Neste trabalho investigamos as propriedades térmicas (difusividade, condutividade, variação do caminho óptico com a temperatura, etc) e processos de perdas devido a interações entre íons em materiais lasers vítreos e cristalinos. Desde que a eficiência quântica de fluorescência, , está diretamente relacionada com esses mecanismos que levam a supressão da luminescência, os estudos foram realizados principalmente observando os efeitos desses agentes sobre . Espectros de lente térmica (LT) foram usados para determinar , eficiência de transferência de energia matriz-íon, e para analisar efeitos de sítios de defeitos sobre . Um novo método usando a técnica de LT foi proposto para determinar e o coeficiente de temperatura do caminho óptico. Com esta nova abordagem analisamos em materiais vítreos os mecanismos de supressão da luminescência em função da concentração de íons de Nd. Também a usamos para estudar efeitos de radicais de OH e outras impurezas em matrizes vítreas de fosfato dopadas com Yb3+. Processos de conversão ascendente Auger, os quais são importantes em sistemas lasers de alta potência, foram investigados em vidros e cristais dopados com Nd3+. Nos vidros o estudo foi realizado em função da concentração de íons dopantes. Neste estudo a técnica de LT mostrou ser muito sensível, apresentando resultados com erros bem menores que os existentes na literatura. Seguindo o estudo de perdas, investigamos distorção óptica induzida pela luz em função da temperatura, potência de excitação e polarização no cristal ferroelétrico SBN. Usando a técnica de LT, investigamos as propriedades térmicas através da transição de fase ferroelétrica-paraelétrica em cristais de SBN. Complementando, esta tese contribui significativamente para a caracterização de materiais laser, considerando que vários dos mecanismos de perdas estudados propriamente devem ser levados em conta em projetos de laser. Este trabalho também apresenta a técnica de lente térmica como uma ferramenta valiosa para tal estudo. / In this work we investigate the thermal properties (diffusivity, conductivity, temperature coefficient of the optical path length change, etc) and loss processes owing to ion-ion interactions in laser glassy and crystalline materials. Since the fluorescence quantum efficiency, , is directly related to these mechanisms that lead to luminescence quenching, the studies were performed mainly observing the effects of these processes on . Thermal lens (TL) spectra were used to determine , energy transfer efficiency between matrix-ion, and to analyze effects of \"dead site\" on . A new method based on the TL technique was proposed to determine q and the temperature coefficient of the optical path length change. This new approach was used to investigate concentration quenching mechanisms in glassy materials. It was also used to study effects of OH radicals and other impurities in Yb3+ doped phosphate glasses. Upconversion Auger processes, which are very important for high power laser systems, were investigated in Nd3+ -doped glasses and crystals. In glasses the study was performed as a function of doping ions. In this study the TL showed to be very sensitive, presenting results with uncertainties much smaller than previous literatures. Following the study of losses, we investigate light induced optical distortion as a function of temperature, excitation power, and polarization in SNB ferroelectric crystal. Using the TL technique, the thermal properties through the phase transition ferroelectric-paraelectric in SBN crystals were investigated. In addition, this thesis significantly contributes for characterization of laser materials with potential applications, considering that severa1 of the loss mechanisms studied here must be considered in laser design. This work also presents the TL technique as a valuable to01 for the present study.

O desenvolvimento de materiais biodegradáveis, a partir de biopolímeros, para embalagens ou coberturas tem grande interesse para a indústria de alimentos. Na elaboração desses materiais, os amidos e as proteínas são muito usados por serem abundantes na natureza, de baixo custo e apresentam propriedades de formar filmes. A cañihua (Chenopodium pallidicaule), grão alto-andino pouco explorado industrialmente, tem altos conteúdos de carboidratos (~58 %) e proteínas (~18 %), e apresenta potencial para ser utilizado como matéria-prima na extração de amido comercial. Diante desse contexto, o objetivo desse trabalho foi extrair e caracterizar o amido de duas variedades de cañihua, Cupi (CC) e Illpa (CI), e selecionar uma dessas variedades para o desenvolvimento de filmes a base de amido ou de farinha. Além disso, a variedade selecionada foi usada para obter um material rico em amido e proteínas, denominado de farinha, que também foi usado para a produção de filmes biodegradáveis. Os grãos de cañihua das variedades Illpa e Cupi são muito similares na forma e tamanho dos grãos, porém os conteúdos de lipídios e cinzas são maiores para CC e o teor de fibras, para a CI. A extração do amido foi feita com solução de hidróxido de sódio (0,25 % m/v) e suas características estruturais, físico-químicas e funcionais foram determinadas. O rendimento desse processo foi de aproximadamente 33 %, e o amido da variedade CC apresentou maiores teores de lipídeos. Os amidos de ambas as variedades, observados em microscópio de varredura eletrônica, apresentaram superfícies granulares lisas e com formatos esféricos de pequeno tamanho (D[3,2] ~ 0,96 µm). A distribuição de tamanho de partícula, o índice de cristalinidade, os espectros de FTIR, poder de inchamento, propriedades óticas e térmicas foram semelhantes, porém o teor de amilose foi maior para a variedade CC. Maiores valores de solubilidade e viscosidade (propriedades de pasta) foram observados para o amido da variedade Cupi e pode estar associado ao maior conteúdo de amilose. O amido da cañihua Cupi foi selecionado para a produção de filmes, por apresentar maiores teores de amilose e de lipídeos. Na obtenção da farinha de CC, usando soluções de NaOH e HCl (0,2 N), o rendimento foi estimado em 56 % (g/100 g de grãos). O teor de proteínas na farinha foi de 79 % (g/100 g sólidos) em relação ao grão. O alto conteúdo de proteínas favoreceu a formação de aglomerados que foram observados nas micrografias da farinha de CC, que apresentou diferenças nas propriedades óticas, de pasta e de solubilidade em relação ao amido da mesma variedade. Os filmes de amido ou farinha foram obtidos pelo método casting com adição de glicerol como plastificante (15 g/100 g de macromoléculas). A caracterização da microestrutura permitiu observar as diferenças físicas entre os filmes de amido ou farinha de cañihua Cupi, assim como as características estruturais foram úteis para explicar o comportamento das outras propriedades. Em umidades relativas altas, os filmes de amido ou farinha CC apresentam o mesmo comportamento de sorção de umidade e permeabilidade ao vapor de água, no entanto, em contato direito com a água (solubilidade e ângulo de contato), esses materiais apresentaram comportamento diferentes, sendo que os filmes de amido são mais resistentes. As diferenças nas propriedades mecânicas dos filmes de amido e farinha foram significativas (p>0,05). O coeficiente de permeabilidade ao oxigênio foi menor para os filmes de amido do que para a farinha de CC. / The development of biodegradable materials based on biopolymers, films or coatings, have great interest for the food industry. For the production of these materials, starches and proteins are widely used because they are abundant in nature, have low cost and have films-forming property. Cañihua (Chenopodium pallidicaule), high Andean region grain underexplored industrially, has high carbohydrate content (~ 58 %) and proteins (~ 18 %) contents, and has the potential to be used as raw material in commercial starch extraction. In this context, the objectives of this study were to extract and characterize starch from two varieties cañihua, Cupi (CC) and Illpa (CI) and select a variety to develop starch films. Furthermore, the selected variety was used to obtain a rich starch and protein material, known as flour, which was also used to produce biodegradable films. Cañihua grains Illpa and Cupi varieties are very similar in shape and size, but the content of fat and ash are higher for CC and fiber content for the CI. The extraction of starch was performed with sodium hydroxide solution (0.25 % w/v) and their structural, physicochemical and functional characteristics were determined. The yield of this process was approximately 33 %, and CC variety starch showed higher levels of lipids. Starches from both varieties observed in scanning electron microscope, showed smooth granular surfaces and spherical shapes of small size (D3,2 ~ 0.96 µM). The particle size distribution, crystallinity index, FTIR spectra, swelling power, thermal and optical properties were similar, but the amylose content was higher for CC variety. Higher values of solubility and viscosity of pasting properties were observed for CC variety starch and may be associated with higher amylose contents. Cañihua Cupi starch was selected to produce films, due to the higher amylose and lipid content. CC flour was also extracted with NaOH solution and adjusting the pH to 5.0 with HCl (0.2 N) in the protein precipitation step, the yield of this extraction process was estimated at 56 %. The protein content of the flour was 79 % compared to this fraction in the grain. The high protein content favors the agglomerates formation which was observed in the CC flour micrographs that showed differences in solubility, optical and pasting properties. The starch or flour films were obtained by casting method with addition of glycerol (15 g/100 g of macromolecules), as plasticizer. The characterization of the microstructure allowed observation of physical differences between starch or flour films of cañihua Cupi, and also structural characteristics were useful to explain the behavior of the other properties. When submitted to high relative humidity, films exhibited the same moisture sorption capacity behavior and water vapor permeability, however in films were in direct contact to water (solubility analysis and contact angle), the behavior of starch and flour films were different, being the structures of the starch films most resistant. Differences in mechanical properties of starch and flour films were significant (p>0.05). The oxygen permeability coefficient was lower for cañihua Cupi starch films than cañihua Cupi flour films.

Dissertação(mestrado) - Universidade Federal do Rio Grande, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência de Alimentos, Escola de Química e Alimentos, 2010. / Submitted by Caroline Silva (krol_bilhar@hotmail.com) on 2012-08-19T20:33:18Z No. of bitstreams: 1 dissertao graciella campello.pdf: 486302 bytes, checksum: 0f3c85b47643a8359572feee54269a00 (MD5) / Approved for entry into archive by Bruna Vieira(bruninha_vieira@ibest.com.br) on 2012-09-24T23:15:13Z (GMT) No. of bitstreams: 1 dissertao graciella campello.pdf: 486302 bytes, checksum: 0f3c85b47643a8359572feee54269a00 (MD5) / Made available in DSpace on 2012-09-24T23:15:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertao graciella campello.pdf: 486302 bytes, checksum: 0f3c85b47643a8359572feee54269a00 (MD5) Previous issue date: 2010 / Este trabalho teve como objetivo principal investigar a imobilização da enzima β- galactosidase comercial de Kluyveromyces lactis (Lactozym®), bem como caracterizar a enzima livre e imobilizada visando sua aplicação na reação de hidrólise da lactose. Foram feitos testes preliminares com três suportes diferentes para a imobilização (alginato, quitosana e Eupergit® C), sendo que os valores de recuperação da atividade enzimática foram, respectivamente, 2,43%, 6,27% e 41,86%, selecionando-se o suporte Eupergit® C como o mais promissor. Um planejamento Plackett-Burman, correspondente a 12 ensaios mais 3 réplicas no ponto central, foi proposto a fim de verificar os efeitos das variáveis temperatura, pH, força iônica, tempo de imobilização, concentração de galactose, concentração de íons Mg2+ e volume de enzima na imobilização de β-galactosidase em Eupergit® C. A força iônica e o pH foram as variáveis que apresentaram efeito significativo (p<0,1) na imobilização, sendo que o aumento da força iônica de 0,1 M para 1,5 M e o aumento do pH de 6,6 para 7,4 representaram aumento de 30,0% e redução de 17,3% na recuperação da atividade enzimática, respectivamente. À temperatura de 25°C, pH 6,6, concentração salina de 1,5 M, tempo de imobilização de 8 h, concentração de Mg2+ de 1 mM e 0,4 mL de enzima adicionada, atingiu-se 85% de recuperação da atividade enzimática. As enzimas livre e imobilizada, nas melhores condições em Eupergit® C, foram caracterizadas quanto aos perfis de pH e temperatura, estabilidade térmica, parâmetros cinéticos e termodinâmicos. Quanto aos perfis de pH e temperatura, foram obtidos, para ambas, valores máximos de atividade enzimática em pH 6,6 e 45°C. Houve um ganho de estabilidade térmica com a imobilização enzimática, tendo-se observado um aumento de cerca de 4 vezes no tempo de meia-vida da enzima imobilizada a 45oC, em relação à livre, o que pode representar vantagens na utilização da enzima imobilizada em escala comercial. Os valores de energia de ativação para as enzimas livre e imobilizada foram, respectivamente, iguais a 35,28 kJ.mol-1 e 29,46kJ.mol-1; e os valores de energia de ativação da reação de desnaturação para as enzimas livre e imobilizada foram iguais, respectivamente, a 266,12 kJ.mol-1 e 198,77 kJ.mol-1. Foram determinados os parâmetros cinéticos para as enzimas livre e imobilizada, sendo que os valores de Km, 30,33 mM e 104,00 mM, respectivamente, representaram uma diminuição da afinidade da enzima pelo substrato com a imobilização, possivelmente devido a fatores estéricos e conformacionais. Parâmetros termodinâmicos foram calculados, evidenciando novamente a maior estabilidade térmica da enzima imobilizada e indicando que a perda de estabilidade de ambas as enzimas, livre e imobilizada, parece não estar associada a alterações relevantes na estrutura terciária. / Immobilization of b-galactosidase (Lactozym®) on Eupergit® C and its characterization This study aimed to investigate the immobilization of commercial β-galactosidase from Kluyveromyces lactis (Lactozym®) and characterize the free and immobilized enzymes for their application in lactose hydrolysis. Three preliminaries tests were carried out with three different supports for immobilization (alginate, chitosan and Eupergit® C), and the values for recovery of enzyme activity were, respectively, 2.43%, 6.27% e 41.86%, selecting Eupergit® C as the most promising. A Plackett-Burman design, composed of 12 assays over 3 central points was proposed in order to verify the effects of temperature, pH, ionic strength, reaction time, galactose concentration, Mg2+ concentration and enzyme volume on β-galactosidase immobilization using Eupergit® C support. The ionic strength and pH were the variables that presented significant effect (p<0.1) on immobilization. The increase in the ionic strength from 0.1 to 1.5 M and the decrease in pH from 6.6 to 7.4 represented an increase of 30.0% and a reduction of 17.3% in the recovery of enzyme activity, respectively. At 25°C, pH 6.6, salt concentration of 1.5 M, immobilization for 8 h, 1 mM Mg2+ and 0.4 mL of enzyme added, reached 85% recovery of enzymatic activity. The free and immobilized enzyme on Eupergit® C were characterized,determining pH and temperature profiles, thermal stability, kinetic and thermodynamic parameters. pH and temperature profiles showed maximum activity at pH 6.6 and 45°C. There was a gain in thermal stability with the enzyme immobilization and there was an increase of about 4 times in the half-life of immobilized enzyme at 45°C, which may represent advantages when using in a commercial scale. The values of activation energy for free and immobilized enzymes were, respectively, equal to 35.28 kJ.mol-1 and 29.46 kJ.mol-1, and the values of activation energy of denaturation reaction for free and immobilized enzymes were equal, respectively, to 266.12kJ.mol-1 and 198.77 kJ.mol-1. Kinetic parameters were determined for the immobilized and free enzyme. Km values of 30.33 mM and 104.00 mM, respectively, represented a decrease of the affinity of the enzyme by the substrate with immobilization, possibly due to steric and conformational factors. Thermodynamic parameters were calculated, showing the higher thermal stability of the immobilized enzyme and indicating that the loss of stability of both enzymes, immobilized and free, does not seem to be associated with significant changes in tertiary structure.

Orientador: João Sinezio de Carvalho Campos / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-13T12:36:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 IvanovJunior_Anatoli_M.pdf: 1192015 bytes, checksum: f5927a9e17a52427545658820eae73f8 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: A utilização de borracha SIS (copolímero em bloco estireno/isopreno/estireno) em diversas aplicações tais como solados de sapatos, artefatos de vedação, adesivos com baixa resistência térmica (até 40º C). No entanto, neste trabalho apresentam -se os resultados obtidos com a incorporação de PPO (polioxidofenileno) a borracha SIS, o que resulta o aumento de resistência térmica da borracha, ampliando assim suas aplicações. Neste trabalho estudou-se a melhor condição em massa dos materiais SIS e PPO. De acordo com análises físico-químicas encontrou-se a composição de 50% de cada material uma condição onde se tem um incremento na resistência térmica da borracha de até 70° C, o que então era de -51º C. No sentido de apresentar uma aplicação, realizou-se a confecção de um laminado auto-adesivo com resistência térmica até 70º C. / Abstract: The rubber use SIS (block copolymer) in several such applications as shoes, technical engines, stickers with low thermal resistance (up to 40º C). However, in this work they come the results obtained with the incorporation of PPO (polioxide phenilene) on rubber SIS, with results the increase of thermal resistance of the rubber, increase the applications. In this work it was studied the best condition in mass of material SIS and PPO. In agreement with analyses it met the composition of 50% of each material a condition where an increment is had in the thermal resistance of the rubber of up to 70° C, what then was of -50º C. In the sense of presenting an application, it took place the adhesive laminated with thermal resistance up to 70º C. / Mestrado / Ciencia e Tecnologia de Materiais / Mestre em Engenharia Química

A região dos Andes é conhecida por sua grande diversidade genética em vegetais, sobretudo raízes e tubérculos, que apresentam elevado teor de nutrientes. A população rural da região utiliza os tubérculos como alimentos principais do consumo diário, sendo alguns deles a oca (Oxalis tuberosa Molina), o olluco (Ullucos tuberosus Caldas) e a mashua (Tropaeolum tuberosum Ruiz e Pavón), os quais apresentam cores e sabores particulares. Neste trabalho tais alimentos e suas respectivas frações amiláceas foram avaliados quanto à composição. O amido foi caracterizado quanto às propriedades físicas, físico-químicas e funcionais. As amostras obtidas em mercado local de Arequipa - Perú apresentaram diferenças significativas no rendimento de extração do amido. Quando observados por microscopia eletrônica de varredura e microscopia óptica, os grânulos de amido de oca apresentaram morfologia principalmente elipsoide e oval e comprimentos de até 54,30 &#181;m. Grânulos de amido de olluco com comprimentos de até 32,09 &#181;m apresentaram formatos elipsoide, oval, cônico, em forma de pêra e prismático. Os grânulos de amido de mashua com formas esféricas e ovais truncadas apresentaram os menores comprimentos, até 16,29 &#181;m. O conteúdo de fósforo variou: 0,044% (oca), 0,047% (olluco) e 0,081% (mashua). A porcentagem de amilose foi de 27,60 % (oca), 26,49 % (olluco) e 27,44 % (mashua). O amido de olluco apresentou menor poder de intumescimento, formando géis mais opacos e menos duros. Os três amidos mostraram a mesma estabilidade quando mantidos sob refrigeração e apresentaram elevada sinérese sob temperaturas de congelamento, com variação de 40,28% até 74,42 % para amido de olluco. Os amidos apresentaram fácil cozimento, com elevados picos de viscosidade. Estas baixas temperaturas de gelatinização e a elevada estabilidade durante a refrigeração fazem destes amidos matérias-primas apropriadas para uso em diversos produtos e formulações que requeiram temperaturas brandas de processamento e que prescindam de congelamento. / The Andean region is known for its great genetic diversity in plants, especially roots and tubers, which have a high nutrient content. The rural population on the region consumes them as staple food daily. Oca (Oxalis tuberosa Molina), olluco (Ullucos tuberosus Caldas) and mashua (Tropaeolum tuberosum Ruiz & Pavón) are the most consumed which are characterized by distinct colors and flavors. In the present work, these foods and their starchy fractions were evaluated in relation to its composition. Starch physical, physical-chemical and functional properties were characterized. Samples obtained from a local market in Arequipa - Peru showed significant differences in starch extraction yield. When observed by scanning electron microscopy and optical microscopy, oca starch granules showed morphology mainly ellipsoidal and oval, with sizes up to 54.30 &#181;m. The olluco starch granules had sizes up to 32.09 &#181;m with ellipsoid, oval, conical, pear-shaped and prismatic shapes. Mashua starch granules with spherical and oval truncated shapes showed smaller dimensions up to 16.29 &#181;m. The phosphorus content varied: 0,044% (oca), 0,047% (olluco) and 0,081% (mashua). The percentage of amylose was 27.60 % (oca), 26.49 % (olluco) and 27.44 % (mashua). Olluco starch showed lower swelling power forming gels more opaque and less hardness. The three starches exhibited the same stability when kept under refrigeration and showed higher syneresis under freezing temperatures, with a variation of 40,28 % to 74.42 % for olluco starch. The results showed easy cooking starches with high peak viscosity. These low temperatures of gelatinization and high stability during the refrigeration make these starches suitable for use in various products and formulations that require milder processing temperatures but without freezing.

Orientador: Ana Rita Morales / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-25T09:26:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_MayaraPollyaneCalderaroda_M.pdf: 15566719 bytes, checksum: 69f8e0b6d9d762e986aa7a4cd0a23609 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Neste estudo, foram preparadas amostras de ABS variando-se as concentrações de um aditivo estabilizador a luz ultravioleta (UV) do tipo HALS (Tinuvin 770), um absorvedor (Cyasorb 5411) e negro de fumo. Um planejamento experimental 2³ foi realizado para estudar a influência destes aditivos e suas diferentes concentrações nas propriedades de ponto de amolecimento Vicat, resistência ao impacto IZOD e resistência à tração, antes de se realizar ensaios de envelhecimento. O aditivo HALS utilizado apresentou influências negativas sobre algumas propriedades analisadas, sendo a temperatura de amolecimento Vicat a propriedade que mais apresentou perda significativa com o aumento da concentração dos aditivos nas amostras. Para melhor avaliar este efeito, ensaios de caracterização foram realizados. Os resultados de Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) e Análise Térmica Dinâmico-Mecânica (DMTA), apresentaram diminuição na temperatura de transição vítrea (Tg) com o aumento dos aditivos estabilizadores à luz ultravioleta nas formulações, estando estes resultados em concordância com os ensaios de ponto de amolecimento Vicat realizados. O aditivo Tinuvin 770 tem em sua composição o componente sebacato, (CH2)8, que pode ser utilizado como plastificante para baixar a Tg dos polímeros. A perda das propriedades acima citadas pode ser devido à presença deste componente no aditivo HALS, Tinuvin 770. Neste trabalho também foi avaliada a eficiência das diferentes concentrações dos aditivos nas amostras após envelhecimento. As amostras foram submetidas ao envelhecimento acelerado com lâmpadas UVA por 1008 h para análise do desempenho dos aditivos utilizados. Os resultados dos testes mecânicos mostraram que o negro de fumo é bastante efetivo como absorvedor e apresentou boa interação com aditivo HALS, protegendo o polímero da degradação / Abstract: In this study, samples of ABS varying the concentration of a stabilizer additive ultraviolet (UV) type HALS (Tinuvin 770), an absorber (Cyasorb 5411) and carbon black were prepared. An experimental design 2 ³ was conducted to study the influence of these additives and their different concentrations in the properties of Vicat softening point, IZOD impact resistance and tensile strength before performing aging tests. The HALS additive had negative influence on some properties, the Vicat softening temperature showed the most significant loss when the concentration of additives was increased in the samples. To further evaluate this effect, characterization tests were performed. The results of Differential Scanning Calorimetry (DSC) and Dynamic Mechanical (DMTA) Thermal analysis showed a decrease in the glass transition temperature (Tg), with the increase of the UV light stabilizers in formulations, showing that these results are in agreement with the tests performed for Vicat softening point. Tinuvin 770 additive has in its composition the component sebacate, (CH2)8, which can be used as a plasticizer to lower the Tg of polymers. The loss of the aforementioned properties may be due to the presence of this component in the additive HALS Tinuvin 770. In this study it was also evaluated the effectiveness of different concentrations of additives in the samples after aging. The samples were subjected to accelerated aging with UVA lamps by 1008 h to analyze the performance of the additives used. The results of mechanical tests showed that carbon black is very effective as absorber and had good interaction with HALS additive, protecting the polymer from degradation / Mestrado / Ciencia e Tecnologia de Materiais / Mestra em Engenharia Química

Orientador: Katia Tannous / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-20T02:09:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Farias_FranciscoOtavioMiranda_M.pdf: 9420514 bytes, checksum: 8644f4da67fe830ef92767386ae7fd1b (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Novas alternativas energéticas tem sido tema de discursos sobre conservação dos recursos naturais. Tais discursos baseiam-se principalmente na redução da emissão de gases de efeito estufa e outros poluentes, originados na sua maioria pelo uso de combustíveis fósseis, que ainda são a maior fonte geradora de energia da atualidade. Em vista da possibilidade de aplicação de biomassas como insumo energético, este trabalho apresenta um estudo experimental sobre potencialidade energética de seis biomassas de natureza vegetal. Além disso, foram realizados estudos sobre a escoabilidade destes materiais. As biomassas estudadas foram: casca de arroz (Oryza sativa L.), bagaço de cana (Saccharum officinarum L.), fibra de coco (Cocos nucifera), ouriço de castanha do Brasil (Bertholletia excelsa) e dois tipos de madeira: caixeta (Tabebuia cassiniodes Lam.) e jequitibá rosa (Cariniana legalis), que foram submetidos a caracterização física, térmica e de escoabilidade. As técnicas aplicadas foram: peneiramento, picnometria de gás hélio, métodos geométricos e microscopia eletrônica de varredura para a caracterização física e, as análises imediata e calorimétrica, para a caracterização térmica. As análises foram realizadas em um intervalo de granulometria previamente determinado entre as categorias B e D de Geldart. Os diâmetros médios estudados foram entre 0,5 e 3 mm, massa específica real entre 1450 kg/m³ e 1720 kg/m³, e esfericidades entre 0,42 e 0,60. A análise morfológica mostrou superfícies diferenciadas: rugosa (casca de arroz), cilíndrica (fibras de coco e bagaço de cana), elementos de vasos (madeiras), lenhosa envolvida por núcleo com pequenos poros cegos (ouriço de castanha do Brasil). A análise de escoabilidade das biomassas foi definida mediante os índices definido como razão de Hausner (RH) e compressibilidade de Carr (ICC), bem como ângulo de repouso. Os resultados mostraram escoabilidade boa ou razoável, com destaque para casca de arroz, o ouriço de castanha do Brasil e a madeira caixeta. Com isso, uma nova classificação sobre a escoabilidade foi proposta considerando os seguintes índices: classe 1 - boa (RH: 1 - 1,30; ICC: 5 - 15%; AOR:10 - 30º), classe 2- razoável (RH: 1,30 - 1,50; ICC: 15 - 25%; AOR: 30 - 45º), classe 3- baixa (RH: 1,50 - 1,80; ICC: 25 - 35%; AOR: 45 - 55º) e classe 4- difícil (RH: >1,80; ICC: >35%; AOR: >55º). Pela análise imediata foi detectado para as biomassas estudadas: alto teor de materiais voláteis (>80%), baixo teor de carbono fixo (<20%), e baixo teor de cinzas (< 16%). O poder calorífico é praticamente constante para os diâmetros considerados, tendo uma variação de 15 MJ/kg a 19 MJ/kg. De posse desses dados, conclui-se que as biomassas estudadas apresentam potencial energético favorável para aplicação como matérias-primas para geração de energia / Abstract: New energetic alternatives have been the subject of discussion about conservation of natural resources. Such discourses are based mainly on reducing emissions of greenhouse gases and other pollutants, caused mostly by the use of fossil fuels, major source of energy today. In view of the applicability of biomass as energy input, this paper presents an experimental study on the potential energy of six vegetable biomasses in nature. Furthermore, studies were performed on the flowability of the foregoing. The biomasses studied were: rice husk (Oryza sativa L.), sugarcane bagasse (Saccharum officinarum L.), coconut fiber (Cocos nucifera), hedgehog Brazil nut (Bertholletia excelsa) and two types of timber, caixeta (Tabebuia cassiniodes Lam.) and jequitibá-rosa (Cariniana legalis), and, which were submitted by physical, thermal and flowability characterizations. The techniques applied were: screening, helium pycnometry, geometric methods and scanning electron microscopy for the physical characterization and immediate and calorimetric analysis for the thermal characterization. The analyses were performed in a range of particle size previous determined, between B and D categories of Geldart. The mean diameters were studied between 0.5 and 3 mm, absolute density between 1450 kg/m³ and 1720 kg/m³ and sphericity between 0.42 e 0.60. Morphological analysis showed different surfaces: rough (rice husk), cylindrical (coconut fiber and sugarcane bagasse), vessel elements (wood), woody surrounded by core with blind small pores (hedgehog Brazil nut). The flowability analysis of biomass has been defined by the index set, Hausner ratio (RH) and Carr compressibility (ICC), as well as angle of repose (AOR). The results showed that the most of the materials showed good or reasonable flowability especially rice husk, the hedgehog Brazil nut and caixeta timber. Thus, a new classification on the flowability was proposed considering the following indexes: Class 1 - Good (HR: 1 - 1.30; CCI: 5 - 15%; ROA:10 - 30º), Class 2 - reasonable (HR: 1.30 - 1.50; ICC: 15 - 25%; AOR: 30 - 45º), Class 3 - Low (RH: 1.50 - 1.80; ICC: 25 - 35%; AOR: 45 - 55º) and class 4 - difficult (RH: >1.80; ICC: >35%; AOR: >55º). For immediate analysis, it was detected: high content of volatile materials (> 80%), low fixed carbon content (<20%) and low ash (<16%). The calorific value is substantially constant for the diameters considered, varying from 15 MJ / kg to 19 MJ / kg. With these data, we conclude that the biomasses present energy potential favorable for application as raw materials for power generation / Mestrado / Engenharia de Processos / Mestre em Engenharia Química

Orientadores: Amauri Garcia, Noé Cheung / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-21T11:48:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bertelli_Felipe_D.pdf: 7886955 bytes, checksum: ce61348706ebe5c96dd30bd1e1b4c434 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A análise do comportamento térmico em um sistema metal/molde cilíndrico durante a solidificação é de interesse tanto teórico quanto industrial. A determinação precisa da velocidade a que o metal se solidifica e a distribuição do campo de temperaturas dentro do metal é de suma importância para a otimização e o controle de processos de fundição. Modelos numéricos são amplamente utilizados, tendo em vista a simulação do processo de solidificação em inúmeras áreas, incluindo o vazamento, a soldagem, o crescimento de cristais e o processamento a laser. A simulação numérica de peças cilíndricas fundidas só pode produzir informações corretas se as condições de térmicas de fronteira, tais como o coeficiente transitório de transferência de calor metal/molde (h), e outros parâmetros térmicos como velocidade de solidificação e taxa de resfriamento forem conhecidos com precisão. Apesar da importância do parâmetro h para a fundição de peças cilíndricas, as informações disponíveis na literatura são escassas. No presente trabalho foram desenvolvidos um modelo numérico para análise da solidificação radial em geometrias cilíndricas e um extenso estudo experimental abrangendo a solidificação de ligas binárias em sistemas de extração de calor radial, nas posições horizontal e vertical, no formato de cilindros maciços solidificados de fora para dentro e cilindros ocos solidificados de dentro para fora. Ligas com propriedades térmicas e com intervalos de solidificação bastante distintos foram escolhidas para o estudo experimental. O modelo numérico desenvolvido foi aferido frente a resultados experimentais da cinética de solidificação de ligas binárias dos dois diferentes sistemas metálicos adotados (Al-Fe e Pb-Sb) e também confrontado com as previsões de um modelo analítico. Para determinação do coeficiente transitório (h), utilizou-se o método inverso de análise de condução de calor. Como resultado, os perfis transitórios em função do tempo, h (t), foram obtidos por uma expressão da forma h = a.t± m, em que (-) refere-se à solidificação de fora para dentro e (+) refere-se a solidificação de dentro para fora com um molde interno. A análise das resistências térmicas mostrou que em alguns sistemas de solidificação, a resistência térmica à transferência de calor imposta pela camada de sólido formada durante o processo de solidificação é determinante a partir de um determinado instante da solidificação. Os altos valores de taxas de resfriamento e velocidades de deslocamento da frente de solidificação, impostos pelo sistema de extração de calor radial geraram, para o caso das ligas do sistema Pb-Sb, microestruturas de solidificação dendríticas, mesmo com baixos teores de soluto na concentração nominal das ligas. Os resultados da evolução microestrutural mostraram que os espaçamentos dendríticos na solidificação radial de fora para dentro acompanham a tendência de reversão observada para a velocidade de deslocamento da isoterma liquidus da superfície ao centro do cilindro / Abstract: The analysis of the thermal behavior in a cylindrical metal/mold system during solidification is of both theoretical and industrial interest. The determination of the rate at which a metal solidifies and of temperature distribution is significant for optimization and control of casting processes. Numerical models are widely used in order to simulate the solidification process in a number of fields including casting, welding, crystal growing and laser processing. The numerical simulation of cylindrical castings can only produce reliable information if the thermal boundary conditions, such as the metal/mold heat transfer coefficient (h), and thermal parameters, such as growth and cooling rates, are known accurately. Despite the importance of h for cylindrical shaped castings, information available in the literature is meager. In the present study, a numerical model for the analysis of radial solidification of cylindrical shaped castings has been developed followed by an extensive experimental study encompassing horizontal and vertical cylindrical shaped castings involving radial heat transfer and including combination of situations of hollow and massive cylindrical castings inwardly and outwardly solidified. Alloys having quite different thermal properties and freezing ranges have been selected for the experimental study. The numerical model has been validated against experimental results of the kinetics of solidification of binary alloys from the adopted metallic systems (Al-Fe and Pb-Sb), as well as by comparison with theoretical predictions provided by an analytical model. An inverse heat conduction method has been used to derive time-varying heat transfer coefficients. It is shown that the h (t) profiles are given by an expression of the form h =a.t±m , where (-) refers to the inward solidification and (+) to the outward solidification against an inner mold. The analysis of the thermal resistance revealed that in some solidification systems, the resistance to heat transfer imposed by the solid layer formed during the solidification process prevailed from a certain moment of solidification. The high values of cooling rates and solidification rates imposed by heat extraction in radial cylindrical geometries induced, for Pb-Sb alloys, a dendritic solidification pattern even for low alloying contents. The evolution of dendritic spacings during the inward solidification followed a reversion, which is similar to that shown to occur for the rate of displacement of the liquidus isotherm from the casting surface to the center of the cylinder / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia de Materiais

An estimated 20% of South Africa's population is currently housed in low cost dwellings. These dwellings are extremely energy inefficient and it has been shown that these households spend almost 20% of their disposable income on heating in winter. This situation is undesirable for both the home owners and ESKOM who must ensure an unusually high electricity demand especially on winter nights. Some of the people don't use electricity for heating but fire and this contributes to the high levels of pollution in these communities. By ensuring better energy efficiency in these houses the demand for electricity will decrease and the pollution levels will obviously decrease as well. The process that strive to reduce this electricity demand is called Residential Demand Side Management (RDSM) and is strongly supported by ESKOM. This dissertation investigated the international experience concerning RDSM and some of the possible steps that could be taken to establish an RDSM program in South Africa. It was discovered that the two most important steps relevant for South Africa would be to install ceilings in low cost dwellings and to install insulation in middle income and low-income households. Various computer simulations using QUICKcontrol, a thermal design software package, was done to assess the effect that these steps would have on energy usage. Before any decisive steps could be taken to install these products in houses, it was important to hear what the public thought of the low-cost ceiling concept. It was decided to conduct a Socio Economic study to estimate the public opinion and the response towards the low cost ceiling turned out to be extremely favorable. The participants supported the idea of a low cost ceiling but the access to the ceiling might still prove to be difficult. Through experience it was found that people often don't want to invest in a certain product if the only benefit is a slight monetary saving. It has become necessary to investigate other aspects concerning the ceiling and insulation that would encourage people to buy into the concept. This line of thinking led to the "Comfort" study. The finding that insulation will ensure that almost three times more people are satisfied with their indoor situation is quite significant. The improvement of the indoor aesthetics if a ceiling is installed in a low-income dwelling is also an important consideration when a decision has to be made to install the product. This type of information could persuade people to purchase these products to the benefit of themselves, ESKOM, the insulation manufacturer and the environment. / Dissertation (M Eng (Mechanical Engineering))--University of Pretoria, 2007. / Mechanical and Aeronautical Engineering / unrestricted

Les matériaux aujourd'hui utilisés pour l'isolation thermique en milieu aquatique sous pression hydrostatique sont soit des mousses souples à base de caoutchoucs, soit des mousses rigides, notamment syntactiques, selon la profondeur. Ces matériaux souples ont été analysés par des tests mécaniques et thermiques classiques. Cependant, les protocoles et valeurs relevées ont été adaptés à l'usage final du produit, et plus particulièrement à l'environnement aquatique en surface et en profondeur. Les relations entre les différentes caractéristiques (structures et propriétés) de ces matériaux ont été étudiées afin de définir les propriétés adéquates selon des critères pertinents. Pour mettre en évidence les propriétés thermiques sous pression hydrostatique, un outil de test a de plus été développé : une enceinte de test hyperbare innovante, pour l'évaluation de la résistance thermique et de l'épaisseur sous pression d'eau entre 0 et 50 m de profondeur. Les points forts et faibles des matières classiquement utilisées ont été clairement établis. L'analyse de ces résultats a permis d'identifier un concept de matériau composite propre à l'usage défini. Une matière innovante a été conçue en fonction : une mousse syntactique. En variant le type de particules additionnées à une matrice thermoplastique élastomère, la structure cellulaire a été affinée pour obtenir un comportement identique en milieu aquatique, en surface comme en profondeur. En parallèle de sa production industrielle, cette matière a été testée afin d'identifier les relations entre structures et propriétés. / Materials nowadays used for thermal insulation in aquatic environment under hydrostatic pressure are either rubber flexible foams or rigid foams, especially syntactic foams, depending on depth. These flexible materials were analyzed through classical mechanical and thermal tests. However, methods and results were adapted to the final usage of the product, particularly to the aquatic environment at the surface and under depth. Relationships between structures and properties characteristics were studied to define appropriate properties within relevant criteria. Moreover, to underline thermal properties under hydrostatic pressure, a testing instrument has been developed: an innovating hyperbaric test chamber, dedicated to under water pressure thermal resistance and thickness measurements, from 0 to 50 m depth. Strengths and weak points of these classical materials have been clearly established. Results analysis lead to a new concept of composite material for the defined usage. This innovating material, a syntactic foam, has been developed. By varying the particle type added to a thermoplastic elastomer matrix, the cellular structure has been refined in order to obtain a similar behaviour in aquatic environment, at the surface like in depth. This material has been tested, parallel to its industrial production, to identify relationships between structures and properties.