Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2016-06-02T09:42:25Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 6171733 bytes, checksum: 53c1338fade79e4659635416cb39c199 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-02T09:42:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 6171733 bytes, checksum: 53c1338fade79e4659635416cb39c199 (MD5) Previous issue date: 2015-10-12 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Os evaporadores de película descendente (EPD) são amplamente utilizados nas indústrias químicas, de refrigeração, de refino de petróleo e de alimentos. Nas indústrias de laticínios, os EPD são mais comumente utilizados para a concentração de soluções antes do processo de secagem por spray-dryer. Apesar da importância econômica do processo de evaporação a vácuo na produção de produtos lácteos desidratados, o conhecimento do processo é essencialmente empírico. Estudos visando a otimização do processo são portanto necessários. O objetivo deste projeto de doutorado é o de caracterizar experimentalmente um EPD durante a concentração de produtos lácteos, utilizando de abordagens termodinâmicas e hidrodinâmicas afim de se estudar as interações entre as propriedades dos produtos e os paramêtros operacionais. Um evaporador de película descendente, simples efeito, em escala piloto, que descreve o mesmo processo em escala industrial de um ponto de vista hidrodinâmico, foi instrumentado e utilizado para a determinação dos balanços de massa e de energia. A capacidade evaporativa e o coeficiente global de transferência de calor foram calculados a partir dos dados experimentais. Uma metodologia para a determinação experimental da função de distribuição dos tempos de residência (DTR) foi desenvolvida. As funções DTR fornecem informações essenciais sobre o escoamento dos produtos durante a concentração em EPD. O aumento da concentração, da vazão mássica e da distância percorrida pelo produto, provocam um aumento na dispersão das partículas do fluxo. Estas funções foram modelados por uma combinação de reatores em cascada, perfeitamente agitados. De acordo com a interpretação deste modelo, dois fluxos, um primário e um secundário, correspondendo a duas camadas de produto que fluem sobrepostas através dos tubos de evaporação, foram propostos. A metodologia para o cálculo das funções DTR foi aplicada a diferentes produtos lácteos (leite desnatado, soro de leite doce e ácido), e o estudo foi estendido para a formação de fouling durante a concentração por evaporação a vácuo. O tempo de residência médio real foi mais sensível para identificar a formação de fouling que o coeficiente global de transferência de calor e do que a capacidade evaporativa. Este estudo enfatizou o papel crucial da caracterização do processo de evaporação a vácuo para a otmização de EPD e da qualidade dos produtos oriundos dessa tecnologia. / Falling film evaporators (FFE) are widely used in the chemical, refrigeration, petroleum refining, desalination and food industries. In the dairy industry FFE is applied for the concentration of solutions prior to the drying step. Despite the economic importance of the vacuum evaporation process in the manufacture of dairy dried products, the knowledge about the process is mostly empirical. Research aiming to improve the efficiency of the process is therefore necessary. The objective of this PhD project was to characterize experimentally a FFE during the concentration of dairy products by means of thermodynamic and hydrodynamic approaches, in order to study the interactions between the products properties and the operating parameters. A pilot-scale, single-stage falling film evaporator that describes the same process as that of an industrial scale from a hydrodynamic point of view was instrumented and used to establish the mass and energy balances. The evaporation rate and the overall heat transfer coefficient were calculated from the experimental data to follow up the process. A methodology for the determination of the experimental residence time distribution (RTD) functions was developed. RTD functions provide global information about the flow of the products during concentration in a FFE. Increasing of the concentration of skim milk, mass flow rate and the distance covered by the product resulted in an increase in the dispersion of the products particles. The experimental RTD functions were modelled by a combination of two perfectly mixed reactor tanks in series. From the interpretation of this model, two different flows, a main and a minor flow, were identified. The RTD methodology developed on skim milk was applied to sweet whey and lactic acid whey and the study was extended to the formation of fouling during a 5-hour concentration. The mean residence time was more sensitive to identify fouling than the overall heat transfer coefficient and the evaporation rate. This study emphasized the crucial role of process characterization to improve the performance of FFE and product quality.

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2016-09-06T17:04:47Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1356293 bytes, checksum: 27ee5b7f7e7021d88bf48306eb63ae67 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-06T17:04:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1356293 bytes, checksum: 27ee5b7f7e7021d88bf48306eb63ae67 (MD5) Previous issue date: 2015-07-13 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Atualmente, devido a uma crescente conscientização da sociedade com questões de sustentabilidade, os produtos naturais e não tóxicos têm recebido um maior destaque na pesquisa. Nesse contexto, os corantes naturais reemergiram como uma alternativa viável em detrimento do uso de corantes sintéticos. Aliado a isso, faz-se necessário implantar novos métodos de extração que não utilizem solventes orgânicos, que não sejam dispendiosos ou caros e que estejam dentro dos princípios da química verde. Os sistemas aquosos bifásicos (SABs) têm se mostrado uma excelente alternativa para extração/purificação desses corantes. Embora as partições de corantes em SABs sejam conhecidas há muitos anos, surpreendentemente estas não foram extensivamente exploradas. Portanto, este trabalho teve como propostas particionar o corante natural clorofilina cúprica de sódio em diferentes SABs e avaliar os parâmetros que afetam essa partição, como: efeito do eletrólito formador do SAB, efeito da massa molar do polímero e efeito da hidrofobicidade do polímero. Além disso, buscou-se determinar parâmetros termodinâmicos (∆trGo, ∆trHo, ∆trSo) e avaliar a natureza das forças (entrópica ou entálpica) que atuam sobre esse fenômeno. Compararam-se ainda valores de variação de entalpia obtidos de duas formar diferentes: uma pela utilização da equação de van’t hoff (∆trHoVH) e outra pela utilização da calorimetria de titulação isotérmica (∆trHoITC). Os valores de coeficiente de partição (K) foram dependentes dos parâmetros avaliados e variaram entre 0,36 e 347. Para a maioria dos sistemas, a transferência da clorofilina cúprica de sódio da fase inferior para a fase superior foi exotérmica, com ∆trHoITC atingindo valores de -77.57 kJ mol-1. Os valores de variação de entropia sugerem que os componentes do SAB (água e íons) são transferidos para a fase inferior, simultaneamente, a clorofilina cúprica de sódio se transfere para a fase superior. / Currently, due to a growing awareness of society with sustaintability issues, natural and non-toxic products have attracted great attention in research. In this context, natural dyes re-emerged as a viable alternative over the use of synthetic dyes. Allied to this, it is necessary to implement new extraction methods that do not employ organic solvents that are inexpensive and comply with the principles of green chemistry. Aqueous two- phase systems (ATPSs) have proven to be an excellent alternative to extraction/purification of different dyes. Although dyes partition in SABs have been known for many years, surprisingly they have not been extensively exploited. Therefore, this work aimed to partition the natural dye sodium copper chlorophyllin in different ATPSs and to evaluate the effect of the tie-line length (TLL), ATPS-forming components nature and temperature on the SCC partition coefficient (K), and transfer thermodynamic parameters (∆trGo, ∆trHo, ∆trSo) were obtained. The ∆trHo values were obtained by isothermal titration calorimetry (∆trHoITC) and van’t Hoff approach (∆trHoVH). The K values depended on the evaluated parameters and ranged between 0.36 and 347. For most systems, SCC transfer to the ATPS top phase was exothermic, with ∆trHoITC attaining values up to -77.57 kJ mol-1. The transfer entropy change values suggested that ATPSs components are transferred to the bottom phase whilst SCC is simultaneously transferred to the top phase.

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2016-09-08T12:18:51Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2284207 bytes, checksum: c45d43d5895c834ceee211911269021e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-08T12:18:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2284207 bytes, checksum: c45d43d5895c834ceee211911269021e (MD5) Previous issue date: 2016-03-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Misturas aquosas contendo surfactantes e macromoléculas têm muitas aplicações práticas como no processamento de petróleo, na indústria de papel, em processos biológicos e em produtos de higiene pessoal. Em todas estas misturas, as propriedades físico-químicas do sistema são determinadas pela interação entre a macromolécula e o surfactante. Neste trabalho, nós avaliamos a interação macromolécula-surfactante sob dois aspectos distintos: o estudo da interação polímero-surfactante e o estudo da interação proteína- surfactante. No primeiro, o efeito dos líquidos iônicos (LIs) brometo de 1-butil-3- metilimidazólio (bmimBr) e cloreto de 1-butil-3-metilimidazólio (bmimCl) sobre a interação entre poli(óxido de etileno) (PEO) e dodecilsulfato de sódio (SDS) foi avaliado utilizando-se condutimetria, fluorimetria e calorimetria de titulação isotérmica (ITC). O efeito dos LIs sobre a micelização do SDS também foi investigado. Parâmetros termodinâmicos da micelização do SDS e da agregação PEO-SDS foram obtidos em várias concentrações de LI e a estabilidade relativa entre as micelas de SDS e os agregados PEO/SDS foi estabelecida. Os LIs diminuíram a concentração micelar crítica (cmc) do surfactante, estabilizando as micelas de SDS, e aumentaram a concentração de agregação crítica (cac) para a formação do agregado, tornando os agregados PEO/SDS menos estáveis. Além disso, os LIs induziram uma segunda concentração crítica (c2thc) no processo de micelização do SDS, a qual foi associada a um processo de diminuição do tamanho micelar. A variação de entalpia integral de formação do agregado (∆ Hagg(int)) mudou de -0,72 para 2,16 kJ mol-¹ quando a concentração de bmimBr aumentou de 0 para 4,00 mM. Quando o cloreto foi substituído pelo brometo na estrutura do LI, a micelização do SDS e o início da agregação PEO-SDS não foram afetados. No entanto, a quantidade de SDS ligado ao polímero na concentração de saturação (C 2 ) aumentou. Em 100,0 mM de LI, a interação PEO-SDS desapareceu. Nós sugerimos que os LIs participam da estrutura dos agregados PEO/SDS, interagindo com o SDS na interface/núcleo das micelas adsorvidas sobre o PEO e promovendo a solvatação preferencial dos segmentos do polímero. Para estudar a interação proteína-surfactante, nós escolhemos sistemas formados pela proteína lactoferrina (Lf) e os surfactantes aniônicos dodecilsulfato de sódio (SDS), dodecilbenzeno sulfonato de sódio (SDBS) ou decilsulfato de sódio (DSS). A interação Lf-surfactante foi caracterizada em diferentes valores de pH utilizando ITC, nanocalorimetria diferencial de varredura (n-DSC) e espectroscopia de fluorescência. A variação de entalpia molar aparente de interação (∆ − ), a extensão de ligação ( complexo (∆ ) e a variação de entalpia integral de formação do complexo(∆ Hagg(int)) foram determinadas a partir da ITC e variaram com o pH e com a estrutura do surfactante. Os valores de (∆ Hagg(int)) foram sempre negativos e variaram entre -5,99 kJ mol-¹ , para o SDS em pH 3,0, e -0,61 kJ mol -1 , para o DSS em pH 12,0. Dados de espectroscopia de fluorescência e n-DSC demonstraram que a interação proteína-surfactante promove a desnaturação da Lf e a eficiência de desnaturação seguiu a ordem DSS < SDS < SDBS. À medida que a concentração do surfactante aumentou, a temperatura de desnaturação ( ) e a área do pico nos termogramas de n-DSC diminuíram. Nossos resultados mostraram que a Lf ligada ao ferro tem mais resistência contra a desestabilização induzida pelos surfactantes do que a Lf livre de ferro. / Aqueous mixtures comprising surfactants and macromolecules have many practical applications, as in the oil processing, paper industry, biological processes and personal care products. In all of those mixtures, the physical-chemical properties of the system are determinate by the interaction between the macromolecule and the surfactant. In this thesis, we evaluated the macromolecule-surfactant interaction under two different aspects: the study of the polymer-surfactant interaction and the study of the protein- surfactant interaction. In the first one, the effect of the ionic liquids (ILs) 1-butyl-3- methylimidazolium bromide (bmimBr) and 1-butyl-3-methylimidazolium chloride (bmimCl) on the interaction between poly(ethylene oxide) (PEO) and sodium dodecyl sulfate (SDS) was evaluated using conductimetry, fluorimetry, and isothermal titration calorimetry (ITC). The effect of those ILs on the SDS micellization was also investigated. Thermodynamic parameters of SDS micellization and SDS-PEO aggregation were obtained at several IL concentrations and the relative stability between the SDS micelles and the SDS/PEO aggregates was established. The ILs decreased the critical micellar concentration (cmc) of the surfactant, stabilizing the SDS micelles, and increased the critical aggregation concentration (cac) to the aggregate formation, making the SDS/PEO aggregates less stable. In addition, ILs induced a second critical concentration (c2thc) in the SDS micellization process, which was associated with a process of micelle size decrease. The integral enthalpy change for the aggregate formation (∆ Hagg(int)) changed from -0.72 to 2.16 kJ mol -1 when the bmimBr concentration increased from 0 to 4.00 mM. When chloride was replaced with bromide in the IL structure, the SDS micellization and the beginning of the SDS-PEO aggregation were not affected. However, the amount of SDS bound to the polymer in the saturation concentration (C 2 ) increased. At 100.0 mM IL, the SDS-PEO interaction vanished. We suggested that the ILs participate in the structure of the formed SDS/PEO aggregates, interacting with the SDS at the core/interface of the micelles attached to the polymer, and promoting a preferential solvation of the PEO segments. To study the protein-surfactant interaction, we chose systems comprising the lactoferrin (Lf) protein and the anionic surfactants sodium dodecyl sulfate (SDS), sodium dodecylbenzene sulfonate (SDBS), or sodium decyl sulfate (DSS). The interaction Lf-surfactant was characterized at different pH values using ITC, nano differential scanning calorimetry (NanoDSC) and fluorescence spectroscopy. The apparent molar enthalpy change of interaction (∆ of binding ( (∆ − ), the extent ), and the integral enthalpy change for the complex formation (∆ Hagg(int)) were determinate from ITC and depended on the pH and the surfactant structure. The ∆ Hagg(int) values were always negative and ranged from -5.99 kJ mol -1 , for SDS at pH 3.0, to -0.61 kJ mol -1 , for DSS at pH 12.0. Fluorescence spectroscopy and NanoDSC data demonstrated that the protein-surfactant interaction leads to the Lf denaturation, and the denaturation efficiency followed the order DSS < SDS < SDBS. As the surfactant concentration increased, the denaturation temperature ( ) and the peak area in the NanoDSC thermograms decreased. Our results shown that the Lf bound to iron has more resistance against the destabilization induced by surfactants than the iron free Lf.

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2016-11-10T17:39:17Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1573232 bytes, checksum: 0e891caf5f28f0d44ad97897309027c3 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-11-10T17:39:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1573232 bytes, checksum: 0e891caf5f28f0d44ad97897309027c3 (MD5) Previous issue date: 2005-03-01 / Neste trabalho foi estudado o processo de adsorção das proteínas albumina de soro bovino (BSA) e β-lactoglobulina (β-lg), provenientes do soro de queijo, em cromatografia de interação hidrofóbica variando-se as condições de temperatura e concentração de sal. Com os dados experimentais obtidos foi conduzida uma análise termodinâmica do processo. Foram realizadas, ainda, modificações no software SimuCromWin, desenvolvido por Saraiva (2003), que consistiram na inclusão da opção de utilização de outros modelos de isotermas além do modelo de Langmuir e o desenvolvimento de um programa que simula o processo de eluição em leito fixo. Avaliou-se, então, a influência dos modelos de isotermas na simulação do processo de adsorção assim como a otimização do processo de adsorção e dessorção das referidas proteínas em cromatografia de interação hidrofóbica. A partir dos resultados obtidos por meio do estudo da adsorção de BSA e β-lg em resina hidrofóbica (Streamline Phenil) foi possível observar que este processo é dependente da concentração de sal. Verificou-se, também, que o processo é espontâneo e entropicamente dirigido. Com as alterações no software SimuCRomWin, foram realizados estudos que indicaram o modelo de isoterma de Langmuir o melhor para simulações em cromatografia preparativa. Além disso, foi realizada a otimização do processo de separação das proteínas albumina de soro bovino (BSA) e β-lactoglobulina (β- lg), utilizando o software SimuCromWin e a técnica de superfície de resposta, na qual verificou-se que em temperaturas e concentrações de sal mais altas, dentro da faixa estudada, a resolução entre os picos é maior. / In this work was studied the adsorption process of whey proteins bovin serum albumin (BSA) and β-lactoglobulin (β-lg) at hydrophobic interaction chromatography (HIC) at four temperatures and salt concentrations. The thermodynamic analysis of the adsorptive process was made using the experimental data. Modifications were accomplished in the software SimuCromWin, developed by SARAIVA (2003), to promote the use of six types of isotherms and to include the elution stage of adsorption in fixed beds. Then, the influence of different isotherm models on the adsorption and dessorption process of BSA and β-lg and the optimization of these processes were studied. The results showed that the adsorption process of BSA and β-lg on Streamline Phenyl is dependent on salt and temperature for the two proteins. The adsorption process is driven by entropy and is favorable for both proteins. Studies were made after the modifications on the software SimuCromWin and indicated the Langmuir isotherm was the best isotherm model to simulated adsorption process for both proteins. The obtained experimental data, software SimuCromWin and surface response analysis permitted to determine the best conditions for adsorption and dessorption processes. The values found to adsorption process were 0.9 M and 313.15 K and to dessorption process were 0.85 M and 313.15 K, for both proteins.

A microestrutura típica dos aços inoxidáveis duplex (AID) e superduplex (AISD) proporciona uma excelente combinação de resistência à corrosão e propriedades mecânicas. Como resultado, os AID e AISD possuem aplicações na indústria do óleo e gás, papel e celulose, química, petroquímica e geração de energia. Neste trabalho, foi realizado um estudo com o objetivo de analisar a influência de diferentes frações volumétricas das fases ferrita (d) e austenita (g) nas propriedades mecânicas do aço UNS-S32760. Inicialmente foi realizado um estudo termodinâmico-computacional, a fim de acompanhar a evolução das fases em termos de quantidade e composição química no intervalo de temperaturas compreendido entre 1050°C e 1150°C. Após as simulações termodinâmicas, foi realizada a caracterização mecânica e metalúrgica do aço em estudo. Assim, tendo por base as simulações termodinâmicas e objetivando-se analisar a evolução das fases ferrita e austenita, foram realizados tratamentos isotérmicos em diferentes tempos e temperaturas. Para tanto, fez-se uso (i) do software de simulação termodinâmica FactSage v. 6.4, (ii) técnicas metalográficas e DRX e, (iii) de uma máquina de ensaios universal. Os resultados mostraram que as frações volumétricas das fases ferrita e austenita são função do tempo e temperatura empregados e indicaram, também, forte correlação entre a morfologia e distribuição das fases e as propriedades mecânicas do aço inoxidável superduplex UNS-S32760. / The typical microstructure of duplex (DSS) and superduplex (SDSS) stainless steels provides an excellent combination of corrosion resistance and mechanical properties. As a result, DSS and SDSS have applications in the oil and gas industry, pulp and paper, chemical, petrochemical and power generation. In this work, a study was conducted in order to analyze the influence of different volume fractions of ferrite and austenite phases on the mechanical properties of UNS-S32760 steel. Initially a computational thermodynamic study was conducted in order to follow the phase evolution in terms of amount and chemical composition in the temperature range between 1050°C and 1150°C. After the thermodynamic simulation, the mechanical and metallurgical characterization of the steel under study were carried out. Thus, based on the thermodynamic simulations and aiming to study the development of ferrite and austenite phases, isothermal treatments were performed at several time span and temperature. Consequently, (i) the thermodynamic simulation software FactSage v. 6.4, (ii) metallographic techniques and XRD and, (iii) a universal testing machine were use. The results showed that the volume fraction of ferrite and austenite phases are a function of the time and temperature and also indicated a strong correlation between morphology and phase distribution and the mechanical properties of superduplex stainless steel UNS-S32760.

O pó de aciaria elétrica é um importante subproduto da indústria siderúrgica devido ao seu alto teor de zinco. Assim, tecnologias vêm sendo desenvolvidas visando seu aproveitamento, sendo o forno Waelz a mais difundida delas atualmente. No entanto, sua operação, por contar com um forno rotativo de grandes dimensões que abriga uma infinidade de fenômenos físico-químicos, apresenta difícil previsibilidade ab initio. Por essa razão, este trabalho faz uso de uma ferramenta avançada da termodinâmica computacional, destinada à modelagem de processos, chamada SimuSage, a fim de modelar o seu comportamento. Para a criação do modelo utilizou-se também uma base de dados termodinâmicos advinda do software FactSage e a plataforma de desenvolvimento Lazarus. Com base em dados e resultados operacionais da literatura, foi possível realizar simulações nos modos adiabático e isotérmico, comparando os resultados com os da prática industrial. Constatou-se uma grande capacidade do modelo de reproduzir os resultados da literatura, mesmo quando não há muita informação para aferição dos parâmetros, gerando boa concordância com a composição química relatada dos produtos Óxido Waelz e Escória Waelz. / The electric arc furnace dust is an important by-product of the steel industry due to its high content of zinc. Thus, technologies have been developed aiming for its use, and the Waelz Kiln is the most widespread of them today. However, counting on a very large rotary kiln that houses an infinity of physico-chemical phenomena, its operation is difficult to predict ab initio. For this reason, in order to model its behaviour this work uses an advanced tool of computational thermodynamics designed to process modelling, called SimuSage. To create the model, a thermodynamic database, provided by the FactSage software, as well as a development platform, Lazarus IDE, were also used. Based on operational data and results from de literature, it was possible to perform simulations on both adiabatic and isothermal modes comparing its results with the industrial practice. A great capability of the model to reproduce results from the literature was found, even when there is not much information for the parameters calibration, generating good agreement regarding the reported chemical composition for the products, Waelz Oxide and Waelz Slag.

Apesar da água ser o líquido mais comum na natureza, suas características ainda não estão totalmente explicadas. A relação entre a forma do potencial intermolecular efetivo que representa as interações presentes na água, as várias anomalias presentes e a possível existência de dupla criticalidade ainda é uma questão em aberto. Para tentar entender esses comportamentos muitos modelos físicos foram propostos. Alguns levam em conta todas as interações na molécula enquanto outros tratam as mesmas como esferas que interagem através de um potencial efetivo. Recentemente descobriu-se que a água apresenta, além de anomalias termodinâmicas, anomalia na difusão translacional e rotacional. Mostrou-se que, para o modelo computacional SPC/E para água, as anomalias dinâmicas estão conectadas com a temperatura de máxima densidade (TMD) e que as anomalias dinâmicas ocupam uma região maior que a TMD no diagrama de fases pressão vs. temperatura. Além disso, o coeficiente de difusão apresenta uma mudança de comportamento na região super fria do diagrama de fases. Nessa região a difusão segue uma Lei Arrhenius em baixas temperaturas e quando cruza a Linha de Widom passa a se comportar de maneira não-Arrhenius. Essa transição no coeficiente de difusão (chamada transição dinâmica) estaria associada a presença de um segundo ponto crítico na região super resfriada do diagrama de fases da água. Neste trabalho são investigados três modelos simples tipo água: O primeiro é o Gás de Rede Associativo (GRA) em duas dimensões. Neste modelo se estudou a relação entre polimorfismo (presença de diferentes fases com estruturas diferentes) e transição dinâmica. O segundo modelo estudado é uma generalização em três dimensões do GRA, onde foi investigado a relação entre as anomalias na densidade e difusão translacional e qual a relação entre polimorfismo e transição dinâmica. Finalmente o terceiro modelo estudado é o gás de rede bidimensional Bell-Lavis. Este estudo consiste em analisar as propriedades do diagrama de fases do modelo, estudar a relação entre a anomalia na densidade e difusão translacional e a relação entre polimorfismo e transição dinâmica. Os resultados mostram que é possível estudar propriedades de sistemas complexos, como a água e outros líquido estruturados, com modelos simplificados e obter mecanismos genéricos para determinados comportamentos globais. / Although water is ubiquitous in nature, its characteristics are not well understood. The relation between the shape of the effective intermolecular potential that represents the interactions present in water, the various anomalies and a possible existence of double criticality is still an open question. In order to understand these behaviors different physical models have been proposed. Some take account all interactions between molecules while others treat molecules as spheres that interact through an effective potential. Recently it was discovered that, besides the thermodynamics anomalies, water also exhibits rotational and translational diffusion anomalous behavior. It was shown that for the computational model SPC/E for water the dynamic anomalies are connected with the temperature of maximum density (TMD) and that the dynamic anomalies appear at the pressure vs. temperature phase diagram in a region outside the TMD. Besides, diffusion coefficient display a change in its behavior in the super cooled region of the phase diagram. In this region diffusivity exhibits an Arrhenius behavior in low temperatures and, crossing the Widom line, it exhibits a non-Arrhenius behavior. This transition is called dynamic transition and would be related to a critical point in the super cooled region of the phase diagram. In this work we investigate three simple water-like models: the first one is the Associating Lattice Gas (ALG) in two dimensions. In this model was studied the relation between polimorfism (the presence of different phases with different structures) and dynamic transitions. The second model is a three dimension generalization of the ALG model, where was studied the relation between density and translational diffusion anomalies and the relation between polimorfism and dynamic transitions. Finally, the third model is the two dimensional lattice gas Bell-Lavis. This work consists in analyze the phase diagram properties of the model, study what is the relation between density and translational diffusion anomaly and the relation between polimorfism and dynamic transitions. The results show that is possible to study some properties of complex systems, like water and other structured liquids, with very simple models and obtain generic mechanisms to some global behaviors.

Fundando-se em argumentos de equilíbrio e estabilidade termodinâmica, a solubilidade de soluto em um solvente é definida pelo limiar de existência da mistura como sistema homogêneo. De fato, entende-se tal grandeza sobre a coexistência de fases. A noção de solubilidade apresentada é desenvolvida através de modelos simples, que incluem resultados na rede bem como a extensão do modelo de van der Waals ao caso de duas componentes. Desta extrai-se uma condição genérica à observação de mínimos na solubilidade incidente sobre a topologia de seu diagrama de fases e de evidente correspondência física. / Concerning the equilibrium and stability in thermodynamics, the solubility of solute in a solvent is defined as the threshold of the mixture existing as a homogeneous system. Indeed, such quantity meets its meaning when understood on the coexistence surface. The idea of solubility presented is developed following the discussion of simple models, including results on the lattice as well as the van der Waals model extended to include two components. From these results we extract a general condition which connects the occurence of a minimum in solubility to the topological structure of the phase diagram.

Sistemas compostos por partículas que interagem por meio de forças de longo alcance, corno sistemnas gravitacionais ou coulombianos, apresentam comportamentos distintos daqueles cujas forças são de curto alcance. No equilíbrio termodinâmico pode haver inequivalência entre ensembles, resultante da falta das propriedades de extensividade e aditividade. Porém, antes mesmo de atingir o equilíbrio, esses sistemas relaxam para estados estacionários cujas distribuições não são necessariamente de Maxwell-Boltzmann, em um processo evolutivo regido pela equação de Vlasov, ou equação de Boltzmann não-colisional. .A relaxação colisional para o equilíbrio ocorre somente após um tempo que diverge com o aumento do tamanho do sistema. Nesse trabalho, estudamos dois modelos.cujas interações são de longo alcance: o modelo Hamiltdnian Mean-Field, ou HMF, e o modelo HMF generalizado, ou gHMF. Nos dois casos, comparamos os resultados da mecânica estatística de equilíbrio no ensemble microcanônico e os estados estacionários de não-equilíbrio. Propo-- mos teorias fundamentadas na dinâmica de Vlasov para descrever os estados estacionários, e corroboramos nossas previsões através da simulação computacional da dinâmica de N corpos. / Systems composed of particles that interact by means of long-range forces, such as gravitational or Coulomb systems, present behaviors that differ from those with shortl range forces. In thermodynamic equilibrium ensembles may be inequivalent due to their lack of extensivity and additivity. However, even before reaching equilibrium, such systems become trapped in out-of-equilibrium stationary states characterized by distributions that are not necessarily Maxwell-Boltzmann, through a process which is governed by the Vlasov, or non-collisional Boltzrnann, equation. The collisional relaxation that leads to equilibrium only occurs•afterwards, after a period of time that diverges as the system size increases. In the present work, we study two models with long-range interactions: the Hamiltonian Mean Field (HMF) and the generalized Hamiltonian Mean-Field (gHMF) models. For both cases, we compare the results of equilibrium st"atistical mechanics in the microcanonical ensemble with the out-of-equilibrium stationary states. We propose theories based on Vlasov clynamics in order to describe these non-equilibrium states, and corroborate our results with numerical simulations of the N-body dynamics.

Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-11-07T19:11:33Z No. of bitstreams: 1 ELISAMA ERALDENE MARQUES LIMA – DISSERTAÇÃO (PPGFísica) 2014.pdf: 760068 bytes, checksum: 6115401533b8caeb632c4666b961caa1 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-11-07T19:11:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ELISAMA ERALDENE MARQUES LIMA – DISSERTAÇÃO (PPGFísica) 2014.pdf: 760068 bytes, checksum: 6115401533b8caeb632c4666b961caa1 (MD5) Previous issue date: 2014-09-26 / CNPq / Neste trabalho, estudamos as propriedades termodinâmicas da condensação de Bose-Einstein (CBE) para um gás de bósons relativísticos no contexto da teoria quântica de campos não-comutativa. Tais teorias foram introduzidas como uma generalização da mecânica quântica em um espaço-tempo não-comutativo. Nosso principal objetivo é investigar em que regimes de temperatura e/ou energia a não-comutatividade pode caracterizar algum comportamento distinto nas propriedades de um condensado de Bose-Einsteindes-crito por um gás bosônico relativístico. Usamos uma teoria baseada no conceito de campos não-comutativos, são introduzidos os parâmetros θ e σ que atuam como reguladores para a teoria, ambos desempenham um papel fundamental na modificação das relações de dispersão do campo bosônico não-comutativo em estudo, o que leva a possíveis consequências fenomenológicas. Expressões analíticas para a fração de partículas no condensado, energia interna, pressão e calor específico do sistema são obtidas através de aproximações baseadas em expansões nos parâmetros não-comutativos, cujos resultados são comparados com os obtidos através de cálculos numéricos. Os efeitos da não comutatividade nas propriedades do sistema são discutidos, então é encontrado que as modificações introduzidas nessa teorias e tornam mais relevantes no regime de altas temperaturas. / In this work, we study the thermo dynamic properties of the Bose-Einstein condensation (BEC) for a relativistic Bose gas in the context of the non commutative quantum field theory. Such theories was introduced as a generalization of quantum mechanics on a non commutative space time. Our main goal is to investigate in which temperature and/or energy regimes the non commutativity can characterize some influence in the properties of Bose-Einstein condensation described by a relativistic bosonic gas. We use a non com- mutative bosonic field theory introducing the non commutative parameters θ and σ. Both parameters play a key role in the modified dispersion relations of the non commutative bosonic field, leading to possibles triking consequences for phenomenology. Analytical expressions for the condensate fraction, internal energy, pressure and specifiche at of the system are obtained by expanding in a power series of the non commutative parameters. These results are compared with that one get by numerical methods. The non commuta- tive effects in the thermo dynamic properties of the system are discussed, then is found that the non commutativity exhibit caracteristics important at high temperature.