En esta tesis presento observaciones de la emisión en las líneas moleculares C8(2 -+ 1) y 13CO(2 -+ 1) hechas con el telescopio 8E8T, hacia las regiones de formación estelar NGC 6334 y NGC 6357. Observé un total de 68 posiciones, todas ellas asociadas con máximos de emisión en el continuo de polvo a 1.2 mm.

Doctor en Ciencias de la Ingeniería, Mención Fluidodinámica / El estudio de flujos granulares resulta importante en distintas aplicaciones industriales, como también para lograr una mejor comprensión de fenómenos naturales. Los flujos granulares que ocurren en la naturaleza muchas veces presentan un gran poder destructivo. Por ello, la predicción de la ocurrencia y comportamiento de éstos a escalas geofísicas resulta de gran interés para el ordenamiento territorial y evaluación del riesgo en asentamientos humanos y numerosas faenas industriales. Ejemplos de flujos granulares a escalas geofísicas son: flujos detríticos (aluviones), flujos piroclásticos, avalanchas de nieve y avalanchas de roca. Esta tesis está estructurada en base a una serie de artículos de investigación originales autocontenidos en la que se aborda el estudio de la dinámica interna de flujos granulares densos. En el presente trabajo se presenta una serie de resultados experimentales sobre flujos granulares compuestos por mezclas aire-partículas, con diferentes grados de fluidización inicial, inducidos sobre un canal rectangular (experimentos tipo rompimiento de presa ). También se presentan resultados experimentales y numéricos respecto del proceso de defluidización de mezclas aire-partículas en columnas estáticas. Los resultados obtenidos aportan nuevos conocimientos respecto de la física de los flujos granulares densos. Diversos estudios coinciden en que el fluido intersticial, incluso cuando es aire, resulta de gran importancia en la dinámica de los flujos granulares. Las partículas utilizadas en el estudio experimental pertenecen al grupo A según la clasificación del Geldart. Ensayos experimentales han mostrado que mezclas de partículas obtenidas en depósitos de flujos piroclásticos ricos en cenizas presentan un comportamiento del tipo A cuando son sometidas a fluidización por gas. Por ello, los resultados obtenidos en este trabajo tienen especial relevancia para entender la mecánica de flujos piroclásticos densos ricos en cenizas. Además, comportamientos similares a los esperados en mezclas aire-partículas del tipo A han sido observados en mezclas detríticas (agua-partículas) durante procesos de defluidización producto de la autoconsolidación de las mezclas debido a su propio peso. Para llevar acabo esta tesis, en primer lugar se realizaron experimentos tipo rompimiento de presa de mezclas granulares fluidizadas en distintas proporciones. Los resultados obtenidos fueron comparados con flujos derivados de mezclas no fluidizadas y flujos de agua pura, todos ensayados en la misma instalación experimental. La evolución espaciotemporal de la presión de poros en el fondo de los flujos granulares generados y a lo largo del canal experimental fue estudiada mediante un segundo conjunto de experimentos. Técnicas de análisis de imágenes de video permitieron correlacionar la estructura observada del flujo con las señales de presión obtenidas. En particular, con imágenes de video obtenidas a lo largo del canal se estudió los patrones de depositación del flujo. Nuevos experimentos, consistentes en medir la evolución de la presión de poros en mezclas estáticas (columnas) previamente fluidizadas, permitieron estudiar los mecanismos que controlan la difusión de la presión de poros en éstas. Este estudio fue complementado con un modelo numérico capaz de representar de buena forma los resultados experimentales obtenidos. A pesar de que en flujos granulares la difusión de la presión de poros puede ser controlada por otros procesos más complejos que aquellos presentes en el caso estático, este simple experimento aporta nuevas ideas respecto al proceso de difusión de la presión de poros en mezclas inicialmente fluidizadas. Finalmente, se estudió experimentalmente el alcance de los flujos granulares, para todo el rango de fluidización (desde nula a completamente fluidizado) en canales con distintas pendientes. En resumen, nuestros resultados enfatizan la capacidad de la presión de poros en aumentar la movilidad de mezclas fluido-partículas. El incremento en las escalas de tiempo de difusión de la presión de poros debido a la consolidación de mezclas fluidizadas y expandidas causan un notable incremento en el alcance de los flujos, cuando se comparan con mezclas no fluidizadas y no expandidas.

[pt] Materiais granulares, por sua enorme gama de aplicaçõesindustriais (da indústria alimentícia à astrofísica), vêm sendo cada vez mais estudados durante as últimas duas décadas. No entanto, muito da descrição física inerente ao comportamento deste tipo de material ainda elude os cientistas, tornando este um campo particularmente rico de investigação. Dentre as questões insolutas, estão algumas de crescente interesse, como os mecanismos de fluxo e transporte de grãos, que descrevem fenômenos como a difusão correlacionada e a formação de bandas de cisalhamento, por exemplo. Através de modelos fenomenológicos e matemáticos, este trabalho visa melhorar a compreensão destes fenômenos e dos mecanismos por trás deles, em especial a participação fundamental dos arcos de forças formados pelos grãos. Através de um modelo fenomenológico razoavelmente simples e de simulações computacionais, o papel dos arcos fica evidente ao se observar, nas simulações, o comportamento característico da formação de bandas de cisalhamento, reproduzindo resultados experimentais e previsões de modelos teóricos encontrados na literatura. Concomitantemente, foi desenvolvido um modelo matemático teórico para se descrever a difusão correlacionada de grãos, fenômeno que acreditamos estar baseado no mesmo princípio de transporte através dos arcos, reproduzindo o comportamento qualitativo de simulações computacionais. / [en] Granular materials, due to their huge amount of industrial applications (from food industry to astrophysics), have been the object of an increasing number of studies throughout the last couple of decades. Much of the physical description concerning the behaviour of this kind of material, however, still eludes scientists, turning this field of research into a particularly rich one. Among the unsolved questions in this area there are some of growing interest, such as the mechanisms of grains transport and flux, which describe phenomena like correlated diffusion and the formation of shear bands, for example. By means of phenomenological and mathematical models, this work tries to improve the understanding of these phenomena and the mechanisms behind them, particularly the fundamental role of arches of forces created by the grains. Using a relatively simple phenomenological model and computer simulations, the role of arches becomes evident when it is observed, in the simulations, the characteristic behaviour of shear bands formation, reproducing experimental results and the predictions of theoretical models found in the literature. Simultaneously, a theoretical mathematical model was developed to describe granular correlated diffusion, a phenomenon we believe is based on the same principle of transportation by means of arches, reproducing the qualitative behaviour of computer simulations.

El estudio de los flujos granulares ha adquirido gran interés en las últimas décadas, no sólo por su impacto económico, ambiental y científico, sino también porque su ocurrencia a escala geológica genera grandes riesgos sobre la población y la infraestructura alrededor del mundo. Esto ha originado dentro del ámbito de la ingeniería la necesidad de contar con modelos dinámicos que sean capaces de predecir en forma confiable la evolución espacio temporal de estos fenómenos, para lo cual es fundamental identificar, caracterizar y cuantificar los mecanismos de interacción entre los granos. En este contexto, el presente trabajo tiene por objeto mostrar los resultados cuantitativos y cualitativos de un estudio experimental de flujos de materiales granulares densos y secos, generados en un canal de fondo deslizante. Este canal posee un largo útil de 3 m, paredes de vidrio de 40 cm de altura, un ancho útil de 18.6 cm y una cinta que desliza por el fondo a una velocidad que varía en el rango de 0 a 180 cm/s. Los materiales granulares utilizados en este experimento correspondieron a gravas finas, medianas y gruesas y esferas plásticas. A modo de comparación, se condujeron en forma paralela experimentos consistentes en flujos de esferas plásticas en un canal de fondo fijo de inclinación variable. Este canal posee un largo útil de 3 m, paredes de acrílico de 50 cm de altura y ancho útil de 20 cm. En ambas instalaciones, leyes de resistencia y parámetros adimensionales característicos fueron determinados a partir de las mediciones de altura, velocidad y pendiente del canal. También se obtuvieron imágenes del movimiento de las partículas en la pared del canal y en la superficie del flujo, usando una cámara de video de alta velocidad. Estas fueron analizadas posteriormente en forma cualitativa y cuantitativa, mediante procesos de tratamiento de imágenes y la aplicación de técnicas PIV (“Particle Image Velocimetry”) y PTV (“Particle Tracking Velocimetry”) para la obtención de la distribución de velocidades. A partir de las mediciones realizadas en esferas y sedimentos en el canal de fondo deslizante, se calcularon los números de Froude, Savage y Coulomb resultando ellos en el rango 0<Fr<3, 0<Sa<0.11 y 0<Co<1 para sedimentos y 0<Fr<2.5, 0<Sa<0.036 y 0<Co<0.05 para esferas, lo que indica que en los flujos experimentados domina la fricción intergranular por sobre las colisiones. Las relaciones entre el Fr y la altura relativa h/d determinadas para esferas y sedimentos, indican que la velocidad de la cinta depende débilmente de la altura de escurrimiento. Estos resultados no concuerdan con los obtenidos en el canal de fondo fijo. En el canal de fondo deslizante, la aplicación al flujo de sedimento natural de las técnicas de velocimetría condujo a resultados que no concuerdan con las observaciones y mediciones visuales, lo que llevó a descartarlos para la determinación de los perfiles de velocidad. Esto no sucedió con el flujo de esferas plásticas, donde los perfiles de velocidad revelaron la influencia de las paredes ubicadas en los extremos del canal, generando esfuerzos confinantes del flujo y contribuyendo al comportamiento friccional de éste. Se postula que los resultados globales de este estudio están fuertemente influenciados por las paredes ubicadas en ambos extremos del canal, los que generan esfuerzos de confinamiento que constriñen el movimiento del flujo y afectan por lo tanto la estructura cinemática de éstos, cuestionando la validez del uso de instalaciones de fondo deslizante como transformación galileana del flujo generado en canales de fondo fijo.

La mayoría de los flujos granulares densos en la naturaleza, tales como avalanchas de detritos, flujos piroclásticos, deslizamientos de tierra y avalanchas subacuáticas, están constituidos por una amplia gama de diferentes componentes sólidas inmersas en un fluido ambiente. Con el objeto de obtener una buena representación de la dinámica de estos flujos, se debe considerar los mecanismos de interacción entre los diferentes componentes de la mezcla. En este trabajo de tesis, se desarrolló un marco teórico basado en la teoría de mezcla para representar la dinámica de un flujo denso de material granular heterogéneo compuesto por varias especies sólidas con diferentes propiedades, sumergidas en un fluido Newtoniano. El sistema de ecuaciones obtenido fue resuelto numéricamente y validado mediante la comparación de los resultados numéricos con mediciones experimentales de flujos gravitacionales de material granular, generados por el colapso de una columna bidimensional de granos usando aire o agua como fluido ambiente. Esta teoría fue luego utilizada para investigar los efectos del fluido ambiente sobre la dinámica de flujos gravitacionales de material granular homogéneo, y los efectos de la segregación de partículas en la dinámica de flujos granulares compuestos por mezclas binarias de pequeñas y grandes partículas esféricas de igual densidad másica. Los resultados obtenidos sugieren que las ecuaciones propuestas capturan las características esenciales que describen la dinámica de flujos granulares densos heterogéneos. En particular, se demuestra que el fluido ambiente modifica la dinámica del flujo granular a través de cambios en la presión hidrodinámica del fluido e interacciones de arrastre entre el fluido y los sólidos. Por un lado, la presión hidrodinámica del fluido puede soportar el peso reducido de los sólidos, induciendo así una transición desde un flujo granular denso compactado a un flujo granular denso en suspensión. Por otro lado, las fuerzas de arrastre contrarrestan el movimiento de los sólidos, especialmente cerca de la pared. Además, se demuestra que la segregación del material granular aumenta la velocidad del frente debido a la expansión volumétrica del flujo. Este aumento en la velocidad del flujo es amortiguado por el fluido ambiente, comportamiento que es más pronunciado en agua que en aire. Por lo tanto, la velocidad del frente resulta del equilibrio entre la expansión volumétrica causada por la segregación y la fuerza de arrastre impuesta por el fluido ambiente. Los resultados de esta tesis permiten concluir que un modelo realista para flujos granulares heterogéneos debe considerar al menos tres componentes: granos grandes y pequeños, y el fluido ambiente. De esta forma, el marco teórico propuesto en esta tesis podría ser útil para estudiar la dinámica a gran escala de este tipo de flujos en la naturaleza, como lo son los flujos geofísicos. Los resultados principales de esta tesis fueron publicados en dos artículos científicos, el primero en el Journal of Fluid Mechanics (2010, 648: 381 - 404), y el segundo sometido a revisión en la misma revista.

A busca por membranas com propriedades adequadas a separação de gases em escala industrial tem levado a modificação e sIntese de polImeros de engenharia, com objetivo de obter membranas com propriedades adequadas. Uma das modificaçoes que tem se apresentado promissora é a inserção de grupos sulfônicos em polImeros comerciais. Espera-se que o polImero sulfonado apresente um aumento na permeação de gases polares, em relação a gases apolares, devido a sua estrutura mais polar e flexIvel. Neste contexto, o objetivo do presente trabalho é a sIntese e caracterização de membranas de poli(éter imida) sulfonada para a permeação de gases. Um planejamento experimental foi desenvolvido, em diferentes condiçoes reacionais de temperatura, tempo e excesso de um dos reagentes (ácido acético), para a sIntese de poli(éter imida) sulfonada (SPEI). Através deste planejamento, constatou-se que as variáveis que mais influenciam o grau de sulfonação são a temperatura e o tempo. O polImero com o maior grau de sulfonação, determinado por capacidade de troca iônica (IEC= 92 mEq H+/g), foi utilizado para o preparo da membrana de SPEI, obtida pela técnica de inversão de fase por evaporação do solvente, utilizando-se clorofórmio como solvente. Este filme foi caracterizado a partir das seguintes análises: espectroscopia de infravermelho (FTIR), calorimetria diferencial de varredura (DSC), análise termogravimétrica (TGA) e microscopia eletrônica de varredura (MEV), a fim de avaliar a influência da inserção do grupo sulfônico na matriz polimérica. O espectro de infravermelho de SPEI apresentou bandas relacionadas as vibraçoes assimétricas em 1240 cm-1 (ligação O=S=O), ligação simétrica em 1171 cm-1 (O=S=O) e ligação S-O entre 1010-1024 cm-1. Isto indica a presença de grupos sulfônicos. A análise de DSC foi realizada entre 150-250C. Nesta faixa, não foram observadas alteraçoes na temperatura de transição vItrea (Tg) do polImero modificado (217C). Acredita-se que a decomposição do grupo sulfona aconteça antes da temperatura atingir o Tg do polImero. Esta suposição é confirmada na análise de TGA. As imagens de MEV mostraram que foram obtidos filmes livres de poros e defeitos. A membrana da SPEI foi utilizada no ensaio de permeaçao dos gases 02, N2 e C02, a fim de determinar a permeabilidade e seletividade da membrana. As permeabilidades encontradas para o gas oxigênio foram de 0,76 barrer para a PEI e 0,46 barrer para a SPEI. A seletividade do dióxido de carbono em relaçao ao oxigênio aumentou de 3,5, na membrana de PEI, para 4,83, na membrana de SPEI. Em relaçao ao nitrogênio, as permeabilidades medidas foram 0,064 barrer e 0,043 barrer, para a PEI e para a SPEI, respectivamente, enquanto a seletividade em relaçao ao C02 aumentou de 41,1 para 55,5. Estes resultados indicam que o efeito de sorçao predominou devido ao aumento das interaçöes moleculares, reduzindo assim o volume livre, o que tornou a membrana sulfonada mais compacta, com permeabilidade menor e maior seletividade. Estes resultados corroboram com a premissa de que a sulfonaçao é um processo promissor para o desenvolvimento de membranas mais eficientes. / The search for membranes with suitable properties for gas separation in industrial scale has led to the modification and synthesis of engineering polymers with the purpose of obtaining membranes with superior properties. 0ne of the modifications that have been considered promising is the insertion of sulfonic groups in commercial polymers. Due to its structure more polar and flexible, it is expected that the sulfonated polymer present an increase in polar gas permeation in relation to nonpolar gases. In this context, the objective of this work is the synthesis and characterization of membranes of poly (ether imide) sulfonated for the permeation of gases. An experimental design was developed in different reaction conditions of temperature, time and an excess of one of the reagents (acetic acid), for the synthesis of poly (ether imide) sulfonated, SPEI. Through this planning, it was found that the variables that most influenced the degree of sulfonation are temperature and time. The polymer with the highest degree of sulfonation, by ion exchange capacity (IEC = 92 mEq H+ I g), was used to prepare SPEI membrane obtained by the technique of solvent evaporation, using chloroform. This film was characterized from the following analysis: infrared spectroscopy (FTIR), differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetric analysis (TGA) and scanning electron microscopy (SEM) to evaluate the influence of insertion of the sulfonic group in the polymer matrix. The infrared spectrum showed bands of SPEI related to asymmetric vibrations at 1240cm- 1 (S = 0 = 0), in symmetric stretch at 1171 cm-1 (0 = S = 0) and S0 stretch between 1010-1024cm-1. This indicates the presence of sulfonic groups. The DSC analysis was carried out between 150-250C. In this range, there are no significant changes in glass transition temperature of the modified polymer (217C). It is believed that the decomposition of the sulfone group occurs before the temperature reaches the Tg of the polymer. This assumption is confirmed in the TGA analysis. The images of SEM showed that films were obtained free of pores and defects. The membrane SPEI obtained by the technique of solvent evaporation, was used for testing permeation of gases 02, N2 and C02 in order to determine the permeability and selectivity of the membrane. The permeabilities found for oxygen were 0.76 barrer for PEI and 0.46 barrer for SPEI. The selectivity of carbon dioxide relative to oxygen increased from 3.5 to 4.83. Regarding nitrogen, the permeability measurements were 0.064 barrer and 0.043 barrer for the PEI and the SPEI, respectively, while the selectivity relative to C02 increased from 41.1 to 55.5. These results indicate that the predominant effect of sorption due to increased molecular interactions, thus reducing the free volume, made the membrane sulfonated more compact with lower permeability and higher selectivity. These results agree with the premise that the sulfonation is a promising process for the development of more efficient membranes.

A busca por membranas com propriedades adequadas a separação de gases em escala industrial tem levado a modificação e sIntese de polImeros de engenharia, com objetivo de obter membranas com propriedades adequadas. Uma das modificaçoes que tem se apresentado promissora é a inserção de grupos sulfônicos em polImeros comerciais. Espera-se que o polImero sulfonado apresente um aumento na permeação de gases polares, em relação a gases apolares, devido a sua estrutura mais polar e flexIvel. Neste contexto, o objetivo do presente trabalho é a sIntese e caracterização de membranas de poli(éter imida) sulfonada para a permeação de gases. Um planejamento experimental foi desenvolvido, em diferentes condiçoes reacionais de temperatura, tempo e excesso de um dos reagentes (ácido acético), para a sIntese de poli(éter imida) sulfonada (SPEI). Através deste planejamento, constatou-se que as variáveis que mais influenciam o grau de sulfonação são a temperatura e o tempo. O polImero com o maior grau de sulfonação, determinado por capacidade de troca iônica (IEC= 92 mEq H+/g), foi utilizado para o preparo da membrana de SPEI, obtida pela técnica de inversão de fase por evaporação do solvente, utilizando-se clorofórmio como solvente. Este filme foi caracterizado a partir das seguintes análises: espectroscopia de infravermelho (FTIR), calorimetria diferencial de varredura (DSC), análise termogravimétrica (TGA) e microscopia eletrônica de varredura (MEV), a fim de avaliar a influência da inserção do grupo sulfônico na matriz polimérica. O espectro de infravermelho de SPEI apresentou bandas relacionadas as vibraçoes assimétricas em 1240 cm-1 (ligação O=S=O), ligação simétrica em 1171 cm-1 (O=S=O) e ligação S-O entre 1010-1024 cm-1. Isto indica a presença de grupos sulfônicos. A análise de DSC foi realizada entre 150-250C. Nesta faixa, não foram observadas alteraçoes na temperatura de transição vItrea (Tg) do polImero modificado (217C). Acredita-se que a decomposição do grupo sulfona aconteça antes da temperatura atingir o Tg do polImero. Esta suposição é confirmada na análise de TGA. As imagens de MEV mostraram que foram obtidos filmes livres de poros e defeitos. A membrana da SPEI foi utilizada no ensaio de permeaçao dos gases 02, N2 e C02, a fim de determinar a permeabilidade e seletividade da membrana. As permeabilidades encontradas para o gas oxigênio foram de 0,76 barrer para a PEI e 0,46 barrer para a SPEI. A seletividade do dióxido de carbono em relaçao ao oxigênio aumentou de 3,5, na membrana de PEI, para 4,83, na membrana de SPEI. Em relaçao ao nitrogênio, as permeabilidades medidas foram 0,064 barrer e 0,043 barrer, para a PEI e para a SPEI, respectivamente, enquanto a seletividade em relaçao ao C02 aumentou de 41,1 para 55,5. Estes resultados indicam que o efeito de sorçao predominou devido ao aumento das interaçöes moleculares, reduzindo assim o volume livre, o que tornou a membrana sulfonada mais compacta, com permeabilidade menor e maior seletividade. Estes resultados corroboram com a premissa de que a sulfonaçao é um processo promissor para o desenvolvimento de membranas mais eficientes. / The search for membranes with suitable properties for gas separation in industrial scale has led to the modification and synthesis of engineering polymers with the purpose of obtaining membranes with superior properties. 0ne of the modifications that have been considered promising is the insertion of sulfonic groups in commercial polymers. Due to its structure more polar and flexible, it is expected that the sulfonated polymer present an increase in polar gas permeation in relation to nonpolar gases. In this context, the objective of this work is the synthesis and characterization of membranes of poly (ether imide) sulfonated for the permeation of gases. An experimental design was developed in different reaction conditions of temperature, time and an excess of one of the reagents (acetic acid), for the synthesis of poly (ether imide) sulfonated, SPEI. Through this planning, it was found that the variables that most influenced the degree of sulfonation are temperature and time. The polymer with the highest degree of sulfonation, by ion exchange capacity (IEC = 92 mEq H+ I g), was used to prepare SPEI membrane obtained by the technique of solvent evaporation, using chloroform. This film was characterized from the following analysis: infrared spectroscopy (FTIR), differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetric analysis (TGA) and scanning electron microscopy (SEM) to evaluate the influence of insertion of the sulfonic group in the polymer matrix. The infrared spectrum showed bands of SPEI related to asymmetric vibrations at 1240cm- 1 (S = 0 = 0), in symmetric stretch at 1171 cm-1 (0 = S = 0) and S0 stretch between 1010-1024cm-1. This indicates the presence of sulfonic groups. The DSC analysis was carried out between 150-250C. In this range, there are no significant changes in glass transition temperature of the modified polymer (217C). It is believed that the decomposition of the sulfone group occurs before the temperature reaches the Tg of the polymer. This assumption is confirmed in the TGA analysis. The images of SEM showed that films were obtained free of pores and defects. The membrane SPEI obtained by the technique of solvent evaporation, was used for testing permeation of gases 02, N2 and C02 in order to determine the permeability and selectivity of the membrane. The permeabilities found for oxygen were 0.76 barrer for PEI and 0.46 barrer for SPEI. The selectivity of carbon dioxide relative to oxygen increased from 3.5 to 4.83. Regarding nitrogen, the permeability measurements were 0.064 barrer and 0.043 barrer for the PEI and the SPEI, respectively, while the selectivity relative to C02 increased from 41.1 to 55.5. These results indicate that the predominant effect of sorption due to increased molecular interactions, thus reducing the free volume, made the membrane sulfonated more compact with lower permeability and higher selectivity. These results agree with the premise that the sulfonation is a promising process for the development of more efficient membranes.

[pt] O presente trabalho aborda a análise da aplicação do expansor axial de estágio único e admissão parcial em ciclo Rankine orgânico para recuperação do calor rejeitado por um motor de combustão interna. O fluido adotado é o R245fa, cujos efeitos de gás real são relevantes nas condições estudadas, sendo representados pela equação Redlich-Kwong-Soave. Um modelo de perdas para o escoamento através das palhetas é proposto, tendo como base a teoria da camada limite, o conceito do fator de difusão, experimentos de grades em túnel de vento obtidos na literatura e as equações de conservação para escoamento compressível. O fator de difusão é o parâmetro responsável por quantificar o gradiente de pressão adverso na superfície do perfil das palhetas. A geometria e dimensões básicas para a máxima eficiência do expansor são determinadas para diversas condições subcríticas e supercríticas do ciclo a partir de um algoritmo de otimização com restrições. O valor ótimo da temperatura do evaporador em condições subcríticas é estabelecido de modo a obter a potência máxima do ciclo de recuperação, conforme as alternativas construtivas consideradas. O projeto do expansor de estágio único mostra ser grandemente influenciado pela compressibilidade do meio e a utilização de bocais com perfil convergente-divergente é promissora para alcançar o maior potencial de desempenho, principalmente nas condições de alta pressão do evaporador. / [en] The present work deals with the analysis of the application of a single stage partial admission axial expander in organic Rankine cycle, in order to recover the heat rejected by an internal combustion engine. The selected fluid is R245fa, whose real gas behavior is relevant under the studied conditions, as modeled by the Redlich-Kwong-Soave equation of state. A loss model for the flow through the axial blades is proposed in this work, based on the boundary layer theory, the concept of diffusion factor, wind tunnel cascade tests available in literature and the conservation equations for compressible flow. The diffusion factor is the parameter responsible to quantify the adverse pressure gradient on the blade profile surfaces. The basic geometry and dimensions needed to achieve maximum expander efficiency are determined under several subcritical and supercritical cycle conditions by means of a restrained design optimization algorithm. The optimum value for the evaporator temperature under subcritical cycle is stablished so as to obtain the maximum power from the recovery cycle, according the constructive alternatives considered. The single stage expander design is shown to be greatly influenced by media compressibility and the use of convergent-divergent profiled nozzles is promising to achieve the highest performance potential, especially at high evaporator pressure conditions.

Neospora caninum (filo Apicomplexa) é um parasita obrigatório intracelular como todos os membros deste filo, alguns reconhecidos por causarem doenças com impacto relevante na saúde humana (Plasmodium e Toxoplasma) e veterinária (Babesia, Eimeria e Cryptosporidium). Causador da neosporose, N. caninum vem emergindo como um dos maiores causadores de abortos infecciosos em bovinos, levando a consideráveis perdas econômicas na bovinocultura mundial. Devido à sua recente descoberta, o conhecimento sobre diversos processos bioquímicos de N.caninum ainda é limitado, demandando novas pesquisas para a compreensão de seus mecanismos de sobrevivência e consequente identificação de alvos para intervenção terapêutica. O processo de invasão celular é bastante investigado em pesquisas envolvendo apicomplexas, uma vez que a sobrevivência desses parasitas depende do sucesso de sua entrada na célula hospedeira. Proteínas secretadas de organelas filo-específicas (micronemas, roptrias e grânulos densos) estão intimamente envolvidas com a invasão celular. Elas são responsáveis pela interação inicial com a célula hospedeira, participam da junção de movimento formada no momento da invasão, e contribuem para a estabilização do vacúolo parasitóforo. Neste trabalho as proteínas secretadas por taquizoítas de N. caninum foram investigadas de duas formas: (1) por caracterização molecular de proteínas com domínio Apple; e (2) por estudo do secretoma do parasita. Os domínios proteicos do tipo Apple são caracterizados pela capacidade de interação proteína-proteína e proteína-carboidrato, e estão presentes em algumas proteínas micronêmicas com propriedades adesivas. Neste trabalho três proteínas de N. caninum contendo domínios Apple foram caracterizadas: MIC17A, MIC17B e MIC17C. A análise das sequências proteicas e das estruturas dos domínios Apple, obtidas por modelagem molecular, mostraram alta identidade sequencial e estrutural entre MIC17A e MIC17C. Apesar de ser paráloga às outras duas, MIC17B apresenta diferenças importantes em sua sequência e estrutura. Para MIC17B e MIC17C foram realizados experimentos de detecção das proteínas nativas nos extratos total e secretado do taquizoíta que sugerem diferentes formas de processamento entre essas proteínas no parasita. Para MIC17B foi confirmada a localização em micronemas, num padrão diferente do observado para MIC17C. Os ensaios de invasão combinados aos de localização indicam que estas proteínas estejam relacionadas ao processo de invasão celular, porém, suas funções permanecem desconhecidas. O secretoma é o conjunto de proteínas secretadas pelo parasita e, para explorar a composição deste extrato (ESA) no taquizoíta de N. caninum, duas abordagens complementares foram utilizadas. Na primeira abordagem foram identificadas as proteínas presentes no ESA por espectrometria de massas. Na segunda abordagem realizou-se uma ii quantificação relativa das proteínas, marcadas por dois isótopos, nos extratos totais de taquizoítas submetidos ou não ao estímulo secretório. O resultado esperado seria com as proteínas secretadas diminuídas no parasita estimulado. Em ambas as abordagens foram utilizadas técnicas de espectrometria de massas de alta resolução (nanoLC-MS/MS), o que resultou num alto número de identificações; 615 proteínas no ESA e 2011 proteínas quantificadas. A comparação das duas abordagens permitiu o reconhecimento de proteínas com maior probabilidade de secreção. Uma rede de interação entre as proteínas diferencialmente expressas foi predita, gerando resultados que, associados às informações sobre as proteínas aumentadas, permitiram uma investigação sobre proteínas potencialmente envolvidas com a regulação do metabolismo relacionado à secreção. Os resultados obtidos por ambos os estudos aqui demonstrados somam conhecimento acerca do parasita N. caninum e demonstram ser úteis para guiar a busca e seleção de alvos a serem investigados para o desenvolvimento de terapêutica contra a neosporose. / Neospora caninum (Apicomplexa phylum) is an obligatory intracellular parasite like all members from this phylum, some causing diseases with relevant impact on human (Plasmodium and Toxoplasma) and veterinary (Babesia, Eimeria and Cryptosporidium) health. Causative agent of neosporosis, N. caninum has emerged as one of the leading causes of infectious abortion in cattle, generating huge economical losses in worldwide livestock. Due to its recent discovery, knowledge of N. caninum biochemical processes remains scarce, demanding new research for comprehending its survival mechanisms and, consequently, identifying new targets for therapeutic intervention. The invasion process has often been investigated in apicomplexans since their survival depends on the success of their entry into the host cell. Proteins secreted from phylum-specific organelles (micronemes, rhoptries and dense granules) are deeply involved with invasion. They are responsible for the initial interaction with the host cell; participate of the moving junction formed in the moment of invasion; and contribute for the stabilization of the parasitophorus vacuole. In this study, the proteins secreted by N. caninum tachyzoites were investigated in two ways: (1) the molecular characterization of Apple domaincontaining proteins; and (2) exploring the parasite secretome. The Apple protein domains are characterized by the ability to interact as protein-protein and proteincarbohydrate, and are present in some microneme proteins with adhesive properties. Here three N. caninum proteins containing Apple domains were characterized: MIC17A, MIC17B and MIC17C. Analyses of the Apple domains sequences and structures, obtained by molecular modeling, revealed high sequential and structural identities between MIC17A and MIC17C. Although being a paralog of the other two proteins, MIC17B presents significant differences in its sequence and structure. Experiments were performed for native MIC17B and MIC17C detection in the total and secreted tachyzoite extracts, suggesting different processing forms for these proteins in the parasite. For MIC17B, the microneme localization was confirmed, differently from the pattern observed for MIC17C. Invasion and localization assays indicated that these proteins are related to the cell invasion process; nevertheless, their functions remain unknown. The secretome is the set of proteins secreted by the parasite and, to explore this extract (ESA) composition in N. caninum, two complementary approaches were used. Firstly proteins present in ESA were identified by mass spectrometry. In the second approach, a relative quantification was performed on the proteomes of ethanol stimulated/non stimulated tachyzoites, expecting that the secreted proteins would be down regulated at the stimulated parasite. Both approaches were performed with high resolution mass spectrometry techniques (nanoLC-MS/MS), reaching a high number of identifications: 615 proteins iv in ESA and 2011 quantified proteins. The comparison between both approaches allowed the recognition of the most likely secreted proteins. An interaction network was predicted, involving the differentially expressed proteins. These results, associated with the information of up regulated proteins, allowed the investigation of proteins potentially involved with the secretion metabolism regulation. The findings from our two studies add up knowledge about N. caninum and demonstrate to be useful in guiding the search and selection for new targets for therapeutic development against neosporosis.

Neospora caninum (filo Apicomplexa) é um parasita obrigatório intracelular como todos os membros deste filo, alguns reconhecidos por causarem doenças com impacto relevante na saúde humana (Plasmodium e Toxoplasma) e veterinária (Babesia, Eimeria e Cryptosporidium). Causador da neosporose, N. caninum vem emergindo como um dos maiores causadores de abortos infecciosos em bovinos, levando a consideráveis perdas econômicas na bovinocultura mundial. Devido à sua recente descoberta, o conhecimento sobre diversos processos bioquímicos de N.caninum ainda é limitado, demandando novas pesquisas para a compreensão de seus mecanismos de sobrevivência e consequente identificação de alvos para intervenção terapêutica. O processo de invasão celular é bastante investigado em pesquisas envolvendo apicomplexas, uma vez que a sobrevivência desses parasitas depende do sucesso de sua entrada na célula hospedeira. Proteínas secretadas de organelas filo-específicas (micronemas, roptrias e grânulos densos) estão intimamente envolvidas com a invasão celular. Elas são responsáveis pela interação inicial com a célula hospedeira, participam da junção de movimento formada no momento da invasão, e contribuem para a estabilização do vacúolo parasitóforo. Neste trabalho as proteínas secretadas por taquizoítas de N. caninum foram investigadas de duas formas: (1) por caracterização molecular de proteínas com domínio Apple; e (2) por estudo do secretoma do parasita. Os domínios proteicos do tipo Apple são caracterizados pela capacidade de interação proteína-proteína e proteína-carboidrato, e estão presentes em algumas proteínas micronêmicas com propriedades adesivas. Neste trabalho três proteínas de N. caninum contendo domínios Apple foram caracterizadas: MIC17A, MIC17B e MIC17C. A análise das sequências proteicas e das estruturas dos domínios Apple, obtidas por modelagem molecular, mostraram alta identidade sequencial e estrutural entre MIC17A e MIC17C. Apesar de ser paráloga às outras duas, MIC17B apresenta diferenças importantes em sua sequência e estrutura. Para MIC17B e MIC17C foram realizados experimentos de detecção das proteínas nativas nos extratos total e secretado do taquizoíta que sugerem diferentes formas de processamento entre essas proteínas no parasita. Para MIC17B foi confirmada a localização em micronemas, num padrão diferente do observado para MIC17C. Os ensaios de invasão combinados aos de localização indicam que estas proteínas estejam relacionadas ao processo de invasão celular, porém, suas funções permanecem desconhecidas. O secretoma é o conjunto de proteínas secretadas pelo parasita e, para explorar a composição deste extrato (ESA) no taquizoíta de N. caninum, duas abordagens complementares foram utilizadas. Na primeira abordagem foram identificadas as proteínas presentes no ESA por espectrometria de massas. Na segunda abordagem realizou-se uma ii quantificação relativa das proteínas, marcadas por dois isótopos, nos extratos totais de taquizoítas submetidos ou não ao estímulo secretório. O resultado esperado seria com as proteínas secretadas diminuídas no parasita estimulado. Em ambas as abordagens foram utilizadas técnicas de espectrometria de massas de alta resolução (nanoLC-MS/MS), o que resultou num alto número de identificações; 615 proteínas no ESA e 2011 proteínas quantificadas. A comparação das duas abordagens permitiu o reconhecimento de proteínas com maior probabilidade de secreção. Uma rede de interação entre as proteínas diferencialmente expressas foi predita, gerando resultados que, associados às informações sobre as proteínas aumentadas, permitiram uma investigação sobre proteínas potencialmente envolvidas com a regulação do metabolismo relacionado à secreção. Os resultados obtidos por ambos os estudos aqui demonstrados somam conhecimento acerca do parasita N. caninum e demonstram ser úteis para guiar a busca e seleção de alvos a serem investigados para o desenvolvimento de terapêutica contra a neosporose. / Neospora caninum (Apicomplexa phylum) is an obligatory intracellular parasite like all members from this phylum, some causing diseases with relevant impact on human (Plasmodium and Toxoplasma) and veterinary (Babesia, Eimeria and Cryptosporidium) health. Causative agent of neosporosis, N. caninum has emerged as one of the leading causes of infectious abortion in cattle, generating huge economical losses in worldwide livestock. Due to its recent discovery, knowledge of N. caninum biochemical processes remains scarce, demanding new research for comprehending its survival mechanisms and, consequently, identifying new targets for therapeutic intervention. The invasion process has often been investigated in apicomplexans since their survival depends on the success of their entry into the host cell. Proteins secreted from phylum-specific organelles (micronemes, rhoptries and dense granules) are deeply involved with invasion. They are responsible for the initial interaction with the host cell; participate of the moving junction formed in the moment of invasion; and contribute for the stabilization of the parasitophorus vacuole. In this study, the proteins secreted by N. caninum tachyzoites were investigated in two ways: (1) the molecular characterization of Apple domaincontaining proteins; and (2) exploring the parasite secretome. The Apple protein domains are characterized by the ability to interact as protein-protein and proteincarbohydrate, and are present in some microneme proteins with adhesive properties. Here three N. caninum proteins containing Apple domains were characterized: MIC17A, MIC17B and MIC17C. Analyses of the Apple domains sequences and structures, obtained by molecular modeling, revealed high sequential and structural identities between MIC17A and MIC17C. Although being a paralog of the other two proteins, MIC17B presents significant differences in its sequence and structure. Experiments were performed for native MIC17B and MIC17C detection in the total and secreted tachyzoite extracts, suggesting different processing forms for these proteins in the parasite. For MIC17B, the microneme localization was confirmed, differently from the pattern observed for MIC17C. Invasion and localization assays indicated that these proteins are related to the cell invasion process; nevertheless, their functions remain unknown. The secretome is the set of proteins secreted by the parasite and, to explore this extract (ESA) composition in N. caninum, two complementary approaches were used. Firstly proteins present in ESA were identified by mass spectrometry. In the second approach, a relative quantification was performed on the proteomes of ethanol stimulated/non stimulated tachyzoites, expecting that the secreted proteins would be down regulated at the stimulated parasite. Both approaches were performed with high resolution mass spectrometry techniques (nanoLC-MS/MS), reaching a high number of identifications: 615 proteins iv in ESA and 2011 quantified proteins. The comparison between both approaches allowed the recognition of the most likely secreted proteins. An interaction network was predicted, involving the differentially expressed proteins. These results, associated with the information of up regulated proteins, allowed the investigation of proteins potentially involved with the secretion metabolism regulation. The findings from our two studies add up knowledge about N. caninum and demonstrate to be useful in guiding the search and selection for new targets for therapeutic development against neosporosis.