A demanda da população humana por alimentos, fibras e biocombustíveis impõe crescimento pronunciado na agricultura intensiva e, com ela, no consumo de fertilizantes. Este manejo de fertilizantes leva a alterações dramáticas nas quantidades e proporções de nutrientes em agroecossistemas que, por sua vez, podem influenciar comunidades biológicas por meio de alterações na biomassa, qualidade nutricional e composição de produtores. Uma tendência no cenário produtivo brasileiro recente é a expansão das culturas de biocombustíveis, notadamente da cana-de-açúcar (etanol) e da soja (biodiesel), sobre ambientes de cerrado. Estas culturas, que juntas cobrem nada menos que 30 milhões de hectares do território brasileiro, demandam padrões contrastantes de fertilização. A cana-de-açúcar exige altas proporções de nitrogênio relativo a fósforo, enquanto que a soja exige altas proporções de fósforo relativo a nitrogênio. Esta dissertação teve como objetivo testar os efeitos diretos e indiretos que as alterações nas quantidades e proporções de N e P que se seguem à conversão de ambientes nativos para o cultivo de cana-de-açúcar e soja têm sobre comunidades biológicas. Estes objetivos foram testados por meio de dois experimentos em mesocosmos aquáticos manipulando nutrientes, algas, girinos e ninfas de libélulas. O primeiro experimento seguiu um delineamento fatorial completo cruzando três concentrações de N (Nreferência, Nsoja, Ncana) e três concentrações de P (Preferência, Psoja, Pcana), e dois níveis tróficos (algas e girinos de Physalaemus cuvieri). Níveis de nutrientes manipulados simularam condições medidas em corpos d´água de cerrado, ou padrões de fertilização conhecidos para culturas de cana-de-açúcar e de soja. No segundo experimento pareamos essas concentrações (Nreferência Preferência, Nsoja, Psoja, Ncana Pcana) de forma a reduzir a dimensionalidade do experimento e assim permitir a inclusão de um terceiro nível trófico (algas, girinos de Hypsiboas faber e ninfas de libélulas). Incluímos ainda um tratamento no qual as ninfas de libélulas estiveram engaioladas para separar os efeitos da predação de girinos, dos efeitos da alteração nos seus atributos. As principais variáveis de resposta em ambos experimentos foram concentração de clorofila a como indicadora de biomassa de fitoplâncton, e mortalidade, massa final e estágio de desenvolvimento final de girinos como indicadores de rendimento de consumidores. Uma comparação na concentração de clorofila antes e depois da introdução de girinos procurou testar o efeito da adição de consumidores na biomassa de produtores. Conforme esperado, NT e PT medidos responderam expressivamente à manipulação de N e P. Nas semanas que antecederam a introdução de girinos, a biomassa algal cresceu em resposta ao aumento na concentração do nitrogênio, mas não do fósforo; esta tendência se manteve ao longo dos experimentos. Isso provavelmente ocorreu porque concentrações medidas de NT variaram da oligotrofia à hipertrofia; por sua vez, concentrações medidas de PT estiveram consistentemente em valores considerados hipertróficos. A introdução de girinos não exerceu efeitos evidentes sobre a concentração de clorofila a, possivelmente indicando que o alimento era abundante o suficiente para não ocorrer competição entre consumidores. O rendimento de consumidores foi significativamente influenciado pela manipulação de nutrientes. Tratamentos ricos em P levaram a uma redução no crescimento de Physalaemus cuvieri, e uma tendência à redução no seu desenvolvimento e sobrevivência. De forma similar, o cenário de fertilização de soja - portanto rico em P - levou a uma redução significativa na sobrevivência de H. faber. Por sua vez, o cenário de fertilização de cana-de-açúcar levou a um ganho de massa de H. faber 30% superior ao controle. Formulamos a hipótese que esta diminuição no crescimento e sobrevivência de girinos em cenários de fertilização ricos em P teria sido causada pela proliferação de cianobactérias, frequentemente impalatáveis ou mesmo tóxicas, e que tendem a ser favorecidas em ambientes de baixa proporção N:P. Ao contrário do que esperávamos, ninfas de libélulas não foram capazes de promover redução direta ou indireta no crescimento ou sobrevivência de girinos, ou influenciar a biomassa de fitoplâncton. Concluímos que as alterações nos níveis de nutrientes que acompanham a conversão de ambientes nativos para paisagens agrícolas tem efeitos importantes sobre cadeias alimentares aquáticas (controle \'bottom-up\'), e que estes efeitos são muito mais fortes do que aqueles mediados pela presença de predadores (controle \'top-down\'). No entanto, estes efeitos não são necessariamente intuitivos, uma vez que determinados padrões de fertilização influenciam negativamente o rendimento de elos intermediários da cadeia e, portanto, a transmissão da biomassa para níveis tróficos superiores. / The human demand for food, fibers and biofuels imposes a pronounced growth in intensive agriculture and, with it, in the consumption of fertilizers. Fertilizer management promotes dramatic changes in the quantities and proportions of nutrients in agroecosystems which, in turn, influence biological communities through changes in the biomass, nutritional quality, and composition of producers. A recent trend in the Brazilian productive scenario is the expansion of biofuel crops - notably sugarcane (ethanol) and soybean (biodiesel) - over the cerrados. These crops, covering no less than 30 million hectares in the country, demand contrasting fertilization patterns: sugarcane requires high proportions of nitrogen relative to phosphorus, whereas soybean requires high proportions of phosphorus relative to nitrogen. The objective of this thesis was to test the direct and indirect effects that changes in the quantities and proportions of N and P that follow conversion of native habitats to sugarcane and soybean fields have on biological communities. These objectives were achieved by means of two mesocosm experiments manipulating nutrients, algae, tadpoles and dragonfly naiads. The first experiment followed a full factorial design crossing three concentrations of N (Nreference, Nsoy, Ncane) and three concentrations of P (Preference, Psoy, Pcane), as well as two trophic levels (algae and Physalaemus cuvieri larvae). Nutrient levels simulated conditions measured in water bodies of the cerrado, or patterns of fertilization known for sugarcane or soybean crops. In the second experiment we paired these concentrations (Nreference Preference, Nsoy Psoy, Ncane Pcane) so as to reduce dimensionality and as such to permit inclusion of a third trophic level (algae, Hypsiboas faber larvae, dragonfly naiads). We included an additional treament with caged naiads to separate the effects of actual tadpole predation from those of changes in tadpole traits. The main response variables in both experiments were cholophyll a concentrations as na indicator of phytoplankton biomass, and tadpole mortality, final mass and final developmental stage as indicators of consumer performance. A comparison in the concentration of chlorophyll a before and after the introduction of tadpoles tested the effect of consumers on producer biomass. As expected, measured TN and TP responded strongly to N and P manipulations. In the weeks preceding the introduction of tadpoles, algal biomass increased in response to the concentration of N, but not to the concentration of P; this trend was maintained throughout the experiment. This probably happened because measured TN varied from oligotrophic to hypertrophic conditions; in contrast, measured TP consistenly corresponded to hypertrophic conditions. Tadpole introduction had no evident effects on chlorophyll concentrations, possibly indicating that food was abundant and competition among tadpoles, if present, was weak. Consumer performance was significantly influenced by nutrient manipulations. P-rich treatments led to a reduction in growth, and to a reduction trend in development and survivorship, of Physalaemus cuvieri. Similarly, the scenario of soybean fertilization - therefore P-rich - led to a significant reduction in Hypsiboas faber survivorship. The scenario of sugarcane fertilization led to a 30% increase in mass gain in Hypsiboas faber. We hypothesized that this reduction in tadpole growth and survivorship in P-rich environments was caused by a proliferation of unpalatable or even toxic cyanobacteria, which are favored in low N:P ratio environments. Contrary to our expectations, dragonfly naiads did not cause a direct or indirect reduction in tadpole growth or survivorship, nor influence phytoplankton biomass. We conclude that changes in nutrient levels that accompany the conversion of native habitats to agricultural fields can have strong effects on freshwater food chains (\'bottom-up\' control), and that these effects are much stronger than those mediated by predator presence (\'top-down\' control). However, bottom-up effects are not necessarily intuitive as certain fertilization patterns negatively influence the performance of intermediate consumers and, as such, the transmission of biomass to higher trophic levels.

Este trabalho descreve o desenvolvimento de um protótipo para o controle em malha fechada da temperatura e estequiometria de um secador vertical cerâmico alimentado a gás natural, instalado na linha de produção de revestimentos cerâmicos da empresa Eliane Revestimentos Cerâmicos - Unidade II, em Cocal do Sul - SC. É apresentada a fundamentação teórica da combustão e os dados experimentais do comportamento do protótipo aplicado no secador, com o objetivo de reduzir a emissão de poluentes e aumentar a eficiência de queima do gás natural, tendo como conseqüência a diminuição do consumo do mesmo. Foi aproveitada a estrutura do secador referente à instrumentação e aos mecanismos de combustão. Sendo concluído o sensoriamento, com a adição do sensor de oxigênio em um tubo fixado ao queimador. A interface de potência do protótipo foi realizada com a inclusão do inversor de freqüência para o controle da rotação do ventilador de combustão. Com a conclusão da implementação da instrumentação, e interfaces de potência do protótipo, foi inserido o sistema de supervisão desenvolvido com a ferramenta Delphi no computador industrial do secador, o qual contém as telas referentes às monitorações dos sensores e parametrização do controlador Com o estudo do comportamento do processo em questão, foi obtido o modelo matemático através da análise dos dados experimentais do secador. A partir deste, desenvolveu-se o projeto e a estratégia de controle, bem como, o algoritmo de controle. O modelo teórico do sistema de controle foi implementado em um microcontrolador. Realizaram-se simulações do modelo teórico de controle para validar o mesmo referente à estabilidade, tanto na temperatura, quando na estequiometria. Após a validação do controle pelas simulações realizadas, foi implementado no secador o protótipo. Ao longo de um período pré-determinado foi analisado o comportamento do secador com o protótipo, visando comparar com o sistema original os ganhos obtidos vinculados a etapa de secagem como: aumento da qualidade final das peças cerâmicas e redução do consumo de gás natural. Conclui-se, que o trabalho atingiu as metas propostas, pois a validação do controle desenvolvido foi comprovada através da verificação da estabilidade da temperatura e estequiometria, aumento da qualidade final das peças cerâmicas e redução dos níveis de emissão de poluentes comparados ao sistema original do secador. / This work describes the development of a prototype for the closed loop control of temperature and composition of a vertical ceramic dryer fueled with natural gas, installed on the production line of Coating Ceramics Tiles Eliane Company - Unit II in Cocal do Sul - SC. It presented the theoretical foundation of combustion and experimental data of the behavior of the prototype used in the dryer, with the objective of reducing the emission of pollutants and increase the efficiency of burning natural gas, and consequently the decrease in consumption of it. It used the structure of the hair on the instrumentation and the mechanisms of combustion. Since the sensing completed with the addition of the oxygen sensor in a tube attached to the burner. The interface power prototype was made with the inclusion of the frequency inverter to control the rotation of the combustion fan. With the completion of the implementation of instrumentation, interfaces and power of the prototype, inserted the supervisory system tool developed with Delphi in the dryer industrial computer, which contains the paintings concerning monitoring of sensors and controller parameterisation. With the study of the behavior of the process in question, was carried out a mathematical model by analyzing the experimental data of the dryer. From this, it was developed the design and control strategy, and the algorithm of control. The theoretical model of the control system was implemented in a microcontroller. There were simulations of the theoretical model of control to validate the same on the stability, both in temperature, when in stoichiometry. After the validation of control by the simulations carried out, has been implemented in the prototype dryer. Over a pre-determined period has been analyzed the behavior of the dryer with the prototype, to compare with the original gains tied to the stage of drying as: increasing the quality of the final ceramic goods and reduce consumption of natural gas. It was concluded that the work has reached the goals, because the validation of the developed control was confirmed by checking the stability of temperature and stoichiometry, increase the quality of the final pieces of ceramics and reducing emission levels of pollutants compared to the original system dryer.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Os rios em todo o mundo estão ameaçados através da alteração do uso e cobertura do solo. Nesse contexto, o perifíton é sugerido como indicador biológico devido ao seu ciclo de vida curto, à comunidade autótrofa e à riqueza de espécies. O objetivo deste estudo foi identificar mudanças em parâmetros estruturais e funcionais da assembleia perifitica em relação aos diferentes tipos de cobertura do solo (pristino, perturbação intermediária e perturbado); em especial na limitação nutricional, crescimento e acúmulo, composição taxonômica e estequiometria da comunidade. O trabalho foi desenvolvido em três rios (Santa Maria, Itaperiti, Anil) da bacia Guapi-Macacu, RJ, Brasil. A limitação nutricional foi acessada através de Substratos Difusores de Nutrientes alocados in situ; estes substratos consistem em potes com agar-agar, enriquecidos com nutrientes (N, P, N+P), ou não (controle), que difundem até o filtro, servindo de substrato para o crescimento perifítico. Ainda, o crescimento foi acessado através da colonização de azulejos, amostrados em datas diferentes; na última data, a amostragem também foi feita para a verificação da composição taxonômica e estequiométrica da assembleia. Os resultados mostraram que a comunidade perifítica é limitada primariamente por luz nos pontos pristinos; já nos pontos perturbados, há limitação por nitrogênio ou fósforo, dependendo do uso do solo predominante agricultura com maior aporte de nitrogênio, causando limitação por fósforo, e pecuária com maior aporte de fósforo, causando limitação por nitrogênio. Os trechos perturbados apresentaram maior biomassa perifítica em termos de clorofila a; além disso, também mostraram as maiores taxas de crescimento da comunidade. Também, houve mudanças na composição taxonômica da comunidade no gradiente de perturbação, com o aumento de gêneros tolerantes à poluição e diminuição de gêneros não tolerantes e da diversidade e a equitabilidade. A intensidade luminosa foi determinante na presença dos táxons, e a concentração de fosfato, nas suas abundâncias. Por fim, as razões estequiométricas - C:N, C:P and N:P - diminuíram em função da concentração de nutrientes na água, indicando o potencial de remoção de nutrientes em córregos poluídos. O presente trabalho foi inovador na área limnológica devido à abordagem estequiométrica em conjunto com o grande número de outras variáveis biológicas. Em tempo, a dificuldade de separação dos efeitos das variáveis ambientais neste estudo in situ faz com que seja sugerido o uso de experimentos controlados em mesocosmos posteriormente / The rivers around the world are threatened by changes in land use. In this context, the periphyton is a great biological indicator due to its short life cycle, the autotrophic community and species richness. The aim of this study was to identify changes in structural and functional attributes of the periphytic assemblages in relation to the different land uses (pristine, mixed, and impacted); especially related to nutritional limitation, growth and accumulation, taxonomic composition and stoichiometry of the community. The study was conducted in three rivers (Santa Maria, Itaperiti, Anil) of Guapi-Macacu basin, RJ, Brazil. Nutritional limitation was accessed through Nutrient Diffusing Substrata allocated in situ; these substrata consist of agar solution enriched with nutrients (N, P, N+P) or not (control), which diffuse through the filter, which acts as a substrate for the periphyton growth. Growth was also assessed through colonization of tiles, sampled at 4 different dates; on the last date, samples were used to assess the taxonomic and stoichiometric composition of the periphyton. The results showed that periphyton community was limited primarily by light at pristine sites; the disturbed reaches were limited by nitrogen or phosphorus, depending on the prevailing land use agriculture with higher nitrogen supply, causing limitation by phosphorus, and livestock with higher phosphorus supply, causing nitrogen limitation. The disturbed site also showed higher periphyton biomass in terms of chlorophyll a. In addition, the highest community growth rates were found at the disturbed reaches. There were changes in the periphyton taxonomic composition along the impact gradient, with increasing pollution-tolerant genera and disappearence of non-tolerant genera. The diversity and evenness of algae taxa were higher in pristine sites. Canopy openess was an important fator determining presence/absence of taxa, while PO4 concentration was crucial for their abundances. Finally, the periphyton stoichiometric ratios measured as C:N, C:P and N:P - decreased according to the nutrient concentration in the water, indicating the potential for nutrient removal in polluted streams. This work was innovative in limnological area due to the stoichiometric approach and the large number of other biological variables. The difficulty of separating the environmental variables effects in this study in situ suggests the use of controlled experiments in mesocosms in latter studies

Este trabalho descreve o desenvolvimento de um protótipo para o controle em malha fechada da temperatura e estequiometria de um secador vertical cerâmico alimentado a gás natural, instalado na linha de produção de revestimentos cerâmicos da empresa Eliane Revestimentos Cerâmicos - Unidade II, em Cocal do Sul - SC. É apresentada a fundamentação teórica da combustão e os dados experimentais do comportamento do protótipo aplicado no secador, com o objetivo de reduzir a emissão de poluentes e aumentar a eficiência de queima do gás natural, tendo como conseqüência a diminuição do consumo do mesmo. Foi aproveitada a estrutura do secador referente à instrumentação e aos mecanismos de combustão. Sendo concluído o sensoriamento, com a adição do sensor de oxigênio em um tubo fixado ao queimador. A interface de potência do protótipo foi realizada com a inclusão do inversor de freqüência para o controle da rotação do ventilador de combustão. Com a conclusão da implementação da instrumentação, e interfaces de potência do protótipo, foi inserido o sistema de supervisão desenvolvido com a ferramenta Delphi no computador industrial do secador, o qual contém as telas referentes às monitorações dos sensores e parametrização do controlador Com o estudo do comportamento do processo em questão, foi obtido o modelo matemático através da análise dos dados experimentais do secador. A partir deste, desenvolveu-se o projeto e a estratégia de controle, bem como, o algoritmo de controle. O modelo teórico do sistema de controle foi implementado em um microcontrolador. Realizaram-se simulações do modelo teórico de controle para validar o mesmo referente à estabilidade, tanto na temperatura, quando na estequiometria. Após a validação do controle pelas simulações realizadas, foi implementado no secador o protótipo. Ao longo de um período pré-determinado foi analisado o comportamento do secador com o protótipo, visando comparar com o sistema original os ganhos obtidos vinculados a etapa de secagem como: aumento da qualidade final das peças cerâmicas e redução do consumo de gás natural. Conclui-se, que o trabalho atingiu as metas propostas, pois a validação do controle desenvolvido foi comprovada através da verificação da estabilidade da temperatura e estequiometria, aumento da qualidade final das peças cerâmicas e redução dos níveis de emissão de poluentes comparados ao sistema original do secador. / This work describes the development of a prototype for the closed loop control of temperature and composition of a vertical ceramic dryer fueled with natural gas, installed on the production line of Coating Ceramics Tiles Eliane Company - Unit II in Cocal do Sul - SC. It presented the theoretical foundation of combustion and experimental data of the behavior of the prototype used in the dryer, with the objective of reducing the emission of pollutants and increase the efficiency of burning natural gas, and consequently the decrease in consumption of it. It used the structure of the hair on the instrumentation and the mechanisms of combustion. Since the sensing completed with the addition of the oxygen sensor in a tube attached to the burner. The interface power prototype was made with the inclusion of the frequency inverter to control the rotation of the combustion fan. With the completion of the implementation of instrumentation, interfaces and power of the prototype, inserted the supervisory system tool developed with Delphi in the dryer industrial computer, which contains the paintings concerning monitoring of sensors and controller parameterisation. With the study of the behavior of the process in question, was carried out a mathematical model by analyzing the experimental data of the dryer. From this, it was developed the design and control strategy, and the algorithm of control. The theoretical model of the control system was implemented in a microcontroller. There were simulations of the theoretical model of control to validate the same on the stability, both in temperature, when in stoichiometry. After the validation of control by the simulations carried out, has been implemented in the prototype dryer. Over a pre-determined period has been analyzed the behavior of the dryer with the prototype, to compare with the original gains tied to the stage of drying as: increasing the quality of the final ceramic goods and reduce consumption of natural gas. It was concluded that the work has reached the goals, because the validation of the developed control was confirmed by checking the stability of temperature and stoichiometry, increase the quality of the final pieces of ceramics and reducing emission levels of pollutants compared to the original system dryer.

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Neste trabalho, levantamos a hip?tese de que os peixes tropicais tendem a se alimentar mais baixo nas redes alimentares para compensar a maior demanda energ?tica, a qual aumenta com a temperatura da ?gua e o tamanho do corpo do animal. A an?lise dos dados de 8172 esp?cies de peixes marinhos e de ?gua doce do mundo, de regi?es tropicais e temperadas, demonstrou que a posi??o tr?fica dos peixes n?o carn?voros diminui com o aumento do tamanho do corpo em regi?es tropicais, mas n?o em regi?es temperadas. Este padr?o sugere que a maior demanda energ?tica dos peixes tropicais maiores deve ter exercido uma press?o seletiva para a evolu??o da onivoria. Como consequ?ncia, a din?mica tr?fica dos ecossistemas aqu?ticos tropicais deve apresentar padr?es distintos aos observados em ambientes temperados, com implica??es importantes para o manejo da qualidade da ?gua e a restaura??o de ecossistemas aqu?ticos eutrofizaos. Outra hip?tese deste trabalho, ? que os efeitos de peixes planct?voros on?voros sobre comunidades planct?nicas tropicais dependem da composi??o estequiom?trica dos produtores prim?rios que por sua vez depende da disponibilidade relativa de luz e nutrientes. Um experimento de campo em mesocosmos manipulando a disponibilidade de luz e a presen?a de peixes planct?voros confirmou a hip?tese de trabalho, sugerindo que a composi??o estequiometria e consequentemente a qualidade dos recursos alimentares determinam a estrutura tr?fica das redes alimentares pel?gicas em lagos tropicais. Finalmente, outro experimento de campo em mesocosmos sugere que a remo??o de peixes on?voros bentivoros deve ser mais eficaz do que a remo??o de peixes on?voros planct?voros para a melhoria da qualidade da ?gua de lagos e reservat?rios tropicais. Este ?ltimo experimento demonstrou que os peixes planctivoros on?voros aumentam a biomassa fitoplanct?nica atrav?s do mecanismo de cascata tr?fica sem aumentar as concentra??es de nutrientes na coluna d??gua. Por outro lado, os peixes bentivoros on?voros, se alimentando de detritos e outros recursos bent?nicos e excretando nutrientes na ?gua, translocam nutrientes do sedimento para a coluna d??gua, aumentando o aporte interno de f?sforo e a biomassa fitoplanct?nica atrav?s da sua intera??o com o sedimento. Portanto, o aporte interno de f?sforo pode ser reduzido e a qualidade da ?gua de lagos tropicais eutrofizados pode ser melhorada atrav?s da remo??o de peixes bent?voros on?voros. / Omnivory is a predominant feeding strategy among tropical fishes, but knowledge about its causes and consequences of this pattern is scarce. In this study we hypothesized that tropical fish feed lower in food web as a way to compensate a higher energetic demand, which increases with increasing water temperature and body size. Information about 8172 freshwater and marine fish species from whole world, from tropical and temperate ecosystems, showed that the trophic position of non-carnivore fish decreases with increasing body size in tropical but not in temperate ecosystems. This result indicates that the higher energetic demand of large-bodied tropical fish should exert a selective force in favor of omnivory. As a consequence, trophic dynamics in tropical freshwater ecosystems should have different patterns comparing to temperate ones, with major implications for water management and restoration of eutrophic aquatic ecosystems. Another hypothesis of this work was that effects of tropical omnivorous planktivorous fish on planktonic communities depend of primary producers stoichiometric composition, which depends of light availability relative to nutrients ratios. A mesocosm experiment, manipulating light availability and planktivorous fish presence, confirmed our hypothesis indicating that resource stoichiometric composition (consequently nutritional quality), determine trophic structure of pelagic food webs in tropical lakes. Finally another mesocosm experiment indicated that the removal of omnivorous benthivorous fish should be more efficient than removal of omnivorous planktivorus fish, as a way to improve water quality in tropical lakes and reservoirs. This last experiment showed that omnivorous planktivorous fish increase phytoplankton biomass due to trophic cascade interactions, without increasing nutrient concentrations in the water column. On the other hand, omnivorous benthivorous fish, feeding on detritus and other benthonic food sources and excreting nutrients in the water column, are responsible for translocate nutrient from sediments to the water column, increasing phosphorus pool and phytoplankton biomass. Thereby, internal phosphorus supply should be reduced and water quality of eutrophicated lakes could be improved by removing omnivorous benthivorous fish.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Os rios em todo o mundo estão ameaçados através da alteração do uso e cobertura do solo. Nesse contexto, o perifíton é sugerido como indicador biológico devido ao seu ciclo de vida curto, à comunidade autótrofa e à riqueza de espécies. O objetivo deste estudo foi identificar mudanças em parâmetros estruturais e funcionais da assembleia perifitica em relação aos diferentes tipos de cobertura do solo (pristino, perturbação intermediária e perturbado); em especial na limitação nutricional, crescimento e acúmulo, composição taxonômica e estequiometria da comunidade. O trabalho foi desenvolvido em três rios (Santa Maria, Itaperiti, Anil) da bacia Guapi-Macacu, RJ, Brasil. A limitação nutricional foi acessada através de Substratos Difusores de Nutrientes alocados in situ; estes substratos consistem em potes com agar-agar, enriquecidos com nutrientes (N, P, N+P), ou não (controle), que difundem até o filtro, servindo de substrato para o crescimento perifítico. Ainda, o crescimento foi acessado através da colonização de azulejos, amostrados em datas diferentes; na última data, a amostragem também foi feita para a verificação da composição taxonômica e estequiométrica da assembleia. Os resultados mostraram que a comunidade perifítica é limitada primariamente por luz nos pontos pristinos; já nos pontos perturbados, há limitação por nitrogênio ou fósforo, dependendo do uso do solo predominante agricultura com maior aporte de nitrogênio, causando limitação por fósforo, e pecuária com maior aporte de fósforo, causando limitação por nitrogênio. Os trechos perturbados apresentaram maior biomassa perifítica em termos de clorofila a; além disso, também mostraram as maiores taxas de crescimento da comunidade. Também, houve mudanças na composição taxonômica da comunidade no gradiente de perturbação, com o aumento de gêneros tolerantes à poluição e diminuição de gêneros não tolerantes e da diversidade e a equitabilidade. A intensidade luminosa foi determinante na presença dos táxons, e a concentração de fosfato, nas suas abundâncias. Por fim, as razões estequiométricas - C:N, C:P and N:P - diminuíram em função da concentração de nutrientes na água, indicando o potencial de remoção de nutrientes em córregos poluídos. O presente trabalho foi inovador na área limnológica devido à abordagem estequiométrica em conjunto com o grande número de outras variáveis biológicas. Em tempo, a dificuldade de separação dos efeitos das variáveis ambientais neste estudo in situ faz com que seja sugerido o uso de experimentos controlados em mesocosmos posteriormente / The rivers around the world are threatened by changes in land use. In this context, the periphyton is a great biological indicator due to its short life cycle, the autotrophic community and species richness. The aim of this study was to identify changes in structural and functional attributes of the periphytic assemblages in relation to the different land uses (pristine, mixed, and impacted); especially related to nutritional limitation, growth and accumulation, taxonomic composition and stoichiometry of the community. The study was conducted in three rivers (Santa Maria, Itaperiti, Anil) of Guapi-Macacu basin, RJ, Brazil. Nutritional limitation was accessed through Nutrient Diffusing Substrata allocated in situ; these substrata consist of agar solution enriched with nutrients (N, P, N+P) or not (control), which diffuse through the filter, which acts as a substrate for the periphyton growth. Growth was also assessed through colonization of tiles, sampled at 4 different dates; on the last date, samples were used to assess the taxonomic and stoichiometric composition of the periphyton. The results showed that periphyton community was limited primarily by light at pristine sites; the disturbed reaches were limited by nitrogen or phosphorus, depending on the prevailing land use agriculture with higher nitrogen supply, causing limitation by phosphorus, and livestock with higher phosphorus supply, causing nitrogen limitation. The disturbed site also showed higher periphyton biomass in terms of chlorophyll a. In addition, the highest community growth rates were found at the disturbed reaches. There were changes in the periphyton taxonomic composition along the impact gradient, with increasing pollution-tolerant genera and disappearence of non-tolerant genera. The diversity and evenness of algae taxa were higher in pristine sites. Canopy openess was an important fator determining presence/absence of taxa, while PO4 concentration was crucial for their abundances. Finally, the periphyton stoichiometric ratios measured as C:N, C:P and N:P - decreased according to the nutrient concentration in the water, indicating the potential for nutrient removal in polluted streams. This work was innovative in limnological area due to the stoichiometric approach and the large number of other biological variables. The difficulty of separating the environmental variables effects in this study in situ suggests the use of controlled experiments in mesocosms in latter studies

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:05:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LiviaCS_DISSERT.pdf: 8592090 bytes, checksum: 17350a6ff1dce1dfa5ece4d032d1bfc5 (MD5) Previous issue date: 2013-07-30 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / In order to learn/teach chemistry some themes are relevant, like the stoichiometry, which consists in the study of the weight ratios in the combination of elements and compounds between themselves. This is an underlying subject in the understanding/representation/forethought of chemical reactions. Considering these aspects, our study presents a modeling-based proposal to develop the content of stoichiometry with prospective chemistry teachers. With this aim, we have made a review of literature, which we considered when tried to identify the learning difficulties using both quizzes and pedagogical tests, and then, from those difficulties we could propose a teaching unit for this concept and, consequently the evaluation of our proposal. The participants were chemistry undergraduates at the Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN) from assorted levels. As a methodological framework, we rely on the discursive textual analysis to characterize the speech of participants. As main results we observed ideas of appearance or disappearance of matter during chemical transformations, disregard of stoichiometric proportions when using drawings to represent the microscopic level of a reaction and confusion between the magnitude amount of matter and other magnitudes such as mass and volume. The final product is a sequence of instruction, based on the modeling previous research literature , with the goal of improving students ability to articulate the macroscopic and submicroscopic levels of representation of the matter / Para aprender/ensinar qu?mica alguns temas s?o relevantes, entre eles a estequiometria, que consiste no estudo das rela??es ponderais de combina??o de elementos e compostos entre si. Este assunto ? fundamental para a compreens?o/representa??o/previs?o das transforma??es qu?micas. Ao considerar estes aspectos, nosso estudo apresenta uma proposta para trabalhar o conte?do de estequiometria com futuros professores de qu?mica apoiando-se em elementos da modelagem. Para tanto, realizamos uma revis?o de literatura sobre o ensino de estequiometria a partir da qual procurou-se identificar as dificuldades de aprendizagem, utilizando tanto question?rios como provas pedag?gicas para, a partir delas propor uma unidade de ensino para este conceito e, consequentemente, a avalia??o de nossa proposta. Os sujeitos participantes foram estudantes da licenciatura em qu?mica da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN) de diferentes per?odos. Como referencial metodol?gico, apoiamo-nos na an?lise textual discursiva para caracteriza??o da fala dos participantes. Como principais resultados foram observados a concep??o de aparecimento ou desaparecimento de mat?ria durante as transforma??es qu?micas, desconsidera??o das propor??es estequiom?tricas ao usar desenhos para representar a rea??o a n?vel submicrosc?pico e confus?o da grandeza quantidade de mat?ria com outras grandezas, tais como massa e volume. O produto final ? uma sequencia did?tica para o ensino de estequiometria apoiada no referencial sobre modelagem com o objetivo de a promover a habilidade de articular os n?veis de interpreta??o da mat?ria macrosc?pico e submicrosc?pico

A demanda da população humana por alimentos, fibras e biocombustíveis impõe crescimento pronunciado na agricultura intensiva e, com ela, no consumo de fertilizantes. Este manejo de fertilizantes leva a alterações dramáticas nas quantidades e proporções de nutrientes em agroecossistemas que, por sua vez, podem influenciar comunidades biológicas por meio de alterações na biomassa, qualidade nutricional e composição de produtores. Uma tendência no cenário produtivo brasileiro recente é a expansão das culturas de biocombustíveis, notadamente da cana-de-açúcar (etanol) e da soja (biodiesel), sobre ambientes de cerrado. Estas culturas, que juntas cobrem nada menos que 30 milhões de hectares do território brasileiro, demandam padrões contrastantes de fertilização. A cana-de-açúcar exige altas proporções de nitrogênio relativo a fósforo, enquanto que a soja exige altas proporções de fósforo relativo a nitrogênio. Esta dissertação teve como objetivo testar os efeitos diretos e indiretos que as alterações nas quantidades e proporções de N e P que se seguem à conversão de ambientes nativos para o cultivo de cana-de-açúcar e soja têm sobre comunidades biológicas. Estes objetivos foram testados por meio de dois experimentos em mesocosmos aquáticos manipulando nutrientes, algas, girinos e ninfas de libélulas. O primeiro experimento seguiu um delineamento fatorial completo cruzando três concentrações de N (Nreferência, Nsoja, Ncana) e três concentrações de P (Preferência, Psoja, Pcana), e dois níveis tróficos (algas e girinos de Physalaemus cuvieri). Níveis de nutrientes manipulados simularam condições medidas em corpos d´água de cerrado, ou padrões de fertilização conhecidos para culturas de cana-de-açúcar e de soja. No segundo experimento pareamos essas concentrações (Nreferência Preferência, Nsoja, Psoja, Ncana Pcana) de forma a reduzir a dimensionalidade do experimento e assim permitir a inclusão de um terceiro nível trófico (algas, girinos de Hypsiboas faber e ninfas de libélulas). Incluímos ainda um tratamento no qual as ninfas de libélulas estiveram engaioladas para separar os efeitos da predação de girinos, dos efeitos da alteração nos seus atributos. As principais variáveis de resposta em ambos experimentos foram concentração de clorofila a como indicadora de biomassa de fitoplâncton, e mortalidade, massa final e estágio de desenvolvimento final de girinos como indicadores de rendimento de consumidores. Uma comparação na concentração de clorofila antes e depois da introdução de girinos procurou testar o efeito da adição de consumidores na biomassa de produtores. Conforme esperado, NT e PT medidos responderam expressivamente à manipulação de N e P. Nas semanas que antecederam a introdução de girinos, a biomassa algal cresceu em resposta ao aumento na concentração do nitrogênio, mas não do fósforo; esta tendência se manteve ao longo dos experimentos. Isso provavelmente ocorreu porque concentrações medidas de NT variaram da oligotrofia à hipertrofia; por sua vez, concentrações medidas de PT estiveram consistentemente em valores considerados hipertróficos. A introdução de girinos não exerceu efeitos evidentes sobre a concentração de clorofila a, possivelmente indicando que o alimento era abundante o suficiente para não ocorrer competição entre consumidores. O rendimento de consumidores foi significativamente influenciado pela manipulação de nutrientes. Tratamentos ricos em P levaram a uma redução no crescimento de Physalaemus cuvieri, e uma tendência à redução no seu desenvolvimento e sobrevivência. De forma similar, o cenário de fertilização de soja - portanto rico em P - levou a uma redução significativa na sobrevivência de H. faber. Por sua vez, o cenário de fertilização de cana-de-açúcar levou a um ganho de massa de H. faber 30% superior ao controle. Formulamos a hipótese que esta diminuição no crescimento e sobrevivência de girinos em cenários de fertilização ricos em P teria sido causada pela proliferação de cianobactérias, frequentemente impalatáveis ou mesmo tóxicas, e que tendem a ser favorecidas em ambientes de baixa proporção N:P. Ao contrário do que esperávamos, ninfas de libélulas não foram capazes de promover redução direta ou indireta no crescimento ou sobrevivência de girinos, ou influenciar a biomassa de fitoplâncton. Concluímos que as alterações nos níveis de nutrientes que acompanham a conversão de ambientes nativos para paisagens agrícolas tem efeitos importantes sobre cadeias alimentares aquáticas (controle \'bottom-up\'), e que estes efeitos são muito mais fortes do que aqueles mediados pela presença de predadores (controle \'top-down\'). No entanto, estes efeitos não são necessariamente intuitivos, uma vez que determinados padrões de fertilização influenciam negativamente o rendimento de elos intermediários da cadeia e, portanto, a transmissão da biomassa para níveis tróficos superiores. / The human demand for food, fibers and biofuels imposes a pronounced growth in intensive agriculture and, with it, in the consumption of fertilizers. Fertilizer management promotes dramatic changes in the quantities and proportions of nutrients in agroecosystems which, in turn, influence biological communities through changes in the biomass, nutritional quality, and composition of producers. A recent trend in the Brazilian productive scenario is the expansion of biofuel crops - notably sugarcane (ethanol) and soybean (biodiesel) - over the cerrados. These crops, covering no less than 30 million hectares in the country, demand contrasting fertilization patterns: sugarcane requires high proportions of nitrogen relative to phosphorus, whereas soybean requires high proportions of phosphorus relative to nitrogen. The objective of this thesis was to test the direct and indirect effects that changes in the quantities and proportions of N and P that follow conversion of native habitats to sugarcane and soybean fields have on biological communities. These objectives were achieved by means of two mesocosm experiments manipulating nutrients, algae, tadpoles and dragonfly naiads. The first experiment followed a full factorial design crossing three concentrations of N (Nreference, Nsoy, Ncane) and three concentrations of P (Preference, Psoy, Pcane), as well as two trophic levels (algae and Physalaemus cuvieri larvae). Nutrient levels simulated conditions measured in water bodies of the cerrado, or patterns of fertilization known for sugarcane or soybean crops. In the second experiment we paired these concentrations (Nreference Preference, Nsoy Psoy, Ncane Pcane) so as to reduce dimensionality and as such to permit inclusion of a third trophic level (algae, Hypsiboas faber larvae, dragonfly naiads). We included an additional treament with caged naiads to separate the effects of actual tadpole predation from those of changes in tadpole traits. The main response variables in both experiments were cholophyll a concentrations as na indicator of phytoplankton biomass, and tadpole mortality, final mass and final developmental stage as indicators of consumer performance. A comparison in the concentration of chlorophyll a before and after the introduction of tadpoles tested the effect of consumers on producer biomass. As expected, measured TN and TP responded strongly to N and P manipulations. In the weeks preceding the introduction of tadpoles, algal biomass increased in response to the concentration of N, but not to the concentration of P; this trend was maintained throughout the experiment. This probably happened because measured TN varied from oligotrophic to hypertrophic conditions; in contrast, measured TP consistenly corresponded to hypertrophic conditions. Tadpole introduction had no evident effects on chlorophyll concentrations, possibly indicating that food was abundant and competition among tadpoles, if present, was weak. Consumer performance was significantly influenced by nutrient manipulations. P-rich treatments led to a reduction in growth, and to a reduction trend in development and survivorship, of Physalaemus cuvieri. Similarly, the scenario of soybean fertilization - therefore P-rich - led to a significant reduction in Hypsiboas faber survivorship. The scenario of sugarcane fertilization led to a 30% increase in mass gain in Hypsiboas faber. We hypothesized that this reduction in tadpole growth and survivorship in P-rich environments was caused by a proliferation of unpalatable or even toxic cyanobacteria, which are favored in low N:P ratio environments. Contrary to our expectations, dragonfly naiads did not cause a direct or indirect reduction in tadpole growth or survivorship, nor influence phytoplankton biomass. We conclude that changes in nutrient levels that accompany the conversion of native habitats to agricultural fields can have strong effects on freshwater food chains (\'bottom-up\' control), and that these effects are much stronger than those mediated by predator presence (\'top-down\' control). However, bottom-up effects are not necessarily intuitive as certain fertilization patterns negatively influence the performance of intermediate consumers and, as such, the transmission of biomass to higher trophic levels.

Este trabalho descreve o desenvolvimento de um protótipo para o controle em malha fechada da temperatura e estequiometria de um secador vertical cerâmico alimentado a gás natural, instalado na linha de produção de revestimentos cerâmicos da empresa Eliane Revestimentos Cerâmicos - Unidade II, em Cocal do Sul - SC. É apresentada a fundamentação teórica da combustão e os dados experimentais do comportamento do protótipo aplicado no secador, com o objetivo de reduzir a emissão de poluentes e aumentar a eficiência de queima do gás natural, tendo como conseqüência a diminuição do consumo do mesmo. Foi aproveitada a estrutura do secador referente à instrumentação e aos mecanismos de combustão. Sendo concluído o sensoriamento, com a adição do sensor de oxigênio em um tubo fixado ao queimador. A interface de potência do protótipo foi realizada com a inclusão do inversor de freqüência para o controle da rotação do ventilador de combustão. Com a conclusão da implementação da instrumentação, e interfaces de potência do protótipo, foi inserido o sistema de supervisão desenvolvido com a ferramenta Delphi no computador industrial do secador, o qual contém as telas referentes às monitorações dos sensores e parametrização do controlador Com o estudo do comportamento do processo em questão, foi obtido o modelo matemático através da análise dos dados experimentais do secador. A partir deste, desenvolveu-se o projeto e a estratégia de controle, bem como, o algoritmo de controle. O modelo teórico do sistema de controle foi implementado em um microcontrolador. Realizaram-se simulações do modelo teórico de controle para validar o mesmo referente à estabilidade, tanto na temperatura, quando na estequiometria. Após a validação do controle pelas simulações realizadas, foi implementado no secador o protótipo. Ao longo de um período pré-determinado foi analisado o comportamento do secador com o protótipo, visando comparar com o sistema original os ganhos obtidos vinculados a etapa de secagem como: aumento da qualidade final das peças cerâmicas e redução do consumo de gás natural. Conclui-se, que o trabalho atingiu as metas propostas, pois a validação do controle desenvolvido foi comprovada através da verificação da estabilidade da temperatura e estequiometria, aumento da qualidade final das peças cerâmicas e redução dos níveis de emissão de poluentes comparados ao sistema original do secador. / This work describes the development of a prototype for the closed loop control of temperature and composition of a vertical ceramic dryer fueled with natural gas, installed on the production line of Coating Ceramics Tiles Eliane Company - Unit II in Cocal do Sul - SC. It presented the theoretical foundation of combustion and experimental data of the behavior of the prototype used in the dryer, with the objective of reducing the emission of pollutants and increase the efficiency of burning natural gas, and consequently the decrease in consumption of it. It used the structure of the hair on the instrumentation and the mechanisms of combustion. Since the sensing completed with the addition of the oxygen sensor in a tube attached to the burner. The interface power prototype was made with the inclusion of the frequency inverter to control the rotation of the combustion fan. With the completion of the implementation of instrumentation, interfaces and power of the prototype, inserted the supervisory system tool developed with Delphi in the dryer industrial computer, which contains the paintings concerning monitoring of sensors and controller parameterisation. With the study of the behavior of the process in question, was carried out a mathematical model by analyzing the experimental data of the dryer. From this, it was developed the design and control strategy, and the algorithm of control. The theoretical model of the control system was implemented in a microcontroller. There were simulations of the theoretical model of control to validate the same on the stability, both in temperature, when in stoichiometry. After the validation of control by the simulations carried out, has been implemented in the prototype dryer. Over a pre-determined period has been analyzed the behavior of the dryer with the prototype, to compare with the original gains tied to the stage of drying as: increasing the quality of the final ceramic goods and reduce consumption of natural gas. It was concluded that the work has reached the goals, because the validation of the developed control was confirmed by checking the stability of temperature and stoichiometry, increase the quality of the final pieces of ceramics and reducing emission levels of pollutants compared to the original system dryer.

Empregamos a técnica de Dinâmica Molecular para estudar propriedades de defeitos pontuais nos compostos intermetálicos ZrNi e Zr2Ni. Descrevemos as configurações estáveis de defeitos e mecanismos de migração, assim como as energias envolvidas. Os potenciais interatômicos foram derivados do Embedded Atom Model. No intuito de levar em conta a variação de estequiometria causada pela presença de alguns tipos de defeitos em intermetálicos, apresentamos um método numérico que fornece a energia efetiva de formação de defeitos e aplicamos o método ao ZrNi e Zr2Ni. Os resultados mostraram que vacâncias são mais estáveis na sub—rede do Ni, com energia de formação de 0,83 e-0,61 eV em ZrNi e Zr2Ni, respectivamente. Vacâncias de Zr são instáveis em ambos compostos; elas decaem espontaneamente em pares anti—sítio e vacância de Ni. Configurações e energias de formação de intersticiais também foram calculadas e mostraram comportamentos similares. Em ZrNi, a migração de vacâncias ocorre preferencialmente nas direções [025] e [100], com as respectivas energias de migração 0,67 e 0,73 eV, e é um processo essencialmente bidimensional no plano (001). Em Zr,Ni, a migração de vacâncias é unidimensional, ocorrendo na direção [001], com energia de migração de 0,67 eV. Em ambos compostos a presença de defeitos de anti—sítio de Ni diminui a energia de migração da vacância de Ni em até 3 vezes e facilita a movimentação em três dimensões. Mecanismos de anel não são energeticamente eficientes em comparação com saltos diretos. As configurações estáveis de intersticiais em ambos compostos consistem em um átomo de Ni sobre o plano (001) entre dois vizinhos de Zr fora do plano. Intersticiais de Zr são instáveis e tendem a deslocar um átomo de Ni, ocupando seu sítio. Energias de deslocamento foram estudadas através de simulações de irradiação de ambos compostos. Durante o processo de colisão binária, um potencial universal ZBL foi usado para colisões a curta distância. Para distâncias intermediárias usamos um potencial de união arbitrário. Zr mostrou—se mais difícil de ser arrancado de seu sítio do que Ni. Encontramos valores de energia de deslocamento no intervalo de aproximadamente 29 eV até 546 eV. Alguns resultados experimentais são mostrados e apresentam boa concordância com os cálculos. / We have employed the Molecular Dynamics approach to study the properties of point defects in the ZrNi and Zr2Ni intermetallic compounds. We describe the defects stable configuration and migration mechanisms, as well as the energetics involved. The interatomic potentials were derived from the Embedded Atom Model. In order to take into account the change of stoichiometry caused by the presente of some types of defects in intermetallics, we present a numerical method which retums the effective defect formation energy and apply the method to ZrNi and Zr2Ni. The results showed that vacancies are most stable in the Ni sublattice, with formation energy of 0.83 and 0.61 eV in ZrNi and Zr2Ni, respectively. Zr vacancies are unstable in both compounds; they spontaneously decay to pairs of Ni vacancy and antisite defect. The interstitial configurations and formation energies were also calculated, with similar behaviors. In ZrNi, vacancy migration occurs preferentially in the [025] and [100] directions, with migration energy of 0.67 and 0.73 eV, respectively, and is essentially a two—dimensional process, in the (001) plane. In Zr2Ni, vacancy migration is one—dimensional, occurring in the [001] direction, with a migration energy of 0.67 eV. In both compounds, the presence of Ni antisite defects decreases the Ni vacancy migration energy by up to a factor of three, and facilitates three—dimensional motion. Ring mechanisms are not energetically efficient compared to direct vacancy jumps. The stable interstitial configurations for both compounds consist of a Ni atom lying on the (001) plane between two out—of—plane nearest—neighbor Zr atoms. Displacement threshold energies were calculated through irradiation simulations of both compounds. During the collision process, a universal ZBL potential was used for the Glose encounter cases. For intermediate distances we used a bridging arbitrary potential. Zr showed to be harder to displace than Ni. We found displacement threshold energies ranging from roughly 29 eV up to 546 eV. Some experimental results are given and show good agreement with the calculations.