Esta dissertação trata da aeração induzida em vertedores com objetivo de mitigar os efeitos da cavitação sobre os mesmos. A análise bibliográfica do tema está calcada na introdução ao mecanismo da cavitação e no levantamento do estado da arte a partir dos trabalhos pioneiros, nos clássicos e nos recentes. Com base nos princípios da física: Conservação de Massa e Primeira Lei da Termodinâmica, foi desenvolvido um modelo matemático para aeração induzida em vertedores. O modelo proposto, após ser analisado do ponto de vista de sua consistência, foi avaliado em comparações com resultados fornecidos por outros pesquisadores, obtidos através de modelos físicos reduzidos. Os resultados obtidos pelo modelo matemático proposto correspondem a boas estimativas das grandezas envolvidas na aeração induzida em vertedores, o que credencia o modelo proposto como uma ferramenta apropriada para projetos de engenharia hidráulica e futuros desenvolvimentos científicos. / This study adress prompt aeration in spillways reaching to reduce the cavitation effects on them. References were based on introduction to cavitation machanism and, state of art survey, to leave on not only earlier studies, but also on classical and most recent ones. Based on principles of Physics, such as Mass Conservation and the First Law of Thermodynamics, a mathematical model has been developed as an example of prompt aeration in spillways. After extensive consistency analyses the proposed model has been validated by comparing different results furnished by studies on physical reduced models by other researchers. Results obtained from the mathematical model proposed here correspond to good estimates of greatnesses involved in prompt aeration is spillways and that turns the proposed model into an adequate tool for Hydraulic Engineering projects and for future scientifics stydies.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T04:44:51Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-09T00:40:05Z : No. of bitstreams: 1 142375.pdf: 41917484 bytes, checksum: 2518c18fcb68eb3a4067d9aafc41125a (MD5)

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T11:50:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 283350.pdf: 12488391 bytes, checksum: 9e45023e00031f5dff764197484e6293 (MD5) / Equipamentos industriais como turbinas hidráulicas são suscetíveis ao desgaste por erosão-cavitação, que se traduz na perda progressiva de material superficial causada pelo impacto das bolhas de vapor formadas em um líquido à pressão e temperaturas críticas. Como a cavitação está sendo conduzida em um meio fluido poderá ocorrer um processo de corrosão associado ao fenômeno puramente mecânico. Este trabalho apresenta os resultados de um estudo de cavitação-corrosão para o aço inoxidável martensítico CA-6NM, tomado como referência por ter desempenho conhecidamente satisfatório do ponto de vista da erosão-cavitação, em comparação com o material cavitalloy no estado "como soldado", como representante típico dos aços inoxidáveis austeníticos ricos em cobalto, atualmente empregados em reparos de turbinas hidroelétricas. O objeto desta investigação foi, essencialmente, verificar a representatividade da corrosão no sistema cavitação-corrosão. Para tal, foram levantadas curvas de polarização potenciodinâmicas em meio de NaCl 3,5% não-desaeradas em condições estáticas e associadas à cavitação. A caracterização das amostras foi feita através de análises da microestrutura, medidas de microdureza e análise por dispersão de energia via microscopia eletrônica de varredura. De acordo com os resultados obtidos constatou-se que, o material ensaiado "como soldado" Cavitalloy não apresentou tranformação de fase austenítica para martensítica associada à deformação a frio devido ao curto período de tempo que foi submetido à cavitação. Observou-se que as avarias provocadas pelo rompimento do filme passivo no ensaio de corrosão para ambas as amostras assumiram uma distribuição menos densa em comparação com a densidade dos defeitos verificada nos materiais submetidos à cavitação-corrosão. As condições de formação do filme passivo são modificadas quando o ensaio de corrosão é conduzido junto à cavitação. Os resultados experimentais mostram que, na busca do aumento da vida útil dos materiais, deve-se levar em conta que o fenômeno mecânico contribui em mais de 90% no processo de cavitação-corrosão.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Gradução em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-22T22:34:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 237031.pdf: 14512398 bytes, checksum: 9f328c449a344b356f573fe4aed4a01f (MD5) / O presente trabalho tem por objetivo o desenvolvimento de uma bancada experimental utilizada para avaliar o comportamento de mancais radiais lubrificados hidrodinamicamente quando submetidos a carregamentos estáticos, dinâmicos e a desalinhamentos de montagem. Em carregamento estático, é dada atenção à pressão hidrodinâmica gerada no filme de lubrificante bem como à região de cavitação e comparações com resultados teóricos são apresentadas. Uma metodologia de volumes finitos é utilizada para a integração da equação de Reynolds que governa o problema de lubrificação. Adicionalmente, visualizações foram realizadas para que os fenômenos físicos associados a região de cavitação pudessem ser melhor compreendidos. Em carregamento dinâmico, a órbita do mancal foi monitorada e comparada com resultados numéricos obtidos pela utilização de uma metodologia de elementos finitos para a integração da equação de Reynolds. Adicionalmente, as evidências experimentais permitiram que alterações na equação de Reynolds fossem sugeridas para que a região de cavitação em carregamento dinâmico fosse melhor caracterizada. Por fim, uma metodologia numérica é apresentada para a simulação acoplada do mecanismo de compressão de um compressor hermético de refrigeração. Nesta formulação, todos os mancais hidrodinâmicos são modelados em carregamento dinâmico e os desalinhamentos são considerados. Resultados experimentais são apresentados para a potência consumida e para a órbita do eixo.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Ciências e Engenharia de Materiais / Made available in DSpace on 2012-10-23T08:50:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 210336.pdf: 6041832 bytes, checksum: 7041aad6235affc1f4899d991f0a0831 (MD5) / A erosão por cavitação deteriora componentes em serviço, tais como partes metálicas de bombas de água, válvulas e, em especial, pás de turbinas hidráulicas, sendo nesse último caso responsável por elevados prejuízos, ligados tanto aos custos da manutenção direta, como sobretudo às enormes perdas devido à interrupção na geração de energia elétrica. As pás de turbinas hidráulicas necessitam, portanto serem protegidas para que apresentem um maior tempo de operação e, um maior intervalo entre as intervenções de manutenção. Atualmente a principal solução consiste no revestimento superficial do substrato, em geral de aço carbono ou baixa-liga, pelo depósito de um material mais nobre por soldagem Dentre os materiais aplicados para revestimentos incluem-se aços inoxidáveis austeníticos, destacando-se os aços inoxidáveis ao Co, e ligas à base de Co, no entanto esses últimos são mais sensíveis a trincas, difíceis de esmerilhar e de mais alto custo. Nesse contexto este trabalho buscou formular, depositar e avaliar aços inoxidáveis ao Fe-Cr-Mn-Si-N, depositados pelo processo PTA, que tem como uma de suas principais características a grande flexibilidade na formulação e deposição de novas ligas. A resistência à erosão por cavitação avaliada segundo a norma ASTM G 32-85, ao lado da microestrutura caracterizada por microscopia ótica e MEV, da composição química determinada por ASS, da análise das fases presentes nos revestimentos antes e após a erosão por cavitação avaliadas no EDX, da qualidade da superfície dos depósitos avaliados por END, serviram como critérios para avaliar os revestimentos depositados. Verificou-se que os revestimentos apresentaram boa soldabilidade (sem trincas de solidificação, baixa porosidade, boa molhabilidade, bom acabamento superficial), baixo custo de produção e especialmente a liga L03* (0,03%C; 0,35% N; 13,2%Cr; 11,8% Mn; 2,8%Si; bal %Fe), dureza e resistência à erosão por cavitação bem próxima as principais ligas comerciais destinadas a essa função.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-22T05:23:06Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / As turbinas hidráulicas de grande porte das usinas de geração de energia elétrica apresentam erosão por cavitação e precisam ser restauradas pela deposição de material por soldagem. Os reparos são realizados no local e, na maioria das vezes, de forma manual por uma equipe de soldadores. Este tipo de operação apresenta uma série de problemas técnicos e econômicos, tais como: locais são de difícil acesso e posições de soldagem desfavoráveis, retrabalho, intenso e demorado trabalho de esmerilhamento, consumo excessivo de material de deposição e deterioração progressiva da forma geométrica das pás. Os ganhos obtidos com uma operação robotizada por soldagem são muitos. No entanto, os robôs manipuladores convencionais não podem ser usados para esta tarefa em função do limitado espaço de trabalho existente no interior do rotor de uma turbina hidráulica. Este trabalho está inserido dentro de um projeto de maior envergadura, conhecido como "Roboturb". Várias frentes de trabalho nas áreas de soldagem, metrologia, robótica e desenvolvimento de software estão sendo conduzidas de forma integrada pelos vários grupos, visando desenvolver tecnologia e construir um sistema automatizado capaz de realizar operações robotizadas para recuperar superfícies danificadas por cavitação. Um robô foi desenvolvido e construído, neste projeto, com a finalidade de medir as superfícies danificadas e de efetuar a sua recuperação por deposição de material por soldagem. Nesse contexto, o presente trabalho trata do desenvolvimento de uma metodologia para executar inicialmente a medição automatizada da superfície afetada por cavitação através de um sensor óptico a laser tipo "folha de luz" com três linhas e obtenção da descrição matemática, tanto da superfície erodida, quanto uma estimativa da superfície original. A seguir, esta metodologia define a estratégia para determinar a localização dos cordões de solda de cada camada e ainda sistematizar os procedimentos típicos na operação robotizada de soldagem a plasma com alimentação automática de arame para o preenchimento destas cavidades. Por fim, é realizada a medição automatizada da superfície recuperada e a obtenção de sua descrição matemática com a finalidade de realizar a avaliação geométrica da recuperação. Resultados práticos da estratégia de preenchimento de uma cavidade típica de uma das pás de uma turbina hidráulica são apresentados com o objetivo de validar a metodologia proposta e os algoritmos matemáticos desenvolvidos.

Esta dissertação é composta por 5 artigos. / CNPq / INTRODUÇÃO E OBJETIVOS: O arroz é um dos cereais mais consumidos no mundo e durante o seu beneficiamento, obtém-se o farelo que representa cerca de 8% do peso total do grão. O farelo de arroz desengordurado contém aproximadamente 15% de proteínas de alto valor nutricional. As técnicas de extração permitem além de extrair, selecionar e separar e determinadas substâncias. A extração das proteínas do farelo de arroz em meio alcalino é muito utilizada porque neste pH sua solubilidade é máxima e há a ruptura das paredes celulares. Podem ser usados métodos mecânicos e não mecânicos. A agitação mecânica com a movimentação de líquidos por meio de impulsores giratórios auxilia no rompimento das paredes celulares durante processos de extração. A extração assistida por ultrassom (EAU) utiliza frequências acima de 20 kHz para gerar cavitação em meios líquidos, que nada mais é que o colapso de microbolhas de gás e vapor que ocorre quando as mudanças de pressão no meio são grandes o suficiente, para literalmente dilacerá-lo sob a influência do ultrassom. Com este colapso, há o rompimento celular e a transferência de massa para o meio. Um concentrado de proteína do farelo de arroz (CPFA) deve ter boa solubilidade, propriedades funcionais apropriadas, características organolépticas aceitáveis para serem utilizados como um ingrediente alimentar, e possuir aminoácidos essenciais. Os objetivos deste trabalho foram avaliar os efeitos do pH, temperatura, velocidade da agitação, tempo de agitação, tempo em banho ultrassônico e amplitude da potência na extração das proteínas do farelo de arroz, além de analisar a cor, funcionalidade do CPFA (capacidade de absorção de água e óleo, formação de espuma, estabilidade da espuma, capacidade emulsificante, estabilidade da emulsão e formação de gel), solubilidade, perfil de aminoácidos e sua aceitabilidade quando aplicado em suco de caju. MÉTODOS ─ Verificou-se o rendimento proteico em três tipos de extração alcalina: agitação, banho ultrassônico a 37 kHz e banho ultrassônico a 80 kHz. Numa primeira etapa, aplicou-se o planejamento fatorial fracionário 24-1 (com dois níveis, três repetições no ponto central), totalizando 11 ensaios, tendo como variáveis independentes para a extração com agitação: pH, tempo de agitação (min), velocidade da agitação (rpm) e temperatura (ºC), e para a extração em banho de ultrassom (37 e 80 kHz): pH, tempo de ultrassom (min), temperatura (ºC) e amplitude da potência (%). Na segunda etapa, as variáveis com efeitos significativos (p < 0,05) de cada tipo de extração foram submetidas ao Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR) 22 (quatro pontos axiais, três repetições no ponto central), totalizando 11 ensaios. As variáveis dependentes, resposta experimental e predita, foram expressas em g.100 mL-1 de extrato ± desvio padrão médio. Os efeitos foram validados pela Análise de Variância, por meio do software Statistica 8.0, sendo considerada a melhor condição de extração aquela com maior teor proteico e desta, obtido o concentrado. O teor de proteína bruta foi determinado por Kjeldahl e multiplicado por 5,95, e o rendimento, razão do conteúdo total da proteína no farelo de arroz pelo encontrado no CPFA. A cor do concentrado extraído por agitação e por ultrassom foi verificada por colorimetria instrumental e deste último método de extração, determinou-se a composição centesimal (%), minerais (µg.g-1), proteínas solúveis (%), capacidade de absorção de água e óleo (g de água.g-1 de amostra; g de óleo.g-1 de amostra), capacidade de formação de espuma (%), estabilidade da espuma (%), capacidade emulsificante (%), estabilidade da emulsão (%) e capacidade de formar gel, perfil de aminoácidos (g.100 g-1). A aplicabilidade foi verificada por avaliação sensorial de suco de caju (ordenação por preferência e aceitabilidade dos atributos: sabor, cor, aroma e impressão global). PRINCIPAIS RESULTADOS ─ A resposta ótima na extração alcalina com acompanhamento de agitação foi do teor de proteína de 48,53 % (b.s.), em pH 10, velocidade de agitação de 80 rpm, tempo de agitação de 300 min e temperatura de 45 ºC, representando o rendimento de 34,51% na extração. A interação entre as variáveis independentes pH, tempo de agitação e temperatura promoveram efeitos favoráveis para a técnica de extração das proteínas, enquanto que a velocidade de agitação não interfere de modo significativo. O planejamento experimental utilizado foi adequado para estudar os efeitos da associação da agitação mecânica ao processo de extração alcalina das proteínas do farelo de arroz. Nessas condições, o CPFA obtido apresentou forma de pó fino e textura aveludada, com valores de L* de 78,29 ± 0,95, a* -4,97 ± 0,05 e b* 16,51 ± 0,10 para a medida instrumental de cor. Quando se avaliou a extração alcalina associada ao banho ultrassônico, comparou-se o desempenho das frequências de 37 e 80 kHz, comprovou-se que na menor frequência houve maior extração. No ensaio com maior rendimento obteve-se um concentrado proteico com teor de proteína de 83,36% (b.s.), quando utilizado o pH 10, 30 min de ultrassom, 100% de amplitude da potência (30ºC) representando um rendimento de 4,74 % na extração. Portanto, a extração assistida pode ultrassom ser utilizada como um método alternativo para extrair proteínas do farelo de arroz, reduzindo o tempo de extração e consumindo menos energia. A EAU é uma técnica promissora e avançada para a extração de substâncias de interesse alimentar, oferecendo potencial para o desenvolvimento de novos produtos. O CPFA apresentou-se na forma cristalina com valores de L* de 60,42 ± 2,15, a* -1,31 ± 0,53 e b* 20,29 ± 1,39 para a medida instrumental de cor, observou-se menor solubilidade em pH 2, 3, 4 e 5, e maior solubilidade na faixa de pH 6 a 10. A capacidade de absorção de água e de óleo de 1,04 ± 0,07 g.g-1, e 11,75 ± 0,67 g.g-1, respectivamente, superior ao da referência Albumina Bovina Sérica (BSA). A maior quantidade de espuma formada ocorreu em pH 4 e 8 (41,17% ± 2,30; 48,47% ± 1,15) e menor em pH 6 (9,96% ± 0,00), porém a estabilidade das espumas formadas foi baixa em todos os pHs, e em ambos os casos, a BSA apresentou característica espumante superior. CPFA apresentou boa capacidade emulsificante em pH 2, 4, 6 e 8 (56,20% ± 5,39; 66,19% ± 6,57; 67,86% ± 0,19; 72,92% ± 2,95) comparáveis a BSA, mas emulsões menos estáveis em pH 2 (32,50% ± 3,54). Em temperatura de 30 ºC e 8 ºC, o CPFA apresentou baixa capacidade geleificante, com um gel frágil e pouco consistente. O perfil de aminoácidos do CPFA indicou a presença de ácido glutâmico, glicina, histidina, arginina, treonina, valina, metionina, isoleucina, leucina, fenilalanina e lisina, essenciais para a síntese das proteínas. O desempenho sensorial do CPFA foi avaliado em formulações de suco de caju adoçado contendo 0,1%; 0,3% e 0,5% de CPFA e ordenadas de acordo com a preferência de 60 provadores não treinados. Constatou-se que não houve diferença significativa entre as amostras (p > 0,05). Em função deste resultado, um teste de aceitação foi aplicado a 64 provadores não treinados, utilizando uma fórmula de suco de caju adoçado adicionada de 0,5% de CPFA e a Controle (sem CPFA). Verificou-se que houve diferença significativa (p < 0,05) entre as amostras nos atributos cor, sabor, aroma e impressão global. Os provadores gostaram moderadamente do Controle, mas foram indiferentes a fórmula com 0,5% de CPFA, uma vez que acentuou as características sensoriais do arroz ao suco de caju. O CPFA apresentou excelentes propriedades funcionais que o tornam um ingrediente promissor para a indústria alimentícia. / INTRODUCTION AND OBJECTIVES: Rice is the cereal most consumed in the world and during the processing, it is obtained the rice bran which represents 8% of the total weight of the grain. The defatted rice bran contains approximately 15% of protein of high nutritional value. The extraction techniques permit besides to extract, also to select and to separate substances. The extraction of rice bran proteins by alkaline medium is often used because they reach the maximum solubility in the pH and to assist in rupture of cell walls of a food. Mechanical and non-mechanical methods may be used. Mechanical stirring with the movement of liquid through rotating impellers assists in the disruption of the cell walls during extraction processes. The extraction assisted by the ultrasound (EAU) uses frequencies above 20 kHz to generate cavitation in liquids, which is the collapse of microbubbles of gas and vapor that occurs when the pressure changes in the middle are large enough to literally lacerate it under the influence of ultrasound. With this collapse, there is the cell disruption and the mass transfer to the environment. A rice bran protein concentrate (RBPC) should have good solubility, appropriate functional properties, acceptable sensory characteristics to be used as a food ingredient e to have essential amino acids. The objectives of this study were evaluate the effects of pH, temperature, speed of stirring, stirring time, time in ultrasonic bath and amplitude of the power in the extraction of rice bran protein, and analyzing the color, RBPC functionality (water and oil retention capacity, foaming, foam stability, emulsifying capacity, emulsion stability and gel formation), solubility, amino acid profile and its acceptability when applied in cashew juice. METHODS ─ It was verified the protein yield in three types of alkaline extraction: agitation, ultrasonic bath at 37 kHz and ultrasonic bath at 80 kHz. As a first step, it was applied the Fractional Factorial Planning 24-1 (with two levels, three replicates in the central point), totaling 11 trials, with the independent variables for extraction with stirring: pH, agitation time (min), speed stirring (rpm) and temperature (°C) and for the extraction in an ultrasound bath (37 and 80 kHz): pH, ultrasound time (min) temperature (°C) and power range (%). In the second stage, the variables with significant effects (p < 0.05) of each type of extraction were subjected to Design Central Composite Rotational (DCCR) 22 (four axial points, three repetitions at the central point), totaling 11 trials. The dependent variables, the experimental and predicted response were expressed in g.100 mL-1 extract ± average standard deviation. The effects were validated by analysis of variance, using software Statistica 8.0, being considered the best extraction condition one with the highest protein content and thus, obtained the concentrate. The crude protein content was determined by Kjeldahl and multiplied by 5.95. The yield was calculated as the ratio of the total content of protein in rice bran by the one found in the RBPC. The color of the concentrate extracted by stirring and by ultrasound was checked by instrumental colorimetry and from the latter extraction method, it was determined the chemical composition (%), minerals (μg.g-1), soluble protein (%), water and oil retention capacity (g water.g-1 sample; g oil.g-1 sample), foaming capacity (%), foam stability (%), emulsifying capacity (%), stability of emulsion (%), ability to form gel and amino acid profile (g.100 g-1). The applicability was checked by sensory evaluation of cashew juice (preference and acceptability of attributes as taste, color, smell and global impression). MAIN RESULTS ─ The optimal response in the alkaline extraction with monitoring of stirring was of 48.53% protein (DB), at pH 10, stirring speed of 80 rpm, stirring time of 300 min and temperature of 45 °C, representing the yield of 34.51% in extraction. The interaction between the independent variables as pH, stirring time and temperature promoted favorable effects on protein extraction technique while the stirring speed does not interfere significantly. The experimental planning used was adequate to study the effects of the combination of mechanical stirring to alkaline extraction process of rice bran protein. Under these conditions, RBPC obtained presented as a fine powder and velvety texture, with values of L* 78.29 ± 0.95, a* -4.97 ± 0.05 and b* 16.51 ± 0.10 for the instrumental color measurement. When assessing the alkaline extraction associated with the ultrasonic bath, it was compared the performance of the frequencies of 37 and 80 kHz, and it was proved that the lower frequencies have shown higher extraction. In the test with increased yield obtained a protein concentrate with a protein content of 83.36% (DB), when used pH 10, 30 min of ultrasound, 100% power range (30 °C), representing a yield of 4,74% extraction. Therefore, the UAE can be used as an alternative method for extracting rice bran protein, reducing the extraction time and consuming less power. UAE is a promising and advanced technique for extracting substances from food interest, offering potential for the development of new products. The RBPC presented in the crystalline form with values L* 60.42 ± 2.15, a* -1.31 ± 0.53 and b*20.29 ± 1.39 for instrumental measurement of color. It was observed a lower solubility at pH 2, 3, 4 and 5, but greater solubility in the pH range 6 to 10. The water and oil absorption capacity was 1.04 ± 0.07 g.g-1 and 11.75% ± 0.67 g.g-1, respectively, higher to reference Bovine Serum Albumin (BSA). The greater amount of foam was formed in pH 4 and 8 (41.17% ± 2.30, 48.47% ± 1.15) and lower at pH 6 (9.96% ± 0.00), but the stability of the formed foam was low at all pHs and in both cases, and BSA showed higher foaming characteristics. RBPC showed good emulsifying capacity at pH 2, 4, 6 and 8 (56.20% ± 5.39, 66.19% ± 6.57, 67.86% ± 0.19, 72.92% ± 2.95) comparable to BSA, but less stable emulsions at pH 2 (32.50% ± 3.54). In temperature of 30 °C and 8 °C, the RBPC showed low gelling capacity with a fragile gel and little consistent. The amino acid profile of the RBPC presented good amounts of glutamic acid, glycine, histidine, arginine, threonine, valine, methionine, isoleucine, leucine, phenylalanine and lysine, essential for protein synthesis. The sensory performance of the RBPC was evaluated in formulations of sweetened cashew juice containing 0.1%; 0.3% and 0.5% RBPC and ordered according to the preference of 60 untrained panelists. It was observed that there was no significant difference between the samples (p > 0.05). Due to this result, an acceptance test was applied to 64 untrained panelists using a formula of sweetened cashew juice added with 0.5% of RBPC and the control formula (without RBPC). It was found that there was a significant difference (p < 0.05) between samples in attributes as taste, color, smell and overall impression. Tasters liked moderately the control formula, but were indifferent to the formula with 0.5% RBPC because the sensory characteristics of the rice were accentuated. The RBPC presented excellent functional properties that make it a promising ingredient for the food industry. / 5000

Esta dissertação é composta por 5 artigos. / CNPq / INTRODUÇÃO E OBJETIVOS: O arroz é um dos cereais mais consumidos no mundo e durante o seu beneficiamento, obtém-se o farelo que representa cerca de 8% do peso total do grão. O farelo de arroz desengordurado contém aproximadamente 15% de proteínas de alto valor nutricional. As técnicas de extração permitem além de extrair, selecionar e separar e determinadas substâncias. A extração das proteínas do farelo de arroz em meio alcalino é muito utilizada porque neste pH sua solubilidade é máxima e há a ruptura das paredes celulares. Podem ser usados métodos mecânicos e não mecânicos. A agitação mecânica com a movimentação de líquidos por meio de impulsores giratórios auxilia no rompimento das paredes celulares durante processos de extração. A extração assistida por ultrassom (EAU) utiliza frequências acima de 20 kHz para gerar cavitação em meios líquidos, que nada mais é que o colapso de microbolhas de gás e vapor que ocorre quando as mudanças de pressão no meio são grandes o suficiente, para literalmente dilacerá-lo sob a influência do ultrassom. Com este colapso, há o rompimento celular e a transferência de massa para o meio. Um concentrado de proteína do farelo de arroz (CPFA) deve ter boa solubilidade, propriedades funcionais apropriadas, características organolépticas aceitáveis para serem utilizados como um ingrediente alimentar, e possuir aminoácidos essenciais. Os objetivos deste trabalho foram avaliar os efeitos do pH, temperatura, velocidade da agitação, tempo de agitação, tempo em banho ultrassônico e amplitude da potência na extração das proteínas do farelo de arroz, além de analisar a cor, funcionalidade do CPFA (capacidade de absorção de água e óleo, formação de espuma, estabilidade da espuma, capacidade emulsificante, estabilidade da emulsão e formação de gel), solubilidade, perfil de aminoácidos e sua aceitabilidade quando aplicado em suco de caju. MÉTODOS ─ Verificou-se o rendimento proteico em três tipos de extração alcalina: agitação, banho ultrassônico a 37 kHz e banho ultrassônico a 80 kHz. Numa primeira etapa, aplicou-se o planejamento fatorial fracionário 24-1 (com dois níveis, três repetições no ponto central), totalizando 11 ensaios, tendo como variáveis independentes para a extração com agitação: pH, tempo de agitação (min), velocidade da agitação (rpm) e temperatura (ºC), e para a extração em banho de ultrassom (37 e 80 kHz): pH, tempo de ultrassom (min), temperatura (ºC) e amplitude da potência (%). Na segunda etapa, as variáveis com efeitos significativos (p < 0,05) de cada tipo de extração foram submetidas ao Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR) 22 (quatro pontos axiais, três repetições no ponto central), totalizando 11 ensaios. As variáveis dependentes, resposta experimental e predita, foram expressas em g.100 mL-1 de extrato ± desvio padrão médio. Os efeitos foram validados pela Análise de Variância, por meio do software Statistica 8.0, sendo considerada a melhor condição de extração aquela com maior teor proteico e desta, obtido o concentrado. O teor de proteína bruta foi determinado por Kjeldahl e multiplicado por 5,95, e o rendimento, razão do conteúdo total da proteína no farelo de arroz pelo encontrado no CPFA. A cor do concentrado extraído por agitação e por ultrassom foi verificada por colorimetria instrumental e deste último método de extração, determinou-se a composição centesimal (%), minerais (µg.g-1), proteínas solúveis (%), capacidade de absorção de água e óleo (g de água.g-1 de amostra; g de óleo.g-1 de amostra), capacidade de formação de espuma (%), estabilidade da espuma (%), capacidade emulsificante (%), estabilidade da emulsão (%) e capacidade de formar gel, perfil de aminoácidos (g.100 g-1). A aplicabilidade foi verificada por avaliação sensorial de suco de caju (ordenação por preferência e aceitabilidade dos atributos: sabor, cor, aroma e impressão global). PRINCIPAIS RESULTADOS ─ A resposta ótima na extração alcalina com acompanhamento de agitação foi do teor de proteína de 48,53 % (b.s.), em pH 10, velocidade de agitação de 80 rpm, tempo de agitação de 300 min e temperatura de 45 ºC, representando o rendimento de 34,51% na extração. A interação entre as variáveis independentes pH, tempo de agitação e temperatura promoveram efeitos favoráveis para a técnica de extração das proteínas, enquanto que a velocidade de agitação não interfere de modo significativo. O planejamento experimental utilizado foi adequado para estudar os efeitos da associação da agitação mecânica ao processo de extração alcalina das proteínas do farelo de arroz. Nessas condições, o CPFA obtido apresentou forma de pó fino e textura aveludada, com valores de L* de 78,29 ± 0,95, a* -4,97 ± 0,05 e b* 16,51 ± 0,10 para a medida instrumental de cor. Quando se avaliou a extração alcalina associada ao banho ultrassônico, comparou-se o desempenho das frequências de 37 e 80 kHz, comprovou-se que na menor frequência houve maior extração. No ensaio com maior rendimento obteve-se um concentrado proteico com teor de proteína de 83,36% (b.s.), quando utilizado o pH 10, 30 min de ultrassom, 100% de amplitude da potência (30ºC) representando um rendimento de 4,74 % na extração. Portanto, a extração assistida pode ultrassom ser utilizada como um método alternativo para extrair proteínas do farelo de arroz, reduzindo o tempo de extração e consumindo menos energia. A EAU é uma técnica promissora e avançada para a extração de substâncias de interesse alimentar, oferecendo potencial para o desenvolvimento de novos produtos. O CPFA apresentou-se na forma cristalina com valores de L* de 60,42 ± 2,15, a* -1,31 ± 0,53 e b* 20,29 ± 1,39 para a medida instrumental de cor, observou-se menor solubilidade em pH 2, 3, 4 e 5, e maior solubilidade na faixa de pH 6 a 10. A capacidade de absorção de água e de óleo de 1,04 ± 0,07 g.g-1, e 11,75 ± 0,67 g.g-1, respectivamente, superior ao da referência Albumina Bovina Sérica (BSA). A maior quantidade de espuma formada ocorreu em pH 4 e 8 (41,17% ± 2,30; 48,47% ± 1,15) e menor em pH 6 (9,96% ± 0,00), porém a estabilidade das espumas formadas foi baixa em todos os pHs, e em ambos os casos, a BSA apresentou característica espumante superior. CPFA apresentou boa capacidade emulsificante em pH 2, 4, 6 e 8 (56,20% ± 5,39; 66,19% ± 6,57; 67,86% ± 0,19; 72,92% ± 2,95) comparáveis a BSA, mas emulsões menos estáveis em pH 2 (32,50% ± 3,54). Em temperatura de 30 ºC e 8 ºC, o CPFA apresentou baixa capacidade geleificante, com um gel frágil e pouco consistente. O perfil de aminoácidos do CPFA indicou a presença de ácido glutâmico, glicina, histidina, arginina, treonina, valina, metionina, isoleucina, leucina, fenilalanina e lisina, essenciais para a síntese das proteínas. O desempenho sensorial do CPFA foi avaliado em formulações de suco de caju adoçado contendo 0,1%; 0,3% e 0,5% de CPFA e ordenadas de acordo com a preferência de 60 provadores não treinados. Constatou-se que não houve diferença significativa entre as amostras (p > 0,05). Em função deste resultado, um teste de aceitação foi aplicado a 64 provadores não treinados, utilizando uma fórmula de suco de caju adoçado adicionada de 0,5% de CPFA e a Controle (sem CPFA). Verificou-se que houve diferença significativa (p < 0,05) entre as amostras nos atributos cor, sabor, aroma e impressão global. Os provadores gostaram moderadamente do Controle, mas foram indiferentes a fórmula com 0,5% de CPFA, uma vez que acentuou as características sensoriais do arroz ao suco de caju. O CPFA apresentou excelentes propriedades funcionais que o tornam um ingrediente promissor para a indústria alimentícia. / INTRODUCTION AND OBJECTIVES: Rice is the cereal most consumed in the world and during the processing, it is obtained the rice bran which represents 8% of the total weight of the grain. The defatted rice bran contains approximately 15% of protein of high nutritional value. The extraction techniques permit besides to extract, also to select and to separate substances. The extraction of rice bran proteins by alkaline medium is often used because they reach the maximum solubility in the pH and to assist in rupture of cell walls of a food. Mechanical and non-mechanical methods may be used. Mechanical stirring with the movement of liquid through rotating impellers assists in the disruption of the cell walls during extraction processes. The extraction assisted by the ultrasound (EAU) uses frequencies above 20 kHz to generate cavitation in liquids, which is the collapse of microbubbles of gas and vapor that occurs when the pressure changes in the middle are large enough to literally lacerate it under the influence of ultrasound. With this collapse, there is the cell disruption and the mass transfer to the environment. A rice bran protein concentrate (RBPC) should have good solubility, appropriate functional properties, acceptable sensory characteristics to be used as a food ingredient e to have essential amino acids. The objectives of this study were evaluate the effects of pH, temperature, speed of stirring, stirring time, time in ultrasonic bath and amplitude of the power in the extraction of rice bran protein, and analyzing the color, RBPC functionality (water and oil retention capacity, foaming, foam stability, emulsifying capacity, emulsion stability and gel formation), solubility, amino acid profile and its acceptability when applied in cashew juice. METHODS ─ It was verified the protein yield in three types of alkaline extraction: agitation, ultrasonic bath at 37 kHz and ultrasonic bath at 80 kHz. As a first step, it was applied the Fractional Factorial Planning 24-1 (with two levels, three replicates in the central point), totaling 11 trials, with the independent variables for extraction with stirring: pH, agitation time (min), speed stirring (rpm) and temperature (°C) and for the extraction in an ultrasound bath (37 and 80 kHz): pH, ultrasound time (min) temperature (°C) and power range (%). In the second stage, the variables with significant effects (p < 0.05) of each type of extraction were subjected to Design Central Composite Rotational (DCCR) 22 (four axial points, three repetitions at the central point), totaling 11 trials. The dependent variables, the experimental and predicted response were expressed in g.100 mL-1 extract ± average standard deviation. The effects were validated by analysis of variance, using software Statistica 8.0, being considered the best extraction condition one with the highest protein content and thus, obtained the concentrate. The crude protein content was determined by Kjeldahl and multiplied by 5.95. The yield was calculated as the ratio of the total content of protein in rice bran by the one found in the RBPC. The color of the concentrate extracted by stirring and by ultrasound was checked by instrumental colorimetry and from the latter extraction method, it was determined the chemical composition (%), minerals (μg.g-1), soluble protein (%), water and oil retention capacity (g water.g-1 sample; g oil.g-1 sample), foaming capacity (%), foam stability (%), emulsifying capacity (%), stability of emulsion (%), ability to form gel and amino acid profile (g.100 g-1). The applicability was checked by sensory evaluation of cashew juice (preference and acceptability of attributes as taste, color, smell and global impression). MAIN RESULTS ─ The optimal response in the alkaline extraction with monitoring of stirring was of 48.53% protein (DB), at pH 10, stirring speed of 80 rpm, stirring time of 300 min and temperature of 45 °C, representing the yield of 34.51% in extraction. The interaction between the independent variables as pH, stirring time and temperature promoted favorable effects on protein extraction technique while the stirring speed does not interfere significantly. The experimental planning used was adequate to study the effects of the combination of mechanical stirring to alkaline extraction process of rice bran protein. Under these conditions, RBPC obtained presented as a fine powder and velvety texture, with values of L* 78.29 ± 0.95, a* -4.97 ± 0.05 and b* 16.51 ± 0.10 for the instrumental color measurement. When assessing the alkaline extraction associated with the ultrasonic bath, it was compared the performance of the frequencies of 37 and 80 kHz, and it was proved that the lower frequencies have shown higher extraction. In the test with increased yield obtained a protein concentrate with a protein content of 83.36% (DB), when used pH 10, 30 min of ultrasound, 100% power range (30 °C), representing a yield of 4,74% extraction. Therefore, the UAE can be used as an alternative method for extracting rice bran protein, reducing the extraction time and consuming less power. UAE is a promising and advanced technique for extracting substances from food interest, offering potential for the development of new products. The RBPC presented in the crystalline form with values L* 60.42 ± 2.15, a* -1.31 ± 0.53 and b*20.29 ± 1.39 for instrumental measurement of color. It was observed a lower solubility at pH 2, 3, 4 and 5, but greater solubility in the pH range 6 to 10. The water and oil absorption capacity was 1.04 ± 0.07 g.g-1 and 11.75% ± 0.67 g.g-1, respectively, higher to reference Bovine Serum Albumin (BSA). The greater amount of foam was formed in pH 4 and 8 (41.17% ± 2.30, 48.47% ± 1.15) and lower at pH 6 (9.96% ± 0.00), but the stability of the formed foam was low at all pHs and in both cases, and BSA showed higher foaming characteristics. RBPC showed good emulsifying capacity at pH 2, 4, 6 and 8 (56.20% ± 5.39, 66.19% ± 6.57, 67.86% ± 0.19, 72.92% ± 2.95) comparable to BSA, but less stable emulsions at pH 2 (32.50% ± 3.54). In temperature of 30 °C and 8 °C, the RBPC showed low gelling capacity with a fragile gel and little consistent. The amino acid profile of the RBPC presented good amounts of glutamic acid, glycine, histidine, arginine, threonine, valine, methionine, isoleucine, leucine, phenylalanine and lysine, essential for protein synthesis. The sensory performance of the RBPC was evaluated in formulations of sweetened cashew juice containing 0.1%; 0.3% and 0.5% RBPC and ordered according to the preference of 60 untrained panelists. It was observed that there was no significant difference between the samples (p > 0.05). Due to this result, an acceptance test was applied to 64 untrained panelists using a formula of sweetened cashew juice added with 0.5% of RBPC and the control formula (without RBPC). It was found that there was a significant difference (p < 0.05) between samples in attributes as taste, color, smell and overall impression. Tasters liked moderately the control formula, but were indifferent to the formula with 0.5% RBPC because the sensory characteristics of the rice were accentuated. The RBPC presented excellent functional properties that make it a promising ingredient for the food industry. / 5000

Orientadores: José Gilberto Dalfré Filho, Ana Inés Borri Genovez / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-25T02:40:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Assis_MaiaraPereira_M.pdf: 4163936 bytes, checksum: 61db4f21a77d3fbfc1e65f7eb123dbfe (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: As discussões acerca da escassez de água e da sua qualidade para consumo humano são primordiais no contexto da gestão dos recursos hídricos. A água lançada na forma de esgoto doméstico e industrial nos corpos hídricos representa uma ameaça à saúde pública. Contudo, a qualidade da água pode ser melhorada controlando-se a poluição e aprimorando-se as técnicas de inativação de microrganismos e de degradação de compostos, que consistem na destruição de microrganismos e de compostos químicos excedentes. Uma das técnicas alternativas de inativação e degradação é empregar o fenômeno da cavitação. A cavitação desenvolve altas tensões de cisalhamento no interior do fluido e, além do mais, pode envolver a liberação de radical hidroxila, que auxiliam na oxidação de compostos presentes na água. O objetivo deste trabalho foi desenvolver um equipamento tipo jato cavitante para a inativação de Escherichia coli, empregando uma nova configuração com múltiplos jatos. A nova configuração do equipamento foi testada e comparada com a configuração existente no Laboratório de Hidráulica e Mecânica dos Fluidos, na busca de uma eficiência ótima. Os resultados indicam uma dependência da inativação com a pressão do equipamento e a configuração de bocais. Um bocal com orifício único e pressões menores (até 15,00 MPa) ou um sistema de bocais tridimensional e pressões maiores (em torno de 30,00 MPa) obtiveram as melhores taxas de inativação. As eficiências energéticas do equipamento tipo jato cavitante para cada taxa de inativação foram verificadas. Neste caso, as melhores alternativas dependem do tempo de inativação requerido. O equipamento tipo jato cavitante mostrou-se como uma alternativa viável para a inativação de Escherichia coli e que pode ser empregado com outras técnicas de inativação / Abstract: Discussions on the scarcity of water and its quality for human consumption are keys for the water resources management. The water released as domestic and industrial sewage in water bodies poses a threat to public health. However, the water quality can be improved by controlling pollution and by improving the techniques of inactivation of microorganisms and degradation of compounds, which consists of destruction of microorganisms and degradation of chemicals. One of the alternative techniques for inactivation and degradation is to employ the phenomenon of cavitation. Cavitation develops shear stress within the fluid and, besides, may involve the release of hydroxyl radicals, which assist the oxidation of the compounds present in the water. The objective of this study was to develop a cavitating jet apparatus to inactivate Escherichia coli, using a new configuration with multiple jets. The new configuration of the equipment was tested and compared with the existing configuration at the Laboratory of Hydraulics and Fluid Mechanics in the search for the optimal efficiency. The results indicated a dependence of inactivation with the pressure of the equipment and the configuration of nozzles. A single orifice nozzle and lower pressures (up to 15.00 MPa) or a system of three-dimensional nozzles and higher pressures (around 30.00 MPa) obtained the best inactivation rates. The energy efficiency of the cavitating jet apparatus in the rate of inactivation was verified. In this case, the best alternatives depend on the time required for inactivation. The cavitating jet apparatus proved to be a viable alternative to the inactivation of Escherichia coli and can be used along with other inactivation techniques / Mestrado / Recursos Hidricos, Energeticos e Ambientais / Mestra em Engenharia Civil

Orientador: Ana Ines Borri Genovez / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil / Made available in DSpace on 2018-08-04T10:56:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DalfreFilho_JoseGilberto_D.pdf: 10243119 bytes, checksum: 5829e5204ff010a8a6d3e3a1d85f4916 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: O equipamento tipo jato cavitante utiliza um bocal especialmente projetado para simular o fenômeno da cavitação desgastando uma amostra em um período de tempo curto. Isso ocorre, sobretudo, devido à magnitude da velocidade. Para maior eficiência do jato cavitante é necessária uma combinação da geometria do bocal, do diâmetro do orifício e da pressão disponível. No caso das estruturas hidráulicas se verifica o efeito simultâneo do fenômeno da cavitação e do impacto de um jato de alta velocidade. O objetivo deste trabalho foi desenvolver um equipamento tipo jato cavitante para avaliar o desgaste ocasionado pela cavitação em amostras de concreto. O estudo foi realizado no Laboratório de Hidráulica e Mecânica dos Fluidos da Faculdade de Engenharia Civil. A instalação permite variar os parâmetros de ensaio, de forma a obter a máxima eficiência do equipamento e definir o comportamento da amostra. O índice de cavitação de 0,14 é adequado aos ensaios em concretos de estruturas hidráulicas. Recomenda-se uma velocidade do jato em torno de 150 m/s, a adoção de 0,05 m de distância entre o bocal e a amostra e o uso de bocal cônico de 132°, com arestas vivas. A partir dos testes realizados, sugere-se um tempo de ensaio de quatro minutos para avaliação da resistência dos materiais face à ação da cavitação. Conclui-se que o equipamento tipo jato cavitante se mostrou adequado e eficiente para avaliação do desgaste provocado pela ação da cavitação, em um tempo curto de ensaio. As características do banco de ensaio permitem que ele seja instalado em laboratório ou em campo / Abstract: The cavitating jet apparatus uses an especially projected nozzle to produce cavitation and have the advantage of induce cavitational flow with short time test. That is due, mainly, to the magnitude of velocity. In order to obtain great efficiency of the cavitating jet apparatus one has to combine the nozzle geometry, the orifice diameter and the necessary pressure. In hydraulic structures it is verified the simultaneous effect of the cavitation phenomenon and the impact of a high velocity jet. The objective of this work was to develop a cavitating jet apparatus to evaluate the erosion caused by cavitation in concrete samples. The study was carried out in the Hydraulics and Fluid Mechanics Laboratory of the Civil Engineering, Architecture and Urbanism College. The installation allows varying the tests parameters, to get the maximum efficiency of the equipment and to obtain the sample damage. A cavitation index of 0,14 showed to be a value where damage in hydraulics structures was presented. It is suggested to perform tests with a jet velocity of approximately 150 m/s, the adoption of 0,05 m of distance between the nozzle and the sample and also the use of conical 132° nozzle with sharp edges, which showed to be adequate to the laboratory experiment with concretes ordinarily used in hydraulic structures. According to the tests, it can be normalize the adoption of four minutes test for evaluation of the cavitation samples resistance. It is concluded that the cavitating jet apparatus is adequate and efficient for evaluation of erosion through cavitation action in a short time tests. The characteristics of the experimental installation allow its use either in laboratory or in field tests / Doutorado / Recursos Hidricos / Doutor em Engenharia Civil