Orientador: João Cláudio Thoméo / Resumo: Este trabalho tem como objetivo produzir esporos do fungo Metarhizium anisopliae IBCB 425 em biorreator de leito empacotado visando o aumento da escala, propondo ainda alternativas para a extração dos esporos do meio de cultivo. Também se propõe compreender a preferência do fungo pelo arroz como substrato, procurando-se alternativas para redução dos custos de produção relativos a este substrato. Para isso, realizou-se o cultivo e o reuso do substrato em embalagens plásticas, onde se observou que o cultivo em arroz tipo 1 ainda é o melhor substrato para o fungo, quando comparado com os utilizados neste trabalho sendo, quirera de arroz e farelo de arroz, porém para o aumento de escala e reuso do substrato, a melhor alternativa é a mistura de arroz com bagaço de cana-de-açúcar na proporção de 9:1. Também se realizou ensaios em biorreatores de leito empacotado de 7.62 cm e 20 cm de diâmetro, utilizando a mistura de arroz e bagaço como substrato, e observou-se que, para ambas as configurações, o bagaço evitou a compactação do leito, não se observando temperaturas elevadas que interferissem no desenvolvimento do microrganismo. Com as análises de degradação do amido e da atividade das enzimas amilase total, alfa – amilase e protease, foi possível concluir que o fungo se desenvolve de maneira distinta a cada uso dos grãos e que, o maior consumo de amido ocorre no primeiro cultivo (R1), reduzindo-o em cerca de 30%. Análises de microscopia óptica foram realizadas nos grãos cultivados, ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This work aimed to produce spores of the entomopathogenic fungus Metarhizium anisopliae IBCB 425 in packed-bed bioreactors targeting the scale-up, and also to propose alternatives to the extraction of the spores from the cultivation medium. The understanding of the preference of the fungus for the long rice as substrate was also verified in order to reduce the production costs associated to the rice. Therefore, the rice was cultivated in plastic packages and it was noticed that rice is still the best substrate for the fungal growth, even though for the scale-up and reutilization of the substrate it was necessary to mix it with sugarcane bagasse at a proportion 9:1 (rice:bagasse). Experiments in packed-beds of 7.62 and 20 cm internal diameter have been carried out using the mixture rice:bagasse and for both sizes no compaction was noted and no excessive temperature took place. From starch analysis and from the activities of total amylase, alpha-amylase and protease it was noticed that the microbe develops distinctly in each consecutive cultivation of rice, and that after the first cultivation (R1), the starch content was reduced by 30%. Optical microscopy of the cultivated grains revealed that during R1 the fungal hyphaes penetrated the grains, but during the second (r2) and third (R3) cultivations the fungal growth is restricted to the grain surface. It was observed a substrate mass reduction in the packed-bed experiments of 24%, 20% and 17% after R1, R2 and R3, respectively.... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Issues de ressources renouvelables, les huiles végétales (mélanges de triacylglycérols) sont des matières premières aux multiples applications dans divers secteurs, tels que l’industrie alimentaire, les lubrifiants, les solvants, les cosmétiques, la pharmacie, parmi autres. Pour faciliter le développement de produits utilisant de telles matières premières, le travail de thèse s’intéresse à la modélisation de l'équilibre de phases pour mélanges de triacylglycérols et la conception d’un logiciel prédictif de leurs propriétés. Les modèles employés sont totalement prédictifs et tiennent compte des polymorphes. La phase liquide et le polymorphe a sont supposés idéaux à l’inverse des polymorphes b et b’ dont les coefficients d’activités sont calculés à l’aide du modèle de Margules où les coefficients d’interactions binaires sont prédits à partir de la similarité des chaines d’acide gras sur le squelette glycérol. L'optimisation directe de l'énergie libre de Gibbs permet de calculer la quantité de solide dans les graisses ; propriété fondamentale corrélée à de nombreuses fonctionnalités de produits basés sur des huiles végétales. Le calcul de l'équilibre solide - liquide à plusieurs températures permet de simuler des courbes de fusion et des courbes de calorimétrie différentielle à balayage. L’influence sur ces courbes de modifications dans la structure moléculaire et de la composition des mélanges est étudier pour plusieurs systèmes et comparés avec des données expérimentales: triacylglycérols purs, mélanges binaires et ternaires de triacylglycérols, huiles végétales naturelles et mélanges d'huiles végétales impliquant des centaines de triacylglycérols. Des réactions d'interestérification chimique, largement utilisées pour modifier la composition et propriétés d'huiles et graisses, sont simulées et comparés avec des données expérimentales. Le bon accord avec les données expérimentales permet de valider l'outil informatique et son caractère prédictif permet d’envisager son utilisation pour des mélanges, températures et compositions encore non évaluées de façon à orienter les efforts expérimentaux vers les mélanges les plus prometteurs. / The search for sustainable development is an incentive for renewable resources usage in chemical industry. Vegetable oils (triacylglycerol-based mixtures) are raw-materials that match this criterion and they are currently and potentially used in a wide range of sectors, such as: food industry, lubricants, solvents, cosmetics, pharmaceutical, among others. Aiming to aid product design using such raw-materials, this work deals with phase equilibrium modeling and the development of a computational tool for properties prediction. The models used are totally predictive and they deal with the existence of solid polymorphism. The liquid state and the crystals are treated as ideal phases. The activity coefficients of phases ’ and (notideal) are estimated using Margules model, for which the binary molecular interaction parameters are calculated in a predictive manner by means of correlations with the similarity degree between fatty acids chains in the glycerol. By direct optimization of Gibbs Free Energy, the Solid Fat Content is computed, a fundamental property for vegetable oils–based products functionality. The results of phase equilibrium in different temperatures allow simulating melting curves and Differential Scanning Calorimetry curves, allowing a computational evaluation of how molecular structure and composition changes affect desired properties. The calculated results were applied and compared with experimental data in a wide range of systems: pure systems, binary and ternary triacylglycerol mixtures, natural vegetable oils and mixture of vegetable oils (hundreds of components). Chemical interesterification reaction, widely applied to change fats and oils composition and properties, were also simulated and the results compared with experimental data in different compositions and temperatures. The good agreement between computational results and experimental data enables the computational tool validation and its predictive nature makes it suitable for the study of mixtures in temperatures and compositions not yet evaluated. Consequently, the experimental efforts (cost and time) can be concentrated on the most promised molecules/mixtures. / A busca pelo desenvolvimento sustentável é um incentivo para o uso de recursos renováveis na indústria química. Óleos vegetais (misturas de triacilgliceróis) são matérias-primas que atendem a este critério e apresentam aplicações atuais e potenciais em diversos setores, tais como indústria de alimentos, lubrificantes, solventes, cosméticos, farmacêutica, dentre outros. Com o objetivo de auxiliar no desenvolvimento de produtos utilizando tais matérias-primas, o presente trabalho trata da modelagem do equilíbrio de fases em misturas de triacilgliceróis e do desenvolvimento de uma ferramenta computacional preditiva de propriedades. Os modelos usados são totalmente preditivos e consideram a existência de polimorfismo na fase sólida. O estado líquido e o polimorfo são considerados ideais. Os coeficientes de atividade das fases e (não-ideais) são estimados através do modelo de Margules, no qual os coeficientes de interação molecular binária são calculados de forma preditiva através de correlações com o grau de similaridade entre as cadeias de ácidos graxos no glicerol. Através da otimização direta da Energia Livre de Gibbs, é calculado o Conteúdo de Gordura Sólida, uma propriedade fundamental para funcionalidade de produtos baseados em óleos vegetais. Através do cálculo do equilíbrio de fases em diversas temperaturas são simuladas curvas de fusão e curvas de Calorimetria Exploratória Diferencial, permitindo uma avaliação computacional do efeito que alterações na estrutura molecular e composição apresentam nas propriedades de interesse. Os resultados calculados foram aplicados e comparados com dados experimentais em diversos sistemas: triacilgliceróis puros, misturas binárias e ternárias de triacilgliceróis, óleos vegetais naturais e misturas de diversos óleos vegetais (centenas de triacilgliceróis). Reações de interesterificação química, amplamente utilizadas para alterar a composição e propriedades de óleos e gorduras, foram igualmente simuladas e os resultados comparados com dados experimentais em diversas composições e temperaturas. A boa concordância entre os dados simulados e experimentais permite validar a ferramenta computacional e seu caráter preditivo a torna útil no estudo de misturas em temperaturas e composições ainda não avaliadas, de forma que os esforços experimentais (custo e tempo) possam ser direcionados às misturas mais promissoras.

O tratamento e a disposição final de resíduos sólidos urbanos é um dos grandes problemas ambientais da atualidade. No caso dos aterros sanitários, as áreas para implantação desses empreendimentos são cada vez mais escassas, especialmente nos grandes centros urbanos, exatamente onde há grande geração de resíduos. É notória a necessidade de se buscar alternativas adequadas para a disposição final de resíduos sólidos urbanos. A correta disposição de resíduos em aterros sanitários exige que esses empreendimentos sejam tratados de forma integral, desde a escolha do local, o desenvolvimento do projeto e a execução da obra até o gerenciamento da operação e ações correlatas de monitoramento ambiental. O objetivo dessas ações é minimizar os potenciais impactos ao meio ambiente, dos quais o de maior gravidade é a contaminação do solo e das águas pelos lixiviados gerados nos aterros. Os lixiviados de aterros sanitários são produzidos durante toda sua vida útil e após seu encerramento, devendo ser coletados, tratados e monitorados por várias décadas. Atualmente, não se sabe de maneira precisa qual é o volume e por quanto tempo ocorre a geração de lixiviados na maioria dos aterros sanitários no Brasil. Para esse trabalho realizou-se o levantamento dos aterros sanitários em operação e encerrados no período de 1998 a 2012 na Região Metropolitana de São Paulo, bem como da geração de lixiviados durante o mesmo período. A partir dessas informações traçou-se a série histórica referente a esse período, a partir da qual se pode inferir a grandeza da problemática para os próximos anos. Também são abordadas as necessidades futuras do sistema de tratamento de lixiviados. / The treatment and final disposal of urban solid wastes is one of the great environmental problems of present. In the case of sanitary landfills, the areas for settlement of such projects are increasingly scarce, especially in great urban areas, exactly where there is great waste production. It is notable the necessity of searching adequate alternatives for the final disposal of solid wastes. The correct disposal of solid wastes in sanitary landfills requires that these projects be treated in an integral approach, since the choice of the site, the project development, and the execution of the construction, to the operation management and correlated environmental monitoring actions. The intent of such actions is to minimize potential risks to the environment, being one of the most serious the soil and water contamination by the leachate generated in landfills. Landfill leachate is produced during the operation and after closure of landfills. They must be collected, treated and monitored for several decades. Currently, in most of landfills in Brazil, there is no accurate information about the volume of generated leachate and for how long it is produced. For this dissertation it has been held a survey of operating and closed landfills from 1998 to 2012 in the metropolitan area of São Paulo, as well as the leachate generated. Using these data, a historical series of this period has been traced, from which one can infer the magnitude of the problem for the next years. This study also addresses future need of the leachate treatment system.

São objetivos deste trabalho: (1) avaliar a produção de celulases pelo fungo termofílico Myceliophthora sp. M77, isolado no âmbito do programa BIOTA-FAPESP, cultivando-o em meios compostos por bagaço de cana-de-açúcar (B) e farelo de trigo (T) ou farelo de soja (S), portanto, cultivos em estado sólido; (2) avaliar a eficácia das enzimas na hidrólise de bagaço de cana-de-açúcar e celulose cristalina. Nos cultivos em frascos Erlenmeyer, o maior valor de concentração de celulases foi obtido em meio SB (10:90) (porcentagem em massa) com 80% de umidade inicial, 10,3 FPU.gms-1 após cinco dias de cultivo, valor este 120% superior ao valor de 4,8 U.gms-1, que foi a maior concentração de celulases registrada no cultivo em meio TB (20:80) com 60% de umidade inicial. O uso de aeração forçada no cultivo de Myceliophthora sp. M77 em meio SB (10:90) com 80% de umidade inicial, em reator de leito fixo, resultou aumento de 30% na concentração de celulase e na máxima produtividade em relação aos cultivos em frasco Erlenmeyer. Ensaios de hidrólise nas temperaturas de 50°C, 60°C e 70°C foram realizados para determinação da melhor temperatura de ação das celulases produzidas pelo fungo Myceliophthora sp. M77. Utilizou-se extrato obtido a partir do cultivo de Myceliophthora sp. M77 em meio SB (10:90) com umidade inicial de 60% a 45°C por 3 dias. Após 48h de hidrólise de bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado por explosão a vapor, a conversão de celulose a glicose foi de 15% para T=50°C, 8% para T=60°C e 1,5% para T=70°C. Os resultados indicam que pode ocorrer desnaturação térmica a 60°C e 70°C para períodos superiores a 6 h e 2 h de hidrólise, respectivamente. Ensaios de hidrólise de bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado por explosão a vapor, a 50°C, com adição de 10 FPU.gms-1 de celulases produzidas por Myceliopthora sp. M77 em meio SB (10:90) resultaram conversão de celulose a glicose 50% maior do que para o ensaio de hidrólise nas mesmas condições com enzimas produzidas em meio TB (40:60), indicando que a composição dos extratos enzimáticos produzidos em meio TB e SB são diferentes. A concentração inicial de glicose de 1 g.L-1 no extrato produzido em meio TB pode ter inibido a ação da enzima b-glicosidade. Já os extratos produzidos em meio SB apresentaram concentrações de glicose inicial inferiores a 0,15 g.L-1. Ensaios de hidrólise com enzimas aderidas ao meio de cultura sólido foram realizados com a finalidade de avaliar essa metodologia em comparação à hidrólise usual com enzimas extraídas do meio. Após 48 h, as conversões de celulose a glicose das hidrólises de celulose cristalina ou bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado por explosão à vapor com enzimas aderidas ao meio de cultura foram ou superiores ou iguais àquelas obtidas nas hidrólises com enzimas extraídas do meio de cultura. Esse resultado mostra que existe a possibilidade de aplicação direta da enzima não extraída do meio de cultura sólido, com consequente redução do custo do processo de hidrólise do material celulósico para liberação de açúcares fermentescíveis. / The objectives of this study are: (1) to evaluate the production of cellulases by a thermophilic fungus, Myceliophthora sp. M77, isolated by the BIOTA-FAPESP program. The microorganism was cultivated in media composed by sugarcane bagasse (B) and wheat bran (T) or soybean meal (S), thus, solid state cultivation; (2) to evaluate the effectiveness of these enzymes in the hydrolysis of sugarcane bagasse and crystalline cellulose. The highest cellulases concentration in Erlenmeyer flasks cultures was achieved in medium SB (10:90) (w/w) with initial moisture of 80%, 10.3 FPU.gdm-1 after five days of cultivation, a value 120% higher than 4.8 U.gdm-1, which was the highest recorded cellulases concentration in culture using TB (20:80) with 60% of initial moisture. Applying forced aeration in the cultivation of Myceliophthora sp. M77 in medium SB (10:90) with 80% initial moisture, in fixed bed reactor, cellulases concentration and maximum productivity raised 30% relative to cultivation in Erlenmeyer flask. Hydrolysis assays at temperatures of 50°C, 60°C and 70°C were performed to evaluate the optimal temperature for application of cellulases produced by the fungus Myceliophthora sp. M77, since it is a thermophilic fungus. It was used the enzymatic extract produced from cultures in medium SB (10:90) with 60% initial moisture, at 50°C, for three days. After 48 h of hydrolysis of sugarcane bagasse pretreated by steam explosion, the conversion of cellulose to glucose was 15% for T = 50 ° C, 8% for T = 60 ° C and 1.5% T = 70 ° C. These results indicated that thermal denaturation may occur in hydrolysis at 60°C and 70°C for periods longer of 6 h and 2 h, respectively. Hydrolysis of sugarcane bagasse pretreated by steam explosion at 50°C with addition of 10 FPU.gdm-1 of cellulases produced by Myceliopthora sp. M77 in medium TB (40:60), resulted in conversion of cellulose to glucose 50% lower than hydrolysis with enzymes produced in medium SB (10:90), under the same conditions, indicating that the composition of enzyme extracts produced in TB and SB medium are different. The initial glucose concentration of 1 g.L-1 in the enzyme extract produced in TB medium can inhibit the action of the enzyme b-glucosidade. On the other hand, initial glucose concentration in the extract produced in medium SB was lower than 0.15 g.L-1. Hydrolysis using enzymes adhered to the solid culture medium were performed in order to compare this method to the usual hydrolysis with enzymes extracted from the medium. After 48 h, the cellulose conversion to glucose in the hydrolysis of sugarcane bagasse pretreated by steam explosion or crystalline cellulose were either greater than or equal to those obtained by hydrolysis with enzymes extracted from the culture medium. This result shows that there is the possibility of direct application of the enzyme still adhered to the solid culture medium, with consequent reduction of the process cost of cellulosic materials hydrolysis to release fermentable sugars.

Reatores de leito fluidizado circulante são intensamente utilizados em aplicações de larga escala como craqueamento catalítico de petróleo e combustão de carvão. Projeto e desenvolvimento nestas áreas são fortemente baseados em plantas de demonstração, a custos elevadíssimos. Nesse contexto, tratamentos utilizando mecânica dos fluidos computacional assumem considerável relevância. Os complexos padrões de escoamento gás-sólido que se desenvolvem nos reatores de leito fluidizado circulante determinam taxas de reação e exigem, portanto, descrições hidrodinâmicas rigorosas. Os modelos Eulerianos do contínuo ou de dois fluidos são correntemente considerados a escolha mais prática na busca destas descrições. Estas formulações são baseadas na aplicação da hipótese de meio contínuo tanto para fases macroscopicamente contínuas quanto dispersas. Neste trabalho, desenvolve-se simulações numéricas para descrever processos hidrodinâmicos e reativos em reatores de leito fluidizado circulante aplicando modelagem de dois fluidos. Considera-se situações típicas de combustão em leito fluidizado circulante de carvão mineral. Como processo reativo considera-se a absorção de dióxido de enxofre por calcário. Realiza-se análises hidrodinâmicas, e de efeitos hidrodinâmicos sobre a reação de interesse. Realiza-se simulações de regime permanente e de regime transiente. Mostra-se que as simulações de regime permanente permitem análises qualitativas do processo, e provêem condições iniciais para simulações transientes diretamente no regime de escoamento estatisticamente permanente. Em relação à hidrodinâmica, conclui-se que os modelos de dois fluidos correntes são ainda bastante crus. São claramente necessárias melhores descrições reológicas e relações constitutivas sub-grade mais acuradas. Em relação à reação química, conclui-se que predições reativas acuradas somente poderão ser obtidas se descrições hidrodinâmicas rigorosas forem combinadas com descrições reativas igualmente rigorosas. / Circulating fluidized bed reactors are widely used in large scale applications such as catalytic cracking of petrol and coal combustion. Development and design in those areas are strongly based on demonstration plants, at extremely high costs. In this context, treatments applying computational fluid mechanics assume considerable relevance. The complex gas-solid flow patterns which develop inside the circulating fluidized bed reactors determine reaction rates, so that rigorous hydrodynamic descriptions are required. The continuum Eulerian or two-fluid models are currently considered the more practical choice for providing such descriptions. Those formulations are based on the application of the continuum hypothesis for both macroscopically continuous and dispersed phases. In this work numerical simulation is performed to describe both hydrodynamics and reactive processes in circulating fluidized beds applying two-fluid modeling. Typical situations of circulating fluidized bed coal combustion are considered. The reactive process considered is the absorption of sulfur dioxide by limestone. Analyses are performed of hydrodynamics, and regarding hydrodynamic effects over the concerning reaction. Both steady state and transient simulations are performed. It is shown that steady state simulations allow qualitative analyses, and do provide initial conditions for transient runs straightly inside the statistical steady state flow regime. Concerning hydrodynamics, it is concluded that the current two-fluid models are still very crude. Clearly, better rheological descriptions are required alongside with more accurate sub-grid constitutive relations. Regarding chemical reaction, it is concluded that accurate reactive predictions shall only be found if rigorous hydrodynamic descriptions are combined with equally rigorous reaction descriptions.

Neste trabalho foi avaliada a dose efetiva recebida pelos trabalhadores da Gerência de Rejeitos Radioativos do IPEN devido à inalação de 222Rn nos galpões de armazenamento de rejeitos radioativos tratados e não tratados. As concentrações de 222Rn no interior dos galpões foram determinadas por meio da técnica de detecção passiva com detectores de traços nucleares do estado sólido (SSNTD). O detector utilizado foi o CR-39 inserido em uma câmara de difusão do tipo NRPB. Foram monitorados um total de 12 pontos internos e 1 ponto externo no galpão de rejeitos radioativos tratados G4 e 13 pontos no galpão de rejeitos radioativos não tratados G3, durante um período de 11 meses, entre junho de 2012 e maio de 2013. As concentrações variaram de 0,73 ± 0,08 e 4,55 ± 0,16 kBqm-3 entre os períodos de monitoramento no galpão G4 e entre 0,61 ± 0,07 e 2,94 ± 0,12 kBqm-3 no galpão G3. A dose efetiva devido à inalação de 222Rn no interior dos galpões de rejeitos radioativos foi calculada de acordo com os procedimentos da Comissão Internacional de Proteção Radiológica (ICRP) a partir de um fator de conversão de dose, da concentração média do 222Rn no ar e do tempo de exposição dos indivíduos. Os valores de doses apresentados são uma média das concentrações entre os períodos de monitoramento que variam 15,70 mSva-1 no G4 e de 9,27 mSva-1 no G3, sendo que em um dos períodos obteve-se valores superiores ao estabelecidos pelo órgão regulador (CNEN) e recomendados pela Comissão Internacional de Proteção Radiológica (ICRP) de 20 mSva-1 para indivíduos ocupacionalmente expostos, indicando a necessidade de medidas mitigadoras. Cabe, contudo, informar que foi considerada uma hipótese bastante conservativa de 2000 horas de trabalho no local. / Some radionuclides that make up the radioactive series are noted for their contribution to the total exposure to which individuals are subjected, an important example is known as radon 222Rn and their descendants, responsible for more than half of the radiation dose received by the population due to natural sources. In this work the effective dose received by the workers of the Management of Radioactive Waste in IPEN due to inhalation of 222Rn in storage sheds from treated and untreated radioactive waste was evaluated. Concentrations of 222Rn inside the sheds of treated and untreated radioactive waste G3 and G4 were determined by the technique of passive detection with solid state nuclear track (SSNTD) detectors. The detector used was CR-39 inserted in a diffusion chamber type NRPB. A total of 12 internal points and 1 external point were monitored in the shed radioactive waste treated G4 and 13 points in the shed radioactive waste untreated G3, for a period of 11 months between June 2012 and May 2013. Concentrations ranged 0.73 ± 0.08 to 4.55 ± 0.16 kBqm-3 among the monitoring periods in the shed G4 and between 0.61 ± 0.07 and 2.94 ± 0.12 kBqm-3 in the shed G3. The effective dose due to inhalation of 222Rn inside the sheds radioactive waste was calculated according to the procedures of the International Commission on Radiological Protection (ICRP) from a conversion factor of dose, the mean concentration of 222Rn in the air and time of exposure of individuals. The dose values for G4 and G3 are 15.70 and 9.27 mSva-1 respectively, this being greater than the value established by the National Nuclear Energy Commission (CNEN) and recommended by the International Commission on Radiological Protection (ICRP) 20 mSv / a for occupationally exposed individuals, thus indicating the need for mitigation measures. It should, however, report that was considered a very conservative assumption of 2,000 hours of work on site.

O presente trabalho tem por objetivo elaborar um código computacional utilizando o Método dos Elementos Finitos para determinar o campo térmico tridimensional de elementos estruturais em situação de incêndio. A consideração dos efeitos térmicos do meio no estudo das estruturas de aço, de concreto, de madeira e mistas comumente empregadas tem sido mais frequente nos projetos atuais, pois é cada vez mais clara a necessidade de avaliar as mudanças das propriedades térmicas e mecânicas que o material apresenta em resposta às variações térmicas do meio envolvente, o que pode em alguns casos levar a estrutura ao colapso. O desenvolvimento da presente proposta de trabalho tem como base o Código de Análises Térmicas (CAT) pertencente ao código SYSAF (System for Structural Analisys in Fire), desenvolvido e apresentado em Rigobello (2011). O CAT permite a realização de análises térmicas transientes das seções transversais de elementos estruturais, contemplando apenas a realização de análises bidimensionais. A fim de permitir a realização de análises em campo tridimensional, neste trabalho o elemento finito térmico sólido hexaédrico é acrescentado ao CAT, dando origem ao código denominado FEMFIRE-3D (Finite Element Method in Fire), o qual realiza análises térmicas em regime transiente, determinando o campo térmico em seções transversais e ao longo do comprimento dos elementos estruturais analisados. A validação dos resultados obtidos com o FEMFIRE-3D nas seções transversais e ao longo do comprimento dos elementos estruturais é feita por meio da comparação dos resultados obtidos em casos presentes na literatura técnica (inclusive casos presentes nas normas brasileiras e internacionais, quando for aplicável) e que contemplam estruturas usuais em situações de incêndio, ou mesmo com resultados fornecidos por códigos reconhecidos por sua eficiência em análises térmicas de estruturas em situação de incêndio. / The present work deals with the development of a computer code using the finite element method to determine the three-dimensional thermal field of structural elements in fire. The consideration of the thermal effects of the medium in the study of structures of steel, concrete, wood and mixed commonly employed has been more frequent in current projects, due to the necessity to evaluate the changes of thermal and mechanical properties that material presented in response to thermal variations of the environment, which can in some cases lead to the collapse of the structure. The development of this work is based on the Code of Thermal Analysis (CAT) belonging to SYSAF code (System for Structural Analysis in Fire), developed and presented in Rigobello (2011). The CAT allows performing transient thermal analysis of cross sections of structural elements, limited the realization of two-dimensional analyses. To enable the analysis in three-dimensional field, in this work the thermal hexahedral element is added to the CAT, giving rise to the code named FEMFIRE 3D (Finite Element Method in Fire), which performs in transient thermal analysis, determining the thermal field in cross section and along the length of the structural elements. The validation of the results obtained with the FEMFIRE-3D in cross sections and along the length of the structural elements is done by comparing the results obtained in the present cases in the technical literature (including cases present in the Brazilian and international standards, where applicable) and include the usual structures in fire situations, or even results provided by codes recognized for its efficiency in thermal analysis of structures in fire.

Foi efetuado o mapeamento da eficiência intrínseca no fotopico de dois detetores Ge(Li) do tipo falso coaxial, com fótons colimados de uma fonte de 152Eu de 1 mCi, em f unção da direção de incidência. Este mapeamento permitiu efetuar experimentalmente a correção de ângulo sólido para experimentos de correlação angular gama-gama. Esta correção não possui hipóteses como: detetor perfeitamente cilíndrico, ou com seu eixo coincidente com aquele do invólucro. A aplicação da informação de eficiência para a correção de dados de correlação angular implicou em um novo método de análise, onde é ajustada a eles uma expressão do tipo: W(?)= ?.[1+ ?_(kpar>0)??Akk .?_(m= -k)^k?C_km .e^(-1m?)]? onde os Ckm são coeficientes complexos. A qualidade do método foi verificada com a análise de correlações angulares presentes nos decaimentos dos isótopos 60Co e 100Rh com misturas multipolares conhecidas. Os resultados obtidos foram satisfatórios, demonstrando a qualidade dos métodos de mapeamento e de análise da função de correlação angular. / The scanning of the intrinsic photopeak efficiency for two Ge(Li) detectors, of false coaxial type (wrap around) was performed with collimated photons from a 152Eu source with 1 mCi, as a function of the direction of incidence. This scanning allowed to obtain experimentally the solid angle correction, to be used in gamma-gamma angular correlation experiments. This correction have no hypotheses like: detector perfectly cylindrical, or with its axis coincident with the end cup axis. The efficiency information applied for the correction of angular correlation data involved a new analysis method, where it is fitted to the data an expression Iike this W(?)= ?.[1+ ?_(kpar>0)??Akk .?_(m= -k)^k?C_km .e^(-1m?)]? the Ckm are complex coefficients. The quality of the method was checked with data analysis of angular correlation functions present in the 60Co and 100Rh decays, with known multipole mixtures. The results were satisfactory, demonstrating the quality of both methods, detector mapping and analysis of correlation functions.

Fenômenos multifásicos são frequentemente observados na natureza, tais como nas gotas de chuva ou neve no ar, nos vulcões e tempestades de areia, e em diversas outras situações. Na solução desses problemas que envolvem escoamentos gás-sólidos e granulares são frequentemente utilizadas duas abordagens: a contínua (formulação Euleriana-Euleriana) e a discreta (formulação Euleriana-Lagrangiana). Na abordagem discreta pode-se utilizar dois modelos para descrever o contato entre as partículas: o modelo de esfera rígida e o modelo de esfera suave. Neste trabalho é realizado um estudo detalhado dos modelos de contato, com foco na modelagem de esfera suave, que é baseada em um sistema dinâmico mola-massa-amortecedor. Por meio desse estudo, com a finalidade de aprimorar o modelo de contato não-linear, são propostas duas relações para o mecanismo de contato de partículas. Essas relações são fundamentadas em um modelo dinâmico, com não-linearidades nas partes conservativas e dissipativas, não apresentando descontinuidades entre as acelerações do início e do fim do contato. A metodologia de desenvolvimento da presente pesquisa está dividida em três partes: pesquisa bibliográfica dos modelos de contato; estudo analítico e numérico desses modelos e testes de problemas com a realização de experimentos numéricos, utilizando o código computacional MFIX (Multiphase Flow with Interphase eXchange). As novas aproximações propostas neste trabalho são analisadas e aplicadas em três diferentes problemas: de dinâmica, escoamento gás-sólido e escoamento granular. Os resultados obtidos utilizando as relações são comparados com dados disponíveis na literatura, mostrando-se adequados para os casos investigados neste trabalho. / Multiphase flow are frequently observed in nature, such as rain drops in air or snowfalls, volcanoes and sandstorms, and several other situations. For solving these problems which involve gas-solid and granular flows are often used two models: the continuous model (Eulerian-Eulerian formulation) and the discrete model (Eulerian-Lagrangian formulation). There are two main contact models used in DEM, the hard-sphere model and the soft-sphere model. In this work is carried out a detailed study of contact models, focusing on soft-sphere model, based on a dynamic system modeled as nonlinear mass-spring-damper. In order to improve the nonlinear contact model, in this study it is proposed two new approximate relations for determining the damping coefficient and duration of contact for a specific nonlinear soft-sphere contact model where the contact force is continuous at the start and end of the contact. The methodology of the development of this work is divided into three parts: literature research of the contact models; analytical and numerical study of these models and test problems with numerical experiments, using the open source code MFIX (Multiphase Flow with Interphase eXchange). The proposed relations are analyzed and applied in three different problems: dynamic problem, gas-solid flow and granular flow. All results are compared with literature data showing good agreement for these cases studied in the present work.

Lasers bombeados por diodo semicondutor emitindo em 1mm têm diversas aplicações. Para muitas destas aplicações é desejado um feixe laser com uma boa qualidade e alta potência. Um dos maiores problemas encontrado quando se utiliza altas potências de bombeamento é a forte lente térmica gerada no meio ativo. Neste trabalho estuda-se um laser de Nd:YVO4 bombeado transversalmente por diodo laser em regime contínuo. Este tipo de bombeamento possibilita aproveitar o alto coeficiente de absorção do cristal tornando possível a obtenção de altas eficiências. Duas configurações de ressonadores foram estudadas. A primeira com uma dobra em ângulo rasante na superfície de bombeamento do cristal e a segunda com duas dobras nesta mesma face. Um laser de 22 watts de potência de saída e eficiência angular de 74% foi obtido com a primeira configuração sob um bombeamento de 35 watts. A qualidade do modo era de M2 = 26 ´ 11, na horizontal e na vertical, respectivamente. Uma melhora significativa na qualidade do feixe foi demonstrada quando feita a segunda dobra dentro do cristal. Uma potência de 17 watts foi atingida com essa configuração com qualidade de feixe de M2 = 3,4 ´ 3,7, na horizontal e na vertical, respectivamente. / Within the existing variety of laser cavity geometries and gain materials there is one combination that is particularly interesting because of its reduced complexity and high efficiency: the edge-pumped slab-laser using grazing-incidence geometry and a gain media with a very high pump absorption cross-section. In this work we studied a diode side-pumped Nd:YVO4 cw laser. We describe a single and a multiple bounce laser configurations. We demonstrate 22 W of multimode output power for 35 watts of pump power with a single pass through the gain media. A high optical-to-optical conversion efficiency of 63% and a slope efficiency of 74% with a very compact and simple Nd:YVO4 cavity that uses joint stability zones was achieved. The beam quality was M2 = 26 ´ 11 in the horizontal and vertical direction, respectively. With a double pass configuration we achieved 17 watts with a better beam quality of M2 = 3,4 ´ 3,7, in the horizontal and vertical direction, respectively.