Esta tese tem o objetivo de apresentar um modelo matemático, para simular a dispersão de poluentes na atmosfera, que considera a variação temporal do campo de vento e dos coeficientes de difusão turbulenta, além disso, representar uma fonte móvel através de fontes pontuais. Sendo assim, usa-se a ideia do método da decomposição de Adomian e a técnica GILTT (Generalized Integral Laplace Transform Technique) no intuito de resolver a equação de advecção difusão, a qual descreve o fenômeno citado. Ainda, implementa-se o modelo proposto com o conjunto de dados do experimento de OLAD (Over Land Alongwind Dispersion) e, por fim, comparam-se os resultados obtidos e os dados de concentração coletados no experimento mencionado. / This thesis aims to present a mathematical model to simulate the dispersion of pollutants in the atmosphere, which considers the temporal variation of the wind field and the eddy diffusivity. Moreover, it represents a moving source through point sources. To reach this goal, it uses the idea of the Adomian decomposition method together with the GILTT technique (Generalized Integral Laplace Transform Technique) in order to solve the advection-diffusion equation, which describes the phenomenon. It further implements the model proposed with the dataset of OLAD (Dispersion Over Land Alongwind) experiment and finally the results obtained and the concentration observed are compared.

Compostos intermetálicos baseados em Aluminetos de Titânio são considerados promissores para aplicações estruturais em altas temperaturas. Eles apresentaram, principalmente, baixa massa específica (3,2 - 4,2 g/cm3), alto ponto de fusão (1400 - 1500 °C) e alta resistência mecânica entre 600 e 950 °C. O estudo de difusão entre ?-TiAl e materiais ricos em ferro é importante para observar fenômenos e obter dados relevantes a junção desses materiais com o Aço - a liga metálica mais versátil conhecida. Componentes como turbocompressores automotivos serão beneficiados com o desenvolvimento e a aplicação das ligas TiAl, sendo um aspecto importante a junção do rotor de TiAl com o eixo de aço do componente. O presente trabalho foi executado em três etapas: obtenção do intermetálico monofásico ?-TiAl; estudo de pares de difusão ?-TiAl/Fe; e estudo de pares de difusão ?-TiAl/Aço. Ligas com composições Ti50Al50 e Ti47Al53 foram confeccionadas e caracterizadas por microscopia ótica, microscopia eletrônica de varredura e microanálise EDS, difratometria de raios-X e ensaios de dureza. As fases ?-TiAl e ?2-Ti3Al foram observadas em diversas microestruturas de acordo com a composição química e tratamento térmico da amostra. Os parâmetros de rede e as frações volumétricas das fases ?-TiAl e ?2-Ti3Al foram determinados por difração de raios-X através do refinamento pelo método de Rietvelt. A dureza média encontrada nas amostras TiAl foi de 272 a 340 HV500. A liga Ti47Al53 tratada termicamente a 1200 °C por 7 dias apresentou-se monofásica ?-TiAl e foi a escolhida para os estudos de pares de difusão. Caracterização microestrutural por MO e MEV/EDS, ensaio de dilatometria, ensaios de dureza e análise química foram executados no Aço retirado de um eixo do turbocompressor automotivo. Os pares de difusão ?-TiAl/Fe e ?-TiAl/Aço foram confeccionados e tratados a 800, 1000 e 1200 °C por 24 horas e caracterizados microestruturalmente com auxílio de um MEV/EDS. Nos pares confeccionados com Ferro, menores temperaturas de tratamento térmicos possibilitaram maiores regiões de ligação dos materiais e observou-se menores quantidades de trincas, provavelmente relacionado a menores tensões internas no resfriamento. Já nos pares confeccionados com Aço, observou-se a formação de carbonetos ricos em Titânio que atuaram como barreira de difusão, reduzindo consideravelmente as regiões de ligação em comparado com os pares confeccionados com Ferro. Em todos os pares de difusão, diversas regiões reacionais na interface de difusão foram observadas e através de dados da literatura, sugeriu-se as prováveis fases presentes em cada região. / Intermetallic compounds based on titanium aluminides are considered promising for structural applications in high temperatures. They presented mainly low density (3.2 to 4.2 g/cm3), high melting point (1400 to 1500 °C) and high mechanical strength between 600 and 950 °C. The study of diffusion between ?-TiAl and Fe-rich materials is important to observe phenomena and obtain relevant data joining these materials with steel - the most versatile metal alloy known. Components such as automotive turbochargers will benefit from the development and application of TiAl alloys, and represents an important aspect the junction between TiAl wheel and steel shaft component. The work was performed in three steps: obtaining ?-TiAl intermetallic single-phase; investigation of ?-TiAl/Fe diffusion couples; and investigation of ?-TiAl/Steel diffusion couples. Alloys with Ti50Al50 and Ti47Al53 compositions were made and characterized by optical microscopy, scanning electron microscopy and EDS microanalysis, X-rays diffraction and hardness tests. The ?-TiAl and ?2-Ti3Al phases were observed in several microstructures according to the chemical composition and the sample heat-treatment. The lattice parameters and volumetric fractions of ?-TiAl and ?2-Ti3Al phases was determined by X-ray diffraction by the Rietveld method. The average hardness found in TiAl samples was 272-340 HV500. The Ti47Al53 alloy heattreated at 1200 °C for 7 days showed ?-TiAl single-phase and it was chosen for diffusion couples investigations. Microstructural characterization, dilatometry tests, hardness tests, and chemical analysis was performed on a steel sample removed from the automotive turbocharger shaft. The ?-TiAl/Fe and ?-TiAl/Steel diffusion couples were made and heattreated at 800, 1000, 1200 °C for 24 hours and were microstructurally characterized by SEM/EDS. In couples made of Iron, lower heat-treatment temperatures allowed the highest attachment regions of the material and smaller amounts of cracks was found, probably due to lower internal stress during cooling. In the couples made of steel, it was observed the formation of Ti-rich carbides that worked as diffusion barrier, reducing considerably the binding regions compared with Iron couples. In all diffusion couples samples, several reaction regions on the diffusion interface were observed and through the literature it was suggested the probable phases present in each region.

Propriedades estruturais de membranas modelo, tais como as vesículas lipídicas, podem ser investigadas através da adição de sondas fluorescentes. Após sua incorporação aos sistemas biomoleculares, as moléculas fluorescentes são excitadas por luz linearmente polarizada e a emissão de fluorescência é despolarizada, devido à difusão translacional e também à difusão rotacional do fluoróforo, durante o tempo de vida do estado excitado. O monitoramento da luz emitida é feito através da técnica de fluorescência resolvida no tempo, em que são acompanhadas, por um lado, a intensidade da luz emitida, que fornece o tempo de decaimento da fluorescência, dependente do meio, e, por outro, o decaimento da anisotropia nas componentes da luz emitida, cujos tempos de correlação rotacional informam sobre a fluidez do meio. Uma molécula muito usada como sonda fluorescente é o DPH. Este fluoróforo, bastante hidrofóbico, possui simetria molecular uniaxial, e seus momentos de transição de absorção e emissão são colineares. Um dos usos desta sonda é no acompanhamentos da fluidez da bicamada lipídica ao longo da transição de fase das cadeias. A interpretação de dados experimentais requer modelos para a localização das moléculas fluorescentes, bem como para as possíveis restrições a seu movimento. Neste estudo, apresentamos três modelos para a difusão de moléculas fluorescentes uniaxiais, como o DPH, sugeridos em diversos artigos da literatura. O primeiro modelo consiste de um dipolo com rotação livre aleatória em solução homogênea, e serve como base para os modelos de difusão em meios anisotrópicos. No segundo modelo, consideramos rotações aleatórias dos dipolos reemissores no interior de cones distribuídos com seus eixos perpendiculares à vesícula esférica, geometria que pode refletir o movimento da sonda com eixo em media paralelo às cadeias lipídicas, restrito por elas. No terceiro modelo, o dipolo rotacional no plano da bicamada de geometria esférica, movimento que poderia ocorrer entre as monocamadas que constituem a bicamada. Para cada um dos modelos propostos analisamos a difusão rotacional da sonda através de dois métodos: (i) resolvemos a equação de difusão, para uma única molécula, levando em conta as condições de contorno impostas pelos modelos e determinamos a probabilidade da molécula ser encontrada com uma dada configuração em um tempo t. considerando a distribuição de moléculas na geometria proposta, obtemos a expressão analítica para a anisotropia de fluorescência. No caso da geometria do cone, a solução é obtida numericamente; (ii) realizamos simulações numéricas do passeio aleatório rotacional restrito, nas geometrias correspondentes, método muito útil no caso de geometrias de baixa simetria ou de composição de geometrias. Realizamos um estudo exploratório dos dados experimentais para DPH em membrana modelo, à luz dos resultados para os dois modelos propostos para este meio anisotrópico. / Structural properties of model membranes, such as lipid vesicles, may be investigated through the addition of fluorescent probes. After incorporation into the biomolecular system, the fluorescent molecules are excited with linearly polarized light and the fluorescence emission is depolarized due to translational as well as rotational diffusion during the life-time of the excited state. The monitoring of emitted light emitted informs on fluorescence decay times, and the decay of the components of the emitted light yield rotational correlation times which inform on the fluidity of the medium. The fluorescent molecule DPH, of uniaxial symmetry, is rather hydrophobic and has collinear transition and emission moments. It has been used frequently as a probe for the monitoring of the fluidity of the lipid bilayer along the phase transition of the chains. The interpretation of experimental data requires models for localization of fluorescent molecules as well as for possible restrictions on their movement. In this study, we develop calculations for three models for uniaxial diffusion of fluorescent molecules, such as DPH, suggested in several articles in the literature. The first model consists of a free randomly rotating dipole in a homogeneous solution, and serves as the basis for the study of the diffusion of models in anisotropic media. In the second model, we consider random rotations of emitting dipoles distributed within cones with their axes perpendicular to the vesicle spherical geometry: this could mimic the movement of the probe axis parallel to an average lipid chain. In the third model, the dipole rotates in the plane of the bilayer spherical geometry, within a movement that might occur between the monolayers forming the bilayer. For each of the models proposed, two methods are used by us in order to analyse the rotational diffusion: (1) solution of the corresponding rotational diffusion equation for a single molecule, taking into account the boundary conditions imposed by the models, for the probability of the fluorescent molecule to be found with a given configuration at time t. considering the distribution of molecules in the geometry proposed, we obtain the analytical expression for the fluorescence anisotropy, except for the cone geometry, for which the solution is obtained numerically; (11) numerical simulations of a rotational random walk restricted in geometries corresponding method very useful in case of low-symmetry geometries or geometries of composition. In this study, we have reproduced existing calculations, in some cases, extended calculations developed previously by other authors, in others, or, still, developed new calculations. As an application of our methodology for analysis of diffusional rotations, we have conducted an exploratory study of the experimental data for DPH in lipid bilayers, in the light of the results for the two models proposed for anisotropic media.

Esse é um trabalho teórico e experimental em que princípios básicos de mecânica estatística são utilizados para entender a dinâmica de micro e nano esferas acopladas direta e indiretamente a células aderentes vivas, objetivando a caracterização mecânica das mesmas. Dentre esses princípios básicos estão inclusos, principalmente, conceitos relacionados à difusão. Na difusão clássica, tem-se uma dependência linear do deslocamento quadrático médio com o tempo. Caso contrário, quando o expoente é diferente de um, tem-se o que se chama de difusão anômala. Caso seja maior que um, o processo é superdifusivo, e se menor que um, subdifusivo. Para se estudar o comportamento mecânico de sistemas complexos pode-se usar micro e nanoesferas como elementos de análise. Essas esferas são dispostas no material a ser estudado, e observando a sua dinâmica é possível caracterizar o processo que conduziu essa dinâmica e consequentemente inferir propriedades físicas do material. Nesse trabalho aplicam-se técnicas de rastreamento de partículas, microscópicas e nanoscópicas, para estudar propriedades dinâmica de células, especialmente difusibilidade, remodelação da estrutura celular e campos de força. Para isso foram utilizadas duas técnicas experimentais de rastreamento de micro e nanoesferas e modelos fenomenológicos e de mecânica estatística. Essas propriedades dinâmicas tem uma grande semelhança com materiais vítreos moles. Nesse contexto, certas funções celulares, como divisão, contração, difusão, requerem que as células apresentem fluidez similarmente a um líquido, enquanto que para outras funções, como manter a sua estrutura celular, elas devam ter uma aparência mais rígida. Essas características assemelham-se a um material vítreo, onde desordem e metastabilidade são características subjacentes de suas funções mecânicas. Os resultados experimentais apresentados aqui evidenciam essa metaestabilidade na forma de anomalias e correlações temporais dos vários dados coletados. Também explicamos os dados experimentais encontrados em termos das atividades metabólicas e a remodelação ativa do citoesqueleto. Mostra-se também os dados obtidos para músculo cardíaco em plena atividade pulsátil. Os resultados aqui obtidos têm aplicações diretas em pesquisa básica e clínica. / This is a theoretical and experimental work in which basic principles of statistical mechanics are used to understand the dynamics of micro and nano spheres attached directly or indirectly to living adherent cells, with the aim of the mechanical characterization of them. Among these basic principles, mainly concepts related to diffusion are included. In classical diffusion, there is a linear dependence of the mean squared displacement in time. Otherwise, when the exponent is diferent than one , there is what is called anomalous diffusion. If it is bigger than one, the process is superdiffusive, and if it is smaller than one, subdiffusive. To study the mechanical behavior of complex systems,micro and nanospheres can be used as analysis elements. These spheres are arranged in the material to be studied, and from observation of the dynamics is possible to characterize the leading process of this dynamic and therefore infer physical properties of the material. In this work, particle tracking techniques, for microscopic and nanoscopic spheres, are applied to study dynamic properties of cells, especially diffusivity, remodeling of the cell structure and force fields. For that we used two experimental techniques of tracking of micro and nanospheres, and phenomenological and statistical mechanics models. These dynamic properties have a great similarity to soft glassy materials. In this context, certain cellular functions such as division, contraction, diffusion, require that cells present fluidity similarly to a liquid, while for other functions, such as keeping the cellular structure, they should have a stiffer appearance. These characteristics resemble a glassy material, where disorder and metastability are underlying characteristics of their mechanical functions. The experimental results presented here show this metastability as anomalies and temporal correlations of the various data collected. We also explain the experimental data found in terms of metabolic activity and the active remodeling of the cytoskeleton. Also data obtained for heart muscle in full pulsatile activity is showed. The results obtained have direct applications in basic and clinical research.

No presente trabalho estudamos a difusão de compostos dispersos atmosfericamente como, por exemplo, fertilizantes e pesticidas particulares, em ambientes agrícolas de larga escala. Tal estudo foca-se na aplicabilidade de modelos numéricos e teórico-fenomenológicos de fenômenos turbulentos em estimativas de vantagens econômica e ambiental desses sistemas. A atmosfera terrestre, em escalas de tamanho e velocidade típicas do objeto de estudo deste trabalho, é um sistema turbulento. A turbulência é um fenômeno complexo, que envolve a interação dinâmica de distintas escalas resultando em um efeito coletivo de larga escala, decorrente de uma interação não linear entre modos perturbativos em um fluido. A modelagem da turbulência, portanto, é em geral possível através de Simulação Numérica Direta - DNS (Direct Numeric Simulation). Uma das consequências típicas da turbulência é a difusão, ou seja, o aumento em sistemas abertos da separação entre corpos particulados, em taxas muito superiores àquelas da difusão molecular térmica padrão. Neste trabalho, apresentamos um estudo focado na quantificação da difusão turbulenta de partículas através de simulações numéricas de turbulência, com o objetivo de identificar impactos de fertilização e dispersão de poluentes atmosféricos com implicações na saúde e ambiente / In the present study, we study the diffusion dispersed atmospherically compounds, such as fertilizers and particular pesticides in large scale agricultural environments. This study focuses on the applicability of numerical and theoretical and phenomenological models of turbulent phenomena in estimates of economic and environmental advantages of these systems. The Earth\'s atmosphere, in typical size and speed ranges of the study object of this work is a turbulent system. Turbulence is a complex phenomenon which involves the dynamic interaction of different ranges resulting in a large-scale collective effect due to a nonlinear interaction between perturbation modes in a fluid. The modeling of turbulence, so it is generally possible through Direct Numerical Simulation - DNS. A typical consequence of turbulence is the diffusion, i.e., increased separation in unbound systems of particulate bodies, much higher than those of the standard thermal molecular diffusion rates. In this work we present a study focused on quantifying the turbulent diffusion of particles through numerical simulations of turbulent media, in order to identify the impact of fertilization and dispersion of air pollutants on human health and environment

Orientador: Gérson Tontini. / Tese (Doutorado em Ciências Contábeis e Administração) - Programa de Pós-Graduação em Ciências Contábeis e Administração, Universidade Regional de Blumenau, Blumenau.

Neste trabalho estudaremos uma classe de problemas não locais do tipo Neumann. Consideramos o caso linear não homogêneo, bem como o semi-linear com não linearidades globalmente Lipschitz. Procuramos escrever um trabalho auto-contido. Apresentamos alguns resultados clássicos de Análise e suas aplicações no contexto de equação de evolução não local. Na introdução, apresentamos uma motivação para tais equações tendo em vista os fenômenos de reação e difusão baseados no trabalho de P. Fife. / In this work we will study a class of nonlocal problems of the Neumann type. We consider the non-homogeneous linear case as well as the semi-linear one with globally Lipschitz non-linearities. We seek to write a self-contained work with some classic results of Analysis and its applications in the context of non-local evolution equations. In the introduction, we present a motivation for such equations in view of the phenomena of reaction and diffusion based on the work of P. Fife

Atualmente, as doenças cardiovasculares são apontadas como as principais causas de mortes no Brasil e no mundo. Essas doenças são causadas pelo comprometimento das artérias, principalmente as artérias coronárias. Essas artérias possuem a importante função de transportar nutrientes ao próprio coração, possibilitando que o mesmo exerça sua tarefa de suprir todo o resto do corpo com elementos essenciais à sobrevivência do indivíduo. Este trabalho é sobre um estudo do comportamento dessas artérias quando ocorre a difusão de um fluido através de suas paredes. Primeiramente, estudou-se a composição das artérias coronárias, suas funções e patologias, para extrair elementos para compor um modelo fisicamente realístico e analiticamente tratável. Devido à sua composição histológica em três túnicas, a artéria coronária foi modelada como um cilindro elástico composto de cilindros ocos e concêntricos. Investigou-se então a solução do problema da difusão de um fluido em duas e três camadas, sendo esta última configuração geométrica mais próxima da realidade. Por fim, estudou-se a difusão de um fármaco contido em um stent farmacológico, cuja função é desobstruir uma artéria aterosclerosada e evitar sua reestenose. / Currently, cardiovascular diseases are known to be the primary cause of death in Brasil and worldwide. These diseases are caused by the malfunction of the arteries, especially the coronary arteries. These arteries have the important role of transporting nutrients to the heart itself, allowing it to exert its main task of providing the rest of the body with essential elements to the survival of an individual. This work is about a study of the diffusion of a fluid through the walls of a coronary artery. First, the composition of the coronary arteries, their functions, and pathologies were studied to extract elements that could be used to construct a model that is both physically realistic and analytically amenable to analysis. Due to its histologic composition in three layers, a coronary artery was modeled as an elastic cylinder composed of hollow and concentric cylinders. The solution of the diffusion problem of a fluid in two and three layers was studied, being this last geometrical configuration the closest to reality. Finally, the diffusion of a drug contained in a pharmacological stent was investigated. The main task of this type of stent is to clear an atherosclerotic artery and to avoid its restenosis.

Métodos radioanalíticos destacam-se em estudos das Ciências da Terra por terem diversas vantagens, como a não destruição de amostras, a não necessidade de tratamento químico e a facilidade de prospecção de dados a partir de nuclídeos de fácil identificação e separação de seus isótopos não radioativos. Este estudo validou o modelo de migração vertical (MMV) de 137Cs para o cálculo de taxas de sedimentação recentes a partir de 13 colunas sedimentares de dois sistemas costeiros brasileiros: o Sistema Estuarino de Cananeia-Iguape e o Sistema Estuarino de Santos-São Vicente. 137Cs, um dos diversos isótopos de Cs, é um radionuclídeo artificialmente produzido pela fissão de 235U, tendo como características ambientais um alto rendimento de fissão e meia-vida de 30,17 anos, e seu modelo abrange os principais fatores responsáveis por sua migração vertical: a sua difusão para a água intersticial e a convecção vertical desta água nos sedimentos. As taxas de sedimentação médias determinadas foram de 1,03 ± 0,17 cm a-1 para Cananeia-Iguape, 1,05 ± 0,39 cm a-1 para o Canal de Bertioga e 0,91 ± 0,10 cm a-1 para o Alto Estuário Santista, validadas não apenas com os modelos de 210Pbxs (210Pb não suportado), amplamente utilizados em estudos oceanográficos, como também por valores da literatura para estes sistemas. A partir dos resultados do MMV de 137Cs para os sistemas costeiros estudados, foi possível obter interpretações oceanográficas apenas com base nos dados de taxa de sedimentação, corroboradas por informações previamente determinadas por outros trabalhos nas ditas regiões. / Radioanalytical methods stand out in the Earth Sciences due to several advantages, such as no destruction of samples, no need for chemical treatments and ease of data determination from nuclides of easy identification and separation from their non-radioactive isotopes. This study validated the model of vertical migration (MMV) of 137Cs for the calculation of recent sedimentation rates from 13 sedimentary columns of two Brazilian coastal systems: the Estuarine System of Cananeia-Iguape and Estuarine System of Santos-São Vicente. 137Cs, one of several isotopes of Cs, is a radionuclide artificially produced by fission of 235U, and presents environmental characteristics such as a high fission yield and half-life of 30.17 years, and its model covers key factors responsible for its vertical migration: its diffusion to the interstitial water and the vertical convection of this water through the sediments. The mean sedimentation rates determined were 1.03 ± 0.17 cm y-1 for Cananeia-Iguape, 1.05 ± 0.39 cm y-1 for the Bertioga Channel and 0.91 ± 0.10 cm y-1 for the Upper Santos Estuary, validated not only with 210Pbxs (unsupported 210Pb) models, widely used in oceanographic studies, but also by literature values for these systems. From the results of the MMV of 137Cs for the studied coastal systems, it was possible to obtain oceanographic interpretations of sedimentation based only on data from sedimentation rates, corroborated by information previously determined by other studies in such areas.

Orientador: Silvia Maria Giuliatti Winter / Banca: Antonio Fernando Bertachini de Almeida Prado / Banca: Jarbas Cordeiro Sampaio / Resumo: Neste trabalho apresentamos uma análise da dinâmica de detritos espaciais na ressonância 14:1. O sistema analisado foi o sistema Terra-detrito considerando a não esfericidade da Terra. Para esta análise foram utilizados dois programas, o Mercury e o Algorítimo de Transformada de Fourier Modificado por Frequência. O desenvolvimento do potencial terrestre foi feito considerando os coeficientes de achatamento J2, J3 e C22, e as equações do movimento foram encontradas. Afim de analisar a evolução temporal dos elementos orbitais as equações do movimento foram inseridas no pacote Mercury e um conjunto de integrações para 1 e 20 dias foi realizado. As integrações mostram que os coeficientes afetam significativamente as trajetórias dos detritos. As regiões de estabilidade, instabilidade e o tempo de difusão para 5000 partículas foram analisadas através do mapa de difusão obtido pelo algorítimo de análise de frequência. Os resultados indicam regiões de estabilidade próximas à ressonância 14:1 / Abstract: In this work we present an analysis of the dynamics of spatial debris in the 14: 1 resonance. The system analyzed was the Earth-debris system considering the non-sphericity of the Earth. For this analysis, two programs, Mercury and Frequency Modified Fourier Transform Algorithm, were used. The development of the earth potential was made considering the gravity coefficients J2, J3 and C22, and the equations of motion were found. In order to analyze the time evolution of the orbital elements, the equations of motion were inserted in the Mercury package and a set of integrations for 1 and 20 days was performed. The integrations show that the coefficients significantly affect the trajectories of the debris . The regions of stability, instability and diffusion time for 5000 particles were analyzed by the diffusion map obtained by the frequency analysis algorithm. The results indicate stable regions of close to 14:1 / Mestre