al. (1990), consistindo em balanços mássicos global e de óleo e de balanço energético em torno do sistema de evaporação. O programa simulador foi construído em linguagem FORTRAN. Este programa, a partir de informações tais como temperatura, pressão e concentração de alimentação, assim como de quais são os componentes envolvidos, calcula propriedades termodinâmicas tais como temperaturas de ebulição, capacidades térmicas e entalpias de misturas. Desse modo, um mínimo de informações são requeridas, permitindo simulações rápidas do processo de evaporação. O programa computacional elaborado permitiu simulações rápidas e com baixos erros numéricos para o processo de evaporação do solvente em uma unidade de dessolventização do óleo após extração convencional. Este programa permitiu ainda avaliações de efeitos para os fatores influentes na evaporação. Considerando-se a intensidade das perturbações realizadas e o nível central dos fatores, o fator fração mássica de óleo na entrada foi o que apresentou o maior efeito. Já a velocidade de escoamento do vapor de água de aquecimento foi o fator com o menor efeito no teor de óleo da micela efluente / Abstract: Until the two first decades of century XX, the industrial extraction of oleaginosas were carried out exclusively by mechanical process. This process allow to extracted oil of very good quality, but it leads the left residues in the solid material (pie) to be very high, for example 5% for grains as of soy. Such residues besides implying in loss of oil, affected the quality of the pie, that is also one of the effluent products of the extractor. The extraction for solvent, on the other hand, is capable to remove the oil, leaving residues to be smaller (1%). After the extraction, the solids are directed to the dessolventizador and miscella (oil-solvent mixture) to the distillation system. Witch is composed by two evaporators in series and a stripping column. The unit of evaporation is one that demands for high energy consumption in a processing plant. Thus, the dynamic mathematical modeling of this process with sights to the reduction of the energy consumption and to the evaluation of the performance of control politics becomes a decisive requirement for economically viable operation. The general objective of this work is to develop a dynamic model of the process witch allow for parametric sensitivity analyze for a typical evaporator for the vegetal oil industry extraction. The aim is to have a tool for either process optimization or maximum recovery of solvent. The deterministic mathematical model is developed through mass and energy balance equation together with heat and mass transfer parameter correlations. The simulator was build up in FORTRAN. The software uses operational information as feed temperature, concentration and pressure witch allows for the calculation of the thermodynamic properties such as thermal temperatures of boiling, capacities and enthalpies of mixtures. In this way, a minimum of information is required, allowing fast simulations of the evaporation process. Through experimental design procedure applied to the deterministic model was possible to identify the main operational variables effects as well as the impact of the extraction array variables has on the process behaviors. The mass oil fraction in the feed was found to have the largest effect. The speed of the water vapor draining for the heating zone was the factor with the loweit effect in the oil miscella effluent / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Utilizando tecnicas de espectroscopia-GAMA em linha e reacoes do tipo (hi, xnypGAMA) que populam estados de alto spin estudou-se a estrutura do nucleo duplamente impar ANTPOT.136 PR atraves das reacoes ANTPOT.123 SB (ANTPOT.16 O, 3n)ANTPOT.136 PR e ANTPOT.126 TE (ANTPOT.14 N 4n)ANTPOT.136 PR. Foram realizadas medidas de funcoes de excitacao em quatro energias, e coincidencias GAMA-GAMA-t e distribuicoes angulares em 69mev e 56mev, respectivamente, utilizando detetores hpge de alta resolucao (2kev) e alvos de isotopos enriquecidos de ANTPOT.123 SB (99%) e ANTPOT.126 TE (94%) com espessuras de aproximadamente 9mg/CENTIMETROS QUADRADOS. O esquema de niveis de energia do ANTPOT.136 PR evidencia duas bandas rotacionais que populam um estado isomerico com meia-vida de 92ns. A banda yrast e caracterizada por um staggering em seus niveis de energia, com transicoes m1 intensas e e2 fracas baseada na configuracao PI (h ind.11/2) IND.1/2 TETA NI (h ind.11/2) IND.9/2, de acordo com a sistematica da regiao de massa a=130, mostrando um pequeno energy splitting de 40kev. Na banda secundaria pressupoe-se a configuracao PI (d ind.5/2) IND.3/2 TETA NI (h ind.11/2) IND.11/2. Os resultados experimentais foram interpretados com base no cranked shell model que predizem deformacoes GAMA pequenas e negativas na regiao dos LA e PR / The structure of the doubly odd nucleus 136pr has been studied using techniques of on-line -spectroscopy with the reactions 123Sb (16O,3n) 136 Pr and 126Te(14 N,4n)136 Pr populating high spin states. The excitation functions were measured at four energies, and - t coincidences and angular distributions at 69MeV and 56MeV , respectively, using high resolution HPGe detectors (2keV) and targets of enriched isotopes of 123 Sb (99%) and 126Te (94%) with thicknesses of approximately 9mg/cm². The energy level scheme of 136Pr shows two rotational bands which populate one isomeric state with a half-life of 92s. The Yrast band is characterized by the staggering in energy levels with intense M1 transitions and weak E2 transitions, based on a configuration (h11/2)1/2 v(h11/2)9/2 in agreemment with the sistematics of the mass region A = 130. There is a small energy splitting of 40keV. For the secondary band a configuration n(d5/2)3/2 (h11/2)11/2 is possible. Experimental results were interpreted within the framework of the Cranked Shell Model which predicts small negative deformations in the La and Pr region.

Anfíbios anuros, de uma forma geral, são caracterizados por baixa resistência cutânea à perda de água por evaporação, altas taxas de reidratação a partir da pele e alta tolerância à desidratação. Entretanto, diferenças interespecíficas destes parâmetros do balanço hídrico podem estar associadas a características ambientais das áreas de ocorrência. No Brasil, encontramos biomas com características climáticas contrastantes e uma rica anurofauna, consistindo em um modelo interessante para o estudo da evolução do balanço hídrico em anuros. Através de uma abordagem comparativa, este estudo testou as hipóteses de que, quando comparadas às espécies de anuros que habitam ambientes mais mésicos, espécies de ambientes mais xéricos deveriam apresentar: (1) maior resistência à perda de água por evaporação, (2) maior taxa de reidratação, (3) menor sensibilidade do desempenho locomotor à desidratação e (4) maior sensibilidade do desempenho locomotor à temperaturas mais baixas e menor sensibilidade deste a temperaturas mais altas. As taxas de reidratação e a resistência da pele à perda de água por evaporação apresentaram relação alométrica respectivamente positiva e negativa com a massa corpórea, indicando a evolução de mecanismos compensatórios das modificações das relações entre área de superfície e volume corpóreo com a variação de tamanho. Anuros de ambientes caracterizados por maior restrição em disponibilidade hídrica e temperaturas mais altas apresentaram maiores taxas de reidratação, menor sensibilidade do desempenho locomotor a temperaturas mais altas e maior sensibilidade deste a temperaturas mais baixas, indicando padrões de adaptação fisiológica a características ambientais. A variação em sensibilidade do desempenho locomotor à desidratação apresentou padrões mais complexos de relação com variáveis ambientais, sendo esta relação dependente dos ambientes e grupos filogenéticos amostrados / Anuran amphibians, in general, are characterized by low skin resistance to evaporative water loss, high rates of hydration through the skin and high tolerance to dehydration. However, interspecific differences of these water balance traits can be related to environmental characteristics of the areas of occurrence. In Brazil, there are biomes with contrasting climatic conditions and rich anuran fauna, which constitute an interesting model for studies on water balance evolution in anurans. Through a comparative approach, this study tested the hypotheses that, when compared to anuran species that inhabit more mesic environments, species from xeric environments should show: (1) increased resistance to evaporative water loss, (2) higher rates of rehydration, (3) low sensitivity of locomotor performance to dehydration and (4) increased sensitivity of the locomotor performance at lower temperatures and lower sensitivity of it at higher temperatures. Rehydration rates and skin resistance to evaporative water loss showed, respectively, positive and negative allometric relations with body mass, indicating the evolution of compensatory mechanisms to changes in the relationship between surface area and volume with body size variation. Anurans from environments characterized by higher restriction in water availability and higher temperatures had higher rates of hydration, lower sensitivity of locomotor performance at higher temperatures and higher sensitivity of it at lower temperatures, indicating patterns of physiologic adaptation to environmental characteristics. The variation in sensitivity of the locomotor performance to dehydration showed more complex relation patterns with environmental variables. These relations were dependent on the environments and phylogenetic groups sampled