Este trabalho visou ao desenvolvimento de antenas de ressoador dielétrico de banda dupla em frequências de micro-ondas por meio do estabelecimento de uma metodologia de projeto para as mesmas e da proposição de configurações inéditas de antenas desse tipo. Estudos realizados sobre antenas de ressoador dielétrico e sobre suas técnicas de projeto forneceram a base para a elaboração de um procedimento de projeto para antenas de banda dupla que explora a flexibilidade das antenas de ressoador dielétrico. Empregando-se esse procedimento de projeto, duas antenas com configurações originais foram desenvolvidas para operar em frequências de micro-ondas. Uma delas é uma antena de ressoador dielétrico cilíndrica sobre plano de terra, destinada a operar nas frequências centrais de 3,94 GHz e de 5,42 GHz, com diagrama de radiação direcional e polarização circular na primeira banda de operação e com diagrama de radiação omnidirecional e polarização linear na segunda. A outra antena consiste em uma antena de ressoador dielétrico cilíndrica sobre substrato dielétrico aterrado, cujas frequências centrais de operação são 3,99 GHz e 6,20 GHz, com diagrama de radiação direcional e polarização circular em ambas as bandas de operação. O projeto das duas antenas também levou a contribuições novas adicionais em alguns temas específicos relacionados: estruturas de excitação para antenas de ressoador dielétrico, circuitos acopladores híbridos de 90° de banda dupla, circuitos de alimentação para antenas de banda dupla e modelos matemáticos para o ressoador dielétrico cilíndrico isolado no espaço livre. Os comportamentos previstos teoricamente para as antenas projetadas são confirmados por meio de resultados obtidos por simulação eletromagnética e por medição experimental, o que indica a validade das hipóteses adotadas, das configurações de antena propostas e da metodologia de projeto concebida, demonstrando também a flexibilidade desta para variadas especificações de antena. Os avanços obtidos com este trabalho e as melhorias que podem ser efetuadas sobre o mesmo são identificados examinando-se resultados recentemente publicados na literatura técnica. Este trabalho foi realizado na forma de uma pesquisa de doutorado sanduíche, desenvolvida parcialmente na University of Houston sob a supervisão do Prof. Stuart A. Long. / This work aimed at the development of microwave dual-band dielectric resonator antennas by means of establishing a design methodology for them and of proposing novel configurations of this antenna type. Studies on dielectric resonator antennas and on their design techniques provided the ground for elaborating a design procedure for dual-band antennas that exploits the flexibility of dielectric resonator antennas. By employing this design procedure, two antennas with original configurations have been developed for operation at microwave frequencies. One of them is a cylindrical dielectric resonator antenna on a ground plane, intended for operation at the center frequencies of 3.94 GHz and 5.42 GHz, with a directional radiation pattern and circular polarization in the first operating band and with an omnidirectional radiation pattern and linear polarization in the second one. The other antenna consists of a cylindrical dielectric resonator antenna on a grounded dielectric substrate, whose operating center frequencies are 3.99 GHz and 6.20 GHz, with a directional radiation pattern and circular polarization in both operating bands. The design of the two antennas also led to additional new contributions in some related specific subjects: excitation structures for dielectric resonator antennas, dual-band 90°-hybrid couplers, feeding circuits for dual-band antennas, and mathematical models for the cylindrical dielectric resonator isolated in free space. The behaviors theoretically expected for the designed antennas are confirmed by means of results obtained from electromagnetic simulation and from experimental measurements, which indicates the validity of the assumed hypotheses, of the proposed antenna configurations and of the conceived design methodology, also demonstrating the flexibility of the latter for various antenna specifications. The advances obtained with this work and the improvements that can be made on it are identified by examining results recently published in the technical literature. This work was carried out as a sandwich doctoral research, developed at the University of Houston under the supervision of Prof. Stuart A. Long.

Continuous-flow microwave heating is an alternative processing technology that can bring advantages to the pasteurization of food products, particularly, fruit-based beverages. This work aimed to study the continuous-flow microwave thermal processing of cloudy apple juice. Dielectric and electric properties of cloudy apple juices, obtained from different varieties and from an industrial plant, were determined from 500 to 3000 MHz and temperatures between 10 °C and 90 °C. At these frequencies, apple variety showed little influence and the permittivity decreased almost linearly with temperature. Inactivation kinetics of pathogen microorganisms (Escherichia coli O157:H7 and Listeria monocytogenes) and enzymes (polyphenol oxidase, peroxidase and pectin methylesterase) were studied and modeled to evaluate non-thermal effects of microwave radiation. For both processing technologies, it was possible to achieve a 5-log10 reduction of E. coli and L. monocytogenes, as recommended by the FDA. Microwave processing in comparison to conventional heating enhanced the microorganism inactivation in 18 out of 28 experiments. Predicted enzyme inactivation curves for pasteurization at 70 °C and 80 °C of the cloudy apple juice showed that pectin methylesterase has the highest thermal resistance and that there was no significant evidence of non-thermal microwave effects. A pilot scale unit used for pasteurizing fruit juices was evaluated and the process was modeled and simulated to determine the average time-temperature history. Mean residence times and dispersion parameters were obtained from internal volume measurements and residence time distribution experiments. Thermal processing experiments using water provided heat transfer coefficients as functions of Reynolds number and also microwave power absorption. Mathematical modeling was used to determine the temperature distribution along the product path and results were validated. Results showed that focused microwave heating provided the necessary temperature increase in a very short time, with a lethality contribution of only 0.7% as compared to 59-68% when using the conventional heat exchanger, which configures over-processing and can decrease product quality. Fresh cloudy apple juice was subjected to continuous flow microwave assisted pasteurization in a pilot scale unit at three processing temperatures (70 °C, 80 °C and 90 °C), two flow rate levels and two heating systems (conventional and focused microwave). Good results were obtained for polyphenol oxidase and peroxidase inactivation, but not for pectin methylesterase, which showed to be the most resistant enzyme. A comparative evaluation on quality changes was performed in cloudy apple juice samples pasteurized in the continuous-flow unit. Profile of volatiles of the microwave pasteurized apple juice was more similar to the nonpasteurized juice, in comparison with the conventionally pasteurized juice. However, total organic acids and total soluble sugar contents were not significantly different between both processing technologies. There was an increase of phenolic contents during processing of cloudy apple juice, possibly due to the extraction of phenolic compounds present in suspension of material. Furthermore, it was observed the same trend of antioxidant capacity by DPPH and ORAC methods. In conclusion, this PhD work presents the potential of the microwave-assisted pasteurization in cloudy apple juice regarding enzymatic, microbiological and quality aspects. / Aquecimento de micro-ondas de fluxo contínuo é uma tecnologia de processamento alternativa que pode proporcionar vantagens para a pasteurização de produtos alimentícios, particularmente, bebidas à base de frutas. Este trabalho teve como objetivo estudar o processamento térmico de micro-ondas de fluxo contínuo em suco de maçã não clarificado. As propriedades dielétricas e elétricas dos sucos de maçã não clarificados, obtidos de diferentes variedades de maçãs e de uma planta industrial, foram determinadas entre 500 e 3000 MHz e temperaturas entre 10 °C e 90 ° C. Nessas frequências, a variedade da maçã apresentou pouca influência e a permissividade elétrica diminuiu quase linearmente com a temperatura. Cinéticas de inativação de microrganismos patogênicos (Escherichia coli O157: H7 e Listeria monocytogenes) e enzimas (polifenol oxidase, peroxidase e pectina metilesterase) foram estudadas e modeladas a fim de avaliar os efeitos não térmicos da radiação de micro-ondas. Para ambas tecnologias de processamento foi possível obter uma redução de 5-log10 de E. coli e L. monocytogenes, como recomendado pelo FDA. O processamento de micro-ondas em comparação com o aquecimento convencional aumentou a inativação dos micro-organismos em 18 dos 28 experimentos. As curvas de inativação enzimática preditas para pasteurização a 70 ° C e 80 ° C do suco de maçã mostraram que a pectina metilesterase possui a maior resistência térmica e que não houve evidência de efeitos não térmicos. Uma unidade de escala piloto usada para pasteurizar sucos de frutas foi avaliada e o processo foi modelado e simulado para determinar o histórico de tempo-temperatura. Os tempos médios de residência e os parâmetros de dispersão foram obtidos a partir de experimentos de distribuição do tempo de residência e volumes. Experimentos do processamento térmico utilizando água, como produto alimentício, forneceram coeficientes de transferência de calor em função do número de Reynolds e absorção de energia de micro-ondas. A modelagem matemática foi utilizada para determinar a distribuição de temperatura do percurso do produto, e posteriormente, foram validados. Os resultados mostraram que o aquecimento por microondas focalizadas proporcionou o aumento necessário da temperatura em um tempo curto, com uma contribuição de letalidade de apenas 0,7% em comparação a 59-68%, quando usado somente o trocador de calor convencional, o que configura sobre processamento, podendo diminuir a qualidade do produto. O suco de maçã fresco não clarificado foi submetido à pasteurização por micro-ondas em fluxo contínuo em uma unidade de escala piloto em três temperaturas de processamento (70 ° C, 80 ° C e 90 ° C), dois níveis de vazão e dois sistemas de aquecimento (convencional e micro-ondas). Resultados positivos foram obtidos para polifenol oxidase e peroxidase, mas não para a pectina metilesterase demonstrando ser a enzima mais resistente. Uma avaliação comparativa das mudanças de qualidade foi realizada em amostras de suco de maçã pasteurizado na unidade de fluxo contínuo. O perfil de voláteis do suco de maçã pasteurizado por microondas foi mais semelhante ao suco não pasteurizado em comparação ao suco pasteurizado convencionalmente. Entretanto, ácidos orgânicos totais e açúcares solúveis totais não foram significativamente diferentes no processamento por estas duas tecnologias. Houve um aumento de compostos fenólicos durante o processamento do suco de maçã não clarificado, possivelmente devido a extração de compostos fenólicos presentes no material em suspensão. Além disso, foi observado a mesma tendência na atividade antioxidante determinada pelos métodos de DPPH e ORAC. Em conclusão, este trabalho de doutorado apresenta o potencial da pasteurização por micro-ondas em suco de maçã não clarificado quanto aos aspectos enzimáticos, microbiológicos e de qualidade.

Este trabalho visou ao desenvolvimento de antenas de ressoador dielétrico de banda dupla em frequências de micro-ondas por meio do estabelecimento de uma metodologia de projeto para as mesmas e da proposição de configurações inéditas de antenas desse tipo. Estudos realizados sobre antenas de ressoador dielétrico e sobre suas técnicas de projeto forneceram a base para a elaboração de um procedimento de projeto para antenas de banda dupla que explora a flexibilidade das antenas de ressoador dielétrico. Empregando-se esse procedimento de projeto, duas antenas com configurações originais foram desenvolvidas para operar em frequências de micro-ondas. Uma delas é uma antena de ressoador dielétrico cilíndrica sobre plano de terra, destinada a operar nas frequências centrais de 3,94 GHz e de 5,42 GHz, com diagrama de radiação direcional e polarização circular na primeira banda de operação e com diagrama de radiação omnidirecional e polarização linear na segunda. A outra antena consiste em uma antena de ressoador dielétrico cilíndrica sobre substrato dielétrico aterrado, cujas frequências centrais de operação são 3,99 GHz e 6,20 GHz, com diagrama de radiação direcional e polarização circular em ambas as bandas de operação. O projeto das duas antenas também levou a contribuições novas adicionais em alguns temas específicos relacionados: estruturas de excitação para antenas de ressoador dielétrico, circuitos acopladores híbridos de 90° de banda dupla, circuitos de alimentação para antenas de banda dupla e modelos matemáticos para o ressoador dielétrico cilíndrico isolado no espaço livre. Os comportamentos previstos teoricamente para as antenas projetadas são confirmados por meio de resultados obtidos por simulação eletromagnética e por medição experimental, o que indica a validade das hipóteses adotadas, das configurações de antena propostas e da metodologia de projeto concebida, demonstrando também a flexibilidade desta para variadas especificações de antena. Os avanços obtidos com este trabalho e as melhorias que podem ser efetuadas sobre o mesmo são identificados examinando-se resultados recentemente publicados na literatura técnica. Este trabalho foi realizado na forma de uma pesquisa de doutorado sanduíche, desenvolvida parcialmente na University of Houston sob a supervisão do Prof. Stuart A. Long. / This work aimed at the development of microwave dual-band dielectric resonator antennas by means of establishing a design methodology for them and of proposing novel configurations of this antenna type. Studies on dielectric resonator antennas and on their design techniques provided the ground for elaborating a design procedure for dual-band antennas that exploits the flexibility of dielectric resonator antennas. By employing this design procedure, two antennas with original configurations have been developed for operation at microwave frequencies. One of them is a cylindrical dielectric resonator antenna on a ground plane, intended for operation at the center frequencies of 3.94 GHz and 5.42 GHz, with a directional radiation pattern and circular polarization in the first operating band and with an omnidirectional radiation pattern and linear polarization in the second one. The other antenna consists of a cylindrical dielectric resonator antenna on a grounded dielectric substrate, whose operating center frequencies are 3.99 GHz and 6.20 GHz, with a directional radiation pattern and circular polarization in both operating bands. The design of the two antennas also led to additional new contributions in some related specific subjects: excitation structures for dielectric resonator antennas, dual-band 90°-hybrid couplers, feeding circuits for dual-band antennas, and mathematical models for the cylindrical dielectric resonator isolated in free space. The behaviors theoretically expected for the designed antennas are confirmed by means of results obtained from electromagnetic simulation and from experimental measurements, which indicates the validity of the assumed hypotheses, of the proposed antenna configurations and of the conceived design methodology, also demonstrating the flexibility of the latter for various antenna specifications. The advances obtained with this work and the improvements that can be made on it are identified by examining results recently published in the technical literature. This work was carried out as a sandwich doctoral research, developed at the University of Houston under the supervision of Prof. Stuart A. Long.

Neste trabalho, foram determinadas as propriedades dielétricas e a condutividade elétrica de quatro tipos leite (leite humano e 3 tipos de leite vaca - cru, integral e semi-desnatado) e de três fórmulas infantis (FIs) empregando a técnica de cabo coaxial de ponta aberta. As medições das propriedades dielétricas foram realizadas na faixa de frequência de (500 a 3000) MHz e em temperaturas de (5 a 90) ºC. O comportamento dielétrico de todos os tipos de leite e das FIs foi caracterizado por dois mecanismos principais (condução iônica e rotação dipolar), que se mostraram dependentes da frequência e da temperatura. Também foi estudada a inativação da enzima fosfatase alcalina (ALP), presente em leite de vaca e humano, utilizando um reator de micro-ondas focalizadas em processo térmico descontínuo. Durante o processamento, por meio de um sensor de fibra óptica, em contato direto com o leite, foram obtidos os históricos de temperatura dos quais os parâmetros cinéticos D e z foram calculados no intervalo de temperatura de (50 a 80) ºC e tempos de (15, 30, 45, 60, 180 e 300) s. A inativação térmica da ALP obedeceu a cinética de primeira ordem e os parâmetros cinéticos determinados foram: z = 4,4 ºC e D70ºC = 1,1 s para o leite humano e z = 7,4 ºC e D70ºC = 44,3 s para o leite de vaca tipo B. Os resultados desse estudo mostraram que o tratamento térmico assistido por micro-ondas, na condição ótima de 60 ºC por 30 s, foi eficiente na inativação de micro-organismos patogênicos (Staphylococcus aureus e Salmonella) e na preservação do perfil de ácidos graxos em leite humano. Além disso, o tratamento térmico assistido por microondas resultou em menores perdas de proteínas, como as imunoglobulinas e lactoferrina, quando comparado ao processamento térmico convencional (Holder), utilizado nos Bancos de Leite Humano (BLH), demonstrando que pode ser considerado uma tecnologia alternativa para o processamento de alimentos líquidos. / In this work, the dielectric properties and electrical conductivity of four types of milk (human milk and 3 types of cow milk - raw, whole and low-fat) and three infant formulae (IFs) were measured using the open-ended coaxial method. The measurements of the dielectric properties were performed at frequency range from (500 to 3000) MHz and temperatures from (5 to 90) ºC. The dielectric behavior of all types of milk and IFs was characterized by two main mechanisms (ion conduction and dipole rotation), which showed dependency in relation to frequency and temperature. The inactivation of alkaline phosphatase (ALP), present in cow and human milk, was also studied using a microwave reactor focused on a batch process. During the processing, by means of a fiber optic sensor, the temperature histories were obtained from which the kinetic parameters D and z were calculated at temperature range from (50 to 80) °C and times from (15, 30, 45, 60, 180 and 300) s. The thermal inactivation of the ALP followed the first-order kinetics and the kinetic parameters determined were: z = 4.4 °C and D70°C = 1.1 s for human milk and z = 7.4 °C and D70 °C = 44.3 s for the type B cow\'s milk. The results of this study showed that microwave-assisted heating, under optimum condition (60 ºC for 30 s), was efficient for inactivation pathogenic microorganisms (Staphylococcus aureus and Salmonella) and preservation of fatty acids profile in human milk. In addition, microwave-assisted heating resulted in lower losses of important proteins, such as immunoglobulins and lactoferrin, compared to conventional thermal processing (Holder), used in Human Milk Banks (BLH), demonstrating that it can be considered an alternative technology for the processing of liquid foods.

Etanol é um dos principais combustíveis na matriz energética brasileira. Embora tenha uma fiscalização rigorosa, é comum sua adulteração com água. Este trabalho propõe o desenvolvimento de sensores planares de micro-ondas para a qualificação de etanol combustível. São apresentados dois conjuntos de sensores, sendo um voltado para a análise da fase vapor e outro para a fase líquida do etanol combustível. Foram projetados dois sensores para a fase vapor, sendo um deles uma antena de microfita e o outro uma antena de fenda em cavidade de guia de ondas integrada ao substrato, ambos recobertos com nanotubos de carbono e operando em 5,8 GHz. As antenas foram utilizadas como ressoadores e não como elementos radiantes. Os dois sensores para a fase líquida foram projetados em tecnologia de guia de ondas integrado ao substrato, sendo um deles a antena de fenda em cavidade, sem cobertura de nanotubos de carbono, e o outro um guia de ondas operando na faixa de 3,95 a 6 GHz contendo uma seção no substrato. Foram implementadas as técnicas de perturbação da cavidade ressonante e de transmissão/reflexão para a extração dos valores de permissividade elétrica complexa dos materiais sob teste, a partir da resposta em frequência dos sensores propostos. Foram caracterizadas amostras de álcool etílico absoluto 99,5%, água deionizada e misturas desses materiais em diferentes frações. Todos os sensores propostos demonstraram capacidade de discriminação de frações volumétricas de etanol em água de 2% (v/v) na faixa especificada pela legislação. Os nanotubos de carbono viabilizaram o desenvolvimento dos sensores de fase vapor, sendo que o sensor empregando a antena com fenda apresentou sensibilidade 5,1 vezes maior comparado ao sensor com antena de microfita. O sensor de fase líquida usando a antena com fenda apresentou a maior sensibilidade entre os sensores ressonantes -- 30,9 vezes maior do que o obtido com a antena de microfita com nanotubos de carbono. O sensor com guia de ondas integrado ao substrato apresentou incerteza máxima de 3,4% para medidas de etanol em água nas frações permitidas pela legislação. Dessa forma, este trabalho contribui de forma original no desenvolvimento de sensores para caracterização eletromagnética de materiais e para qualificação de etanol combustível. / Ethanol is one of the main fuels in the Brazilian energy matrix. Despite going through rigorous inspection, it is usually altered with water. This work proposes different planar microwave sensors for qualifying ethanol fuel. Two sets of sensors are presented: one for analyzing the vapor phase of ethanol and the other for the liquid phase of ethanol. Two sensors were designed for the vapor phase: a microstrip antenna and a cavity-backed slot antenna based on the substrate integrated waveguide technology, both coated with carbon nanotubes and operating at 5.8 GHz. The antennas were used as resonators and not as radiation elements. The sensors for the liquid phase were also designed based on the substrate integrated waveguide technology. The first sensor is a cavity-backed slot antenna, without carbon nanotubes, and the second sensor is a waveguide containing a section in the substrate, which operates at frequencies from 3.95 to 6 GHz. The cavity perturbation technique and the transmission/reflection method were implemented to extract the complex permittivity values from the materials under test, from the frequency response of the sensors. Samples of ethanol 99,5% pure, deionized water, and mixture with different proportions of these two materials were characterized. All the proposed sensors demonstrated capacity to differentiate 2% (v/v) of volumetric fraction of ethanol in water within the range specified by the legislation. Carbon nanotubes allowed the development of the vapor phase sensors. The vapor phase sensor using the cavitybacked slot antenna presented 5.1 times higher sensitivity compared to the sensor employing the microstrip antenna. The liquid phase sensor using the cavity-backed slot antenna presented the highest sensitivity among the resonant sensors -- 30.9 times higher than the microstrip antenna with carbon nanotubes. The sensor with substrate integrated waveguide presented uncertainty 3.4% for fractions of ethanol in water allowed by the legislation. Thus, this work provides an original contribution to the development of electromagnetic sensors for the characterization of materials and for qualifying ethanol fuel.

Neste trabalho, foram determinadas as propriedades dielétricas e a condutividade elétrica de quatro tipos leite (leite humano e 3 tipos de leite vaca - cru, integral e semi-desnatado) e de três fórmulas infantis (FIs) empregando a técnica de cabo coaxial de ponta aberta. As medições das propriedades dielétricas foram realizadas na faixa de frequência de (500 a 3000) MHz e em temperaturas de (5 a 90) ºC. O comportamento dielétrico de todos os tipos de leite e das FIs foi caracterizado por dois mecanismos principais (condução iônica e rotação dipolar), que se mostraram dependentes da frequência e da temperatura. Também foi estudada a inativação da enzima fosfatase alcalina (ALP), presente em leite de vaca e humano, utilizando um reator de micro-ondas focalizadas em processo térmico descontínuo. Durante o processamento, por meio de um sensor de fibra óptica, em contato direto com o leite, foram obtidos os históricos de temperatura dos quais os parâmetros cinéticos D e z foram calculados no intervalo de temperatura de (50 a 80) ºC e tempos de (15, 30, 45, 60, 180 e 300) s. A inativação térmica da ALP obedeceu a cinética de primeira ordem e os parâmetros cinéticos determinados foram: z = 4,4 ºC e D70ºC = 1,1 s para o leite humano e z = 7,4 ºC e D70ºC = 44,3 s para o leite de vaca tipo B. Os resultados desse estudo mostraram que o tratamento térmico assistido por micro-ondas, na condição ótima de 60 ºC por 30 s, foi eficiente na inativação de micro-organismos patogênicos (Staphylococcus aureus e Salmonella) e na preservação do perfil de ácidos graxos em leite humano. Além disso, o tratamento térmico assistido por microondas resultou em menores perdas de proteínas, como as imunoglobulinas e lactoferrina, quando comparado ao processamento térmico convencional (Holder), utilizado nos Bancos de Leite Humano (BLH), demonstrando que pode ser considerado uma tecnologia alternativa para o processamento de alimentos líquidos. / In this work, the dielectric properties and electrical conductivity of four types of milk (human milk and 3 types of cow milk - raw, whole and low-fat) and three infant formulae (IFs) were measured using the open-ended coaxial method. The measurements of the dielectric properties were performed at frequency range from (500 to 3000) MHz and temperatures from (5 to 90) ºC. The dielectric behavior of all types of milk and IFs was characterized by two main mechanisms (ion conduction and dipole rotation), which showed dependency in relation to frequency and temperature. The inactivation of alkaline phosphatase (ALP), present in cow and human milk, was also studied using a microwave reactor focused on a batch process. During the processing, by means of a fiber optic sensor, the temperature histories were obtained from which the kinetic parameters D and z were calculated at temperature range from (50 to 80) °C and times from (15, 30, 45, 60, 180 and 300) s. The thermal inactivation of the ALP followed the first-order kinetics and the kinetic parameters determined were: z = 4.4 °C and D70°C = 1.1 s for human milk and z = 7.4 °C and D70 °C = 44.3 s for the type B cow\'s milk. The results of this study showed that microwave-assisted heating, under optimum condition (60 ºC for 30 s), was efficient for inactivation pathogenic microorganisms (Staphylococcus aureus and Salmonella) and preservation of fatty acids profile in human milk. In addition, microwave-assisted heating resulted in lower losses of important proteins, such as immunoglobulins and lactoferrin, compared to conventional thermal processing (Holder), used in Human Milk Banks (BLH), demonstrating that it can be considered an alternative technology for the processing of liquid foods.

Continuous-flow microwave heating is an alternative processing technology that can bring advantages to the pasteurization of food products, particularly, fruit-based beverages. This work aimed to study the continuous-flow microwave thermal processing of cloudy apple juice. Dielectric and electric properties of cloudy apple juices, obtained from different varieties and from an industrial plant, were determined from 500 to 3000 MHz and temperatures between 10 °C and 90 °C. At these frequencies, apple variety showed little influence and the permittivity decreased almost linearly with temperature. Inactivation kinetics of pathogen microorganisms (Escherichia coli O157:H7 and Listeria monocytogenes) and enzymes (polyphenol oxidase, peroxidase and pectin methylesterase) were studied and modeled to evaluate non-thermal effects of microwave radiation. For both processing technologies, it was possible to achieve a 5-log10 reduction of E. coli and L. monocytogenes, as recommended by the FDA. Microwave processing in comparison to conventional heating enhanced the microorganism inactivation in 18 out of 28 experiments. Predicted enzyme inactivation curves for pasteurization at 70 °C and 80 °C of the cloudy apple juice showed that pectin methylesterase has the highest thermal resistance and that there was no significant evidence of non-thermal microwave effects. A pilot scale unit used for pasteurizing fruit juices was evaluated and the process was modeled and simulated to determine the average time-temperature history. Mean residence times and dispersion parameters were obtained from internal volume measurements and residence time distribution experiments. Thermal processing experiments using water provided heat transfer coefficients as functions of Reynolds number and also microwave power absorption. Mathematical modeling was used to determine the temperature distribution along the product path and results were validated. Results showed that focused microwave heating provided the necessary temperature increase in a very short time, with a lethality contribution of only 0.7% as compared to 59-68% when using the conventional heat exchanger, which configures over-processing and can decrease product quality. Fresh cloudy apple juice was subjected to continuous flow microwave assisted pasteurization in a pilot scale unit at three processing temperatures (70 °C, 80 °C and 90 °C), two flow rate levels and two heating systems (conventional and focused microwave). Good results were obtained for polyphenol oxidase and peroxidase inactivation, but not for pectin methylesterase, which showed to be the most resistant enzyme. A comparative evaluation on quality changes was performed in cloudy apple juice samples pasteurized in the continuous-flow unit. Profile of volatiles of the microwave pasteurized apple juice was more similar to the nonpasteurized juice, in comparison with the conventionally pasteurized juice. However, total organic acids and total soluble sugar contents were not significantly different between both processing technologies. There was an increase of phenolic contents during processing of cloudy apple juice, possibly due to the extraction of phenolic compounds present in suspension of material. Furthermore, it was observed the same trend of antioxidant capacity by DPPH and ORAC methods. In conclusion, this PhD work presents the potential of the microwave-assisted pasteurization in cloudy apple juice regarding enzymatic, microbiological and quality aspects. / Aquecimento de micro-ondas de fluxo contínuo é uma tecnologia de processamento alternativa que pode proporcionar vantagens para a pasteurização de produtos alimentícios, particularmente, bebidas à base de frutas. Este trabalho teve como objetivo estudar o processamento térmico de micro-ondas de fluxo contínuo em suco de maçã não clarificado. As propriedades dielétricas e elétricas dos sucos de maçã não clarificados, obtidos de diferentes variedades de maçãs e de uma planta industrial, foram determinadas entre 500 e 3000 MHz e temperaturas entre 10 °C e 90 ° C. Nessas frequências, a variedade da maçã apresentou pouca influência e a permissividade elétrica diminuiu quase linearmente com a temperatura. Cinéticas de inativação de microrganismos patogênicos (Escherichia coli O157: H7 e Listeria monocytogenes) e enzimas (polifenol oxidase, peroxidase e pectina metilesterase) foram estudadas e modeladas a fim de avaliar os efeitos não térmicos da radiação de micro-ondas. Para ambas tecnologias de processamento foi possível obter uma redução de 5-log10 de E. coli e L. monocytogenes, como recomendado pelo FDA. O processamento de micro-ondas em comparação com o aquecimento convencional aumentou a inativação dos micro-organismos em 18 dos 28 experimentos. As curvas de inativação enzimática preditas para pasteurização a 70 ° C e 80 ° C do suco de maçã mostraram que a pectina metilesterase possui a maior resistência térmica e que não houve evidência de efeitos não térmicos. Uma unidade de escala piloto usada para pasteurizar sucos de frutas foi avaliada e o processo foi modelado e simulado para determinar o histórico de tempo-temperatura. Os tempos médios de residência e os parâmetros de dispersão foram obtidos a partir de experimentos de distribuição do tempo de residência e volumes. Experimentos do processamento térmico utilizando água, como produto alimentício, forneceram coeficientes de transferência de calor em função do número de Reynolds e absorção de energia de micro-ondas. A modelagem matemática foi utilizada para determinar a distribuição de temperatura do percurso do produto, e posteriormente, foram validados. Os resultados mostraram que o aquecimento por microondas focalizadas proporcionou o aumento necessário da temperatura em um tempo curto, com uma contribuição de letalidade de apenas 0,7% em comparação a 59-68%, quando usado somente o trocador de calor convencional, o que configura sobre processamento, podendo diminuir a qualidade do produto. O suco de maçã fresco não clarificado foi submetido à pasteurização por micro-ondas em fluxo contínuo em uma unidade de escala piloto em três temperaturas de processamento (70 ° C, 80 ° C e 90 ° C), dois níveis de vazão e dois sistemas de aquecimento (convencional e micro-ondas). Resultados positivos foram obtidos para polifenol oxidase e peroxidase, mas não para a pectina metilesterase demonstrando ser a enzima mais resistente. Uma avaliação comparativa das mudanças de qualidade foi realizada em amostras de suco de maçã pasteurizado na unidade de fluxo contínuo. O perfil de voláteis do suco de maçã pasteurizado por microondas foi mais semelhante ao suco não pasteurizado em comparação ao suco pasteurizado convencionalmente. Entretanto, ácidos orgânicos totais e açúcares solúveis totais não foram significativamente diferentes no processamento por estas duas tecnologias. Houve um aumento de compostos fenólicos durante o processamento do suco de maçã não clarificado, possivelmente devido a extração de compostos fenólicos presentes no material em suspensão. Além disso, foi observado a mesma tendência na atividade antioxidante determinada pelos métodos de DPPH e ORAC. Em conclusão, este trabalho de doutorado apresenta o potencial da pasteurização por micro-ondas em suco de maçã não clarificado quanto aos aspectos enzimáticos, microbiológicos e de qualidade.

Orientadora: Profa. Dra. Marcia Tsuyama Escote / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, Santo André, 2017. / Neste trabalho foram estudados os efeitos da substituição do Bi por um elemento terra-rara (R = Pr, Dy) e da adição de polímeros nas propriedades físicas de compostos de BiFeO3 (BFO) sintetizados pelo método hidrotermal assistido por micro-ondas. Inicialmente, amostras de BFO foram preparadas em diferentes condições de síntese (tempo, temperatura e concentração de KOH) e com este estudo escolheu-se os parâmetros de síntese utilizados neste trabalho para síntese de todas as amostras. As sínteses hidrotermais foram realizadas a 200 °C por 120 min com concentração de KOH de 4 M. Os compostos preparados foram avaliados por meio de medidas de difração de raios X (DRX) e de imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV). Na segunda etapa, o efeito da substituição de bismuto (Bi) por praseodímio (Pr) ou disprósio (Dy) foi investigado por meio de medidas das propriedades físicas caracterizadas por medidas de DRX e análise pelo método de refinamento de Rietveld, imagens de MEV, espec-tros de absorção na região UV-Vis, medidas de constante dielétrica em função da frequência e medidas de magnetização em função do campo magnético aplicado (MxH) e da temperatura (MxT). Por meio das análises de DRX das amostras de Bi1-xRxFeO3, foi observado que com a substituição de Bi por R as amostras tendem a cristalizar-se de forma polimórfica, apresentando duas simetrias: uma romboédrica (R3c) e outra monoclínica (Cc), sendo que a proporção da simetria monoclínica tende a aumentar com o aumento de x. Este polimorfismo, em geral, está associado a presença de Fe2+ na estrutura do Bi1-xRxFeO3, que exerce forte influência nas pro-priedades magnéticas destes compostos. As medidas elétricas mostraram uma melhora dos va-lores da constante dielétrica destas amostras quando comparadas a amostras sem substituição e com resultados listados na literatura para compostos BiFeO3 dopados preparados por outras metodologias. Resultados de absorção na região UV-Vis dos compostos Bi1-xRxFeO3 eviden-ciam uma diminuição do gap de energia de 2,1 eV para a amostra com x = 0 a 1,7eV para com x = 0,3 (Pr). Por fim, no estudo do efeito da adição de polímeros ou surfactantes, foram adici-onados os seguintes materiais: polietilenoglicol (PEG), polivinilpirrolidona (PVP), carboxime-tilcelulose de sódio (NaCMC) ou brometo de cetiltrimetilamonio (CTAB) com o objetivo de verificar a influência de diferentes morfologias nas propriedades físicas do BFO. De fato, o surfactante na síntese do BiFeO3 modificou a morfologia destes compostos, sendo que o resul-tado diferencial foi a obtenção do BiFeO3 na forma de nanobastões utilizando o CTAB. Os demais surfactantes apresentaram formatos similares aqueles já descritos na literatura. As me-didas de UV-Vis revelaram que o valor do gap de energia variou de 1,7 a 2,1 eV com a variação da morfologia do BFO, sendo que este resultado já foi observado em compostos de BFO com diferentes morfologias na literatura. As medidas de constante dielétrica em função da frequên-cia apresentaram um comportamento similar àqueles observados para o BFO preparado sem surfactante. As caracterizações magnéticas revelaram modificações nas curvas de MxT e MxH na região de baixa temperatura (<50 K), o que foi atribuído a presença de fases adicionais nestas amostras. / In this work, the effects of chemical substitution and addition of polymers on the physical prop-erties of BiFeO3 (BFO) compounds synthesized by microwave-assisted hydrothermal method were studied. Firstly, samples of BFO were prepared using different synthesis conditions (time, temperature, KOH concentration), with this study we chose the synthesis parameters used in this work to produce all samples. In order to obtain the parameters that allow the production of compounds with the desired crystalline phase. Hydrothermal syntheses were performed at 200°C during 120 min with KOH concentration of 4M. The compounds were evaluated by X-ray diffraction (XRD) measurements and images of Scanning Electronic Microscopy (SEM). In the second step, the effect of bismuth (Bi) substitution by praseodymium (Pr) or dysprosium (Dy) was investigated by measurements of the physical properties characterized by XRD meas-urements, and analysis by the Rietveld method of refinement, SEM images, absorption spectra in the UV-Vis region, dielectric constant measurements as a function of frequency, and mag-netization measurements as a function of the applied magnetic field (MxH) and temperature (MxT). By means of the XRD analysis of Bi1-xRxFeO3 samples, it was observed that with Bi for R substitution these samples are likely to crystallize in a polymorphic way, which present a rhomboedric (R3c) and a monoclinic (Cc) symmetry. The proportion of monoclinic symmetry tends to increase with the increasing of x. In general, such polymorphism is related to the Fe2+ content in the Bi1-xRxFeO3 structure, which provides a strong influence in the magnetic proper-ties of these compounds. Electrical measurements of the samples show dielectric constants val-ues similar to values observed for undopped and dopped-BiFeO3 prepared by other methodologies. UV-vis absorption results of Bi1-xRxFeO3 compounds revealed a decrease of energy gap from 2.1 eV for sample with x =0 to 1.7 eV for x = 0.3 (Pr). Finally, study of the effect of polymers or surfactants addition, the following materials were added: polyethylene glycol (PEG), polyvinylpyrrolidone (PVP), sodium carboxymethylcellulose (NaCMC) or cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) to verify the influence of different morphologies on the physical properties of BFO. In fact, the morphology of BFO was modified through the sur-factant addition, the most remarkable results is the nanostick shape observed for BFO samples prepared with CTAB. Samples prepared using the other surfactants revealed different mor-phology than those reported in literature. UV-vis measurements revealed energy gap varying from 1.7 to 2.1 eV for BFO samples with different morphologies. Dielectric constant measure-ments as function of frequency presents similar behavior than those observed for BFO without surfactant. Magnetic characterizations revealed changes in low temperature region (<50 K), which is attributed to the presence of additional phases in these samples.

Neste trabalho, foram desenvolvidas antenas têxteis de micro-ondas para aplicação em sistemas vestíveis, operando nas bandas ISM de 2,45 GHz e 5,8 GHz. Foram compiladas informações sobre o estado da arte em antenas têxteis, sendo realizado um estudo sobre antenas planares de micro-ondas e técnicas de alimentação das mesmas. Foi feita uma prospecção dos processos de fabricação de antenas têxteis de micro-ondas, definindo-se o processo e materiais têxteis usados na construção das antenas desenvolvidas. Procedeu-se à caracterização do tecido usado como substrato das antenas determinando-se suas características eletromagnéticas, utilizadas no projeto das antenas. Foram desenvolvidas antenas de microfita com plaqueta retangular e alimentação por sonda coaxial, para banda ISM de 2,45 GHz. Investigou-se o efeito da espessura do substrato da antena, tendo-se obtido experimentalmente larguras de banda de 4,8% e 6,0% para substratos com 0,7 mm e 1,4 mm de espessura, respectivamente. Foi proposta uma antena de microfita alimentada via acoplamento por proximidade que integra um transformador de um quarto de comprimento de onda ao circuito de alimentação, resultando em alargamento de banda da antena. Essa configuração foi utilizada no projeto de quatro antenas, que demonstraram experimentalmente larguras de banda de 11,2%, 13,4%, 17,0% e 24,0%. Uma configuração de antena têxtil empregando cavidade de um quarto de modo foi proposta para operação em banda dupla, sendo a tecnologia de guia de ondas integrado ao substrato - SIW, empregada em sua fabricação. Foi desenvolvido um procedimento de projeto para essa antena, o qual foi aplicado ao projeto de uma antena de banda dupla para as faixas ISM e 2,45 GHz e 5,8 GHz. Os resultados experimentais demostraram operação em banda dupla, com largura da banda inferior de 9,3%, e largura da banda superior de 9,2%. A antena de cavidade de quarto de modo apresentou as vantagens de maior ganho e menores dimensões relativamente às antenas têxteis de microfita desenvolvidas. De forma geral, os resultados experimentais dos protótipos construídos apresentaram boa concordância com os resultados fornecidos por simulação, demonstrando que as configurações de antenas propostas atenderam a seus objetivos, e a efetividade dos procedimentos de projeto adotado. / In this work, textile microwave antennas for use in wearable systems operating at 2.45 GHz and 5.8 GHz ISM bands were developed. Information on the state of art in textile antennas were compiled, and a study on microwave planar antennas and feeding techniques was performed. Processes for manufacturing textile microwave antennas were presented, and the fabrication process and textile materials used in this work were defined. The electromagnetic characteristics of the fabric used as antenna substrate were experimentally obtained, and used in the antenna design. Microstrip antennas using rectangular patch and coaxial probe feed were designed to operate at the 2.45 GHz ISM band. The effect of the antenna substrate thickness on the antenna characteristics was investigated, and experimental bandwidths of 4,8% and 6% were demonstrated for antennas with 0.7 mm and 1.4 mm thick substrates, respectively. A microstrip antenna fed by proximity coupling, including a quarter wavelength transformer at the feeding circuit, was proposed, resulting in the widening of the antenna bandwidth. This configuration was used to design four antennas, which experimentally demonstrated bandwidths of 11.2%, 13.4%, 17.0% and 24.0%. A textile antenna configuration employing a fourth mode cavity was proposed for dual band operation. Substrate integrated waveguide technology - SIW, was used for the antenna manufacturing. A design procedure was developed for this antenna, which has been applied to the design of a dual band antenna for the 2.45 GHz and 5.8 GHz ISM bands. The experimental results of this antenna demonstrated dual band operation, with 9.3% bandwidth at the lower band and 9.2% bandwidth at the higher band. The quarter mode cavity antenna presented the advantages of increased gain and smaller area than the designed textile microstrip antennas. In general, the experimental results of the fabricated prototypes exhibited good agreement with the results provided by simulation, demonstrating that the textile antenna configurations proposed met their expected performance and validating the design procedures adopted.

Neste trabalho, foram desenvolvidas antenas têxteis de micro-ondas para aplicação em sistemas vestíveis, operando nas bandas ISM de 2,45 GHz e 5,8 GHz. Foram compiladas informações sobre o estado da arte em antenas têxteis, sendo realizado um estudo sobre antenas planares de micro-ondas e técnicas de alimentação das mesmas. Foi feita uma prospecção dos processos de fabricação de antenas têxteis de micro-ondas, definindo-se o processo e materiais têxteis usados na construção das antenas desenvolvidas. Procedeu-se à caracterização do tecido usado como substrato das antenas determinando-se suas características eletromagnéticas, utilizadas no projeto das antenas. Foram desenvolvidas antenas de microfita com plaqueta retangular e alimentação por sonda coaxial, para banda ISM de 2,45 GHz. Investigou-se o efeito da espessura do substrato da antena, tendo-se obtido experimentalmente larguras de banda de 4,8% e 6,0% para substratos com 0,7 mm e 1,4 mm de espessura, respectivamente. Foi proposta uma antena de microfita alimentada via acoplamento por proximidade que integra um transformador de um quarto de comprimento de onda ao circuito de alimentação, resultando em alargamento de banda da antena. Essa configuração foi utilizada no projeto de quatro antenas, que demonstraram experimentalmente larguras de banda de 11,2%, 13,4%, 17,0% e 24,0%. Uma configuração de antena têxtil empregando cavidade de um quarto de modo foi proposta para operação em banda dupla, sendo a tecnologia de guia de ondas integrado ao substrato - SIW, empregada em sua fabricação. Foi desenvolvido um procedimento de projeto para essa antena, o qual foi aplicado ao projeto de uma antena de banda dupla para as faixas ISM e 2,45 GHz e 5,8 GHz. Os resultados experimentais demostraram operação em banda dupla, com largura da banda inferior de 9,3%, e largura da banda superior de 9,2%. A antena de cavidade de quarto de modo apresentou as vantagens de maior ganho e menores dimensões relativamente às antenas têxteis de microfita desenvolvidas. De forma geral, os resultados experimentais dos protótipos construídos apresentaram boa concordância com os resultados fornecidos por simulação, demonstrando que as configurações de antenas propostas atenderam a seus objetivos, e a efetividade dos procedimentos de projeto adotado. / In this work, textile microwave antennas for use in wearable systems operating at 2.45 GHz and 5.8 GHz ISM bands were developed. Information on the state of art in textile antennas were compiled, and a study on microwave planar antennas and feeding techniques was performed. Processes for manufacturing textile microwave antennas were presented, and the fabrication process and textile materials used in this work were defined. The electromagnetic characteristics of the fabric used as antenna substrate were experimentally obtained, and used in the antenna design. Microstrip antennas using rectangular patch and coaxial probe feed were designed to operate at the 2.45 GHz ISM band. The effect of the antenna substrate thickness on the antenna characteristics was investigated, and experimental bandwidths of 4,8% and 6% were demonstrated for antennas with 0.7 mm and 1.4 mm thick substrates, respectively. A microstrip antenna fed by proximity coupling, including a quarter wavelength transformer at the feeding circuit, was proposed, resulting in the widening of the antenna bandwidth. This configuration was used to design four antennas, which experimentally demonstrated bandwidths of 11.2%, 13.4%, 17.0% and 24.0%. A textile antenna configuration employing a fourth mode cavity was proposed for dual band operation. Substrate integrated waveguide technology - SIW, was used for the antenna manufacturing. A design procedure was developed for this antenna, which has been applied to the design of a dual band antenna for the 2.45 GHz and 5.8 GHz ISM bands. The experimental results of this antenna demonstrated dual band operation, with 9.3% bandwidth at the lower band and 9.2% bandwidth at the higher band. The quarter mode cavity antenna presented the advantages of increased gain and smaller area than the designed textile microstrip antennas. In general, the experimental results of the fabricated prototypes exhibited good agreement with the results provided by simulation, demonstrating that the textile antenna configurations proposed met their expected performance and validating the design procedures adopted.