Orientador: Maria Angela de Almeida Meireles / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-26T11:16:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moraes_MoysesNavesde_D.pdf: 11795880 bytes, checksum: 816fd6cdb3996f8cf9ea868d729c0050 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: A busca por produtos naturais que apresentem elevado grau de pureza tem impulsionado pesquisas por processos de extração e, preferencialmente, que não agridam o meio ambiente. Assim, processos de extração com fluido supercrítico (SFE ¿ Supercritical Fluid Extraction) vêm ganhando espaço por propiciar extratos diferenciados. O resíduo obtido da SFE é a matriz sólida livre do extrato de interesse, sendo que esse resíduo pode ser utilizado como matéria-prima em outros processos. Atualmente há grande interesse também em processos que utilizem integralmente a matéria-prima, minimizando a produção de resíduo, e garantindo uma produção mais diversificada oriunda de uma mesma matéria-prima, mas não se pode desconsiderar o processo industrial, e para isso, é necessário desenvolver processos que possam ser integrados sem perder a continuidade da produção, mesmo que o processo, por definição, seja intitulado pseudocontínuo. Para a implementação da SFE em escala industrial uma opção é a operação pseudocontínua de extração com CO2 supercrítico (ScCO2), para que isso seja possível é necessário que a unidade de extração possua no mínimo n+1 extratores, tal que n seja um número inteiro positivo. Então, neste trabalho foi estudada a obtenção de dois tipos de extratos em operação pseudocontínua: (1) óleo volátil de cravo-da-índia, para a validação do processo de extração em modo pseudocontínuo e (2) extrato rico em tocotrienóis de sementes de urucum. Nos dois casos as matrizes vegetais após a SFE podem ser utilizadas para obtenção de outros produtos. No caso do urucum, as sementes desengorduradas possuem grande quantidade de bixina, a qual tem grande aceitabilidade no mercado devido ao seu poder corante, e por isso, utilizou-se esse resíduo como matéria-prima para a obtenção de bixina, promovendo, uma integração de processo. Ademais, o resíduo da extração da bixina e o material lignocelulósico obtido após a SFE do cravo-da-índia podem ser hidrolisados a alta pressão catalisada ou não por CO2 para produzir biopolímeros úteis para serem utilizados na fabricação de nanoestruturas porosas. Para que o processo pseudocontínuo pudesse ser desenvolvido foi necessário o conhecimento atual da área supercrítica, principalmente a nível regional (América Latina e Brasil), além da necessidade de entender as limitações que as diferentes técnicas de extração apresentam para as diferentes classes de compostos de interesse. Então o processo de extração pseudocontínuo foi avaliado, e se mostrou eficaz, permitindo aproveitamento do tempo, pois durante o período de carga e descarga de um leito extrativo o outro estava em período de extração. Deste modo, houve a manutenção de ao menos um extrator em período de extração, caracterizando-se assim a operação pseudocontínua. A extração pseudocontínua do óleo de cravo-da-índia apresentou uma taxa média 3,6 vezes maior que o processo em batelada. A manutenção da razão S/F e do tempo de extração iguais pode ser usada satisfatoriamente para mudança de escala para o cravo e o urucum, ao se utilizar extratores de relação Hb/Db distintas. Por fim, a composição química do óleo de cravo-da-índia foi distinta, sendo então aconselhado uma avaliação prévia dessa composição química antes de definir qual a relação Hb/Db será utilizada / Abstract: The demand for natural products with high purity is promoting studies focused on extraction processes that avoid environmental damages. Supercritical fluid extraction (SFE) processes are gaining emphasis because they afford the extraction of selective compounds when compared with conventional techniques. The residue from SFE is the solid matrix free of target compounds; this residue can be a raw material in other processes. Recently, the appeal for green technologies and the searching for integral use of raw materials are receiving attention. These green technologies minimize the residue generation and promote a diversified production of bioactive compounds from the same raw material. Regarding the industrial scale, integrated processes with continuous productive lines are needed, even that in some cases the processes are named pseudo continuous. Thus, the pseudo continuous extraction using supercritical CO2 (ScCO2) is an important issue for implementing SFE processes in industrial scales. To make it possible, the extraction equipment needs to contain at least n+1 extractors, where n should be a positive integer number. Based on these aspects, we performed in this study the pseudo continuous extraction of two classes of compounds: (1) volatile oil from clove buds for validating the process and (2) tocotrienol rich-extracts from annatto seeds. In both cases the material from SFE can be used to obtain other products. Defatted annatto seeds contain bixin, a coloring pigment that finds several applications. Then, we selected annatto to obtain bixin by using process integration. Furthermore, the residue from the extraction of bixin and the lignocellulosic fraction from the extraction of clove compounds can be hydrolyzed applying high pressure. The reaction can be catalyzed with CO2 to produce biopolymers useful for manufacturing porous nanostructures. To become the pseudo continuous process feasible, we evaluated the information available on the scientific community, especially in Latin America and Brazil. With this search, we could find some limitations about extracting different classes of compounds. Then, we performed the proposed operation, and it yielded good results with respect to optimizing the time. While one bed was in extraction step, the other was in charge/discharge step, characterizing the pseudo continuous extraction mode. In this case, at least one bed was maintained in extraction step along the time. The pseudo continuous extraction of clove oil presented an extraction rate 3.6-fold higher when compared with batch extraction. Besides, process scale up using the studied raw materials might be accomplished by maintaining the S/F ratio equal (for a fixed time) in different Hb/Db ratios. Finally, we observed significant difference (5 % of probability) in the chemical composition of clove oil obtained in both extractors. An evaluation of the oil composition is needed to define the suitable Hb/Db ratio for extraction processes / Doutorado / Engenharia de Alimentos / Doutor em Engenharia de Alimentos

Orientadores: Maria Angela de Almeida Meireles Petenate, Diego Tresinari dos Santos / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-27T12:15:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rosa_MariaTherezadeMoraesGomes_D.pdf: 4902896 bytes, checksum: aef7e5c464da3869257ebd47ad538611 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: O presente trabalho de doutorado está dividido em dois temas principais, um sobre o uso da tecnologia supercrítica para a formação de partículas e outro sobre o uso do ultrassom para a formulação de emulsões. A revisão da literatura sobre o estado da arte do emprego do CO2 supercrítico para formação de micro e nanopartículas e encapsulação mostrou as potencialidades do uso desta tecnologia. A unidade usada para os experimentos de micronização via tecnologia supercrítica foi desenvolvida pelo grupo de pesquisa e validada utilizando uma substância modelo, o sal de ibuprofeno sódico. Esse fármaco foi selecionado devido às informações sobre o sistema CO2-Ibuprofeno encontradas na literatura. O efeito das condições operacionais (temperatura, pressão, vazão da solução, vazão do CO2, tipo de injetor e concentração de ibuprofeno sódico na solução etanólica) no rendimento de precipitação, teor de solvente residual, morfologia das partículas e consumo energético por unidade de produto processado foi investigado utilizando o método split-plot. Sal de ibuprofeno sódico foi micronizado com sucesso via Antissolvente Supercrítico (SAS) utilizando a unidade construída. A vazão de CO2 influenciou estatisticamente no rendimento de precipitação, enquanto que, não houve influência das condições operacionais no teor de solvente residual das partículas micronizadas. Com a apropriada seleção das condições operacionais, foi possível a obtenção de partículas de ibuprofeno sódico com morfologia de folha, sendo ideal para os processos de compressão do fármaco, com baixo teor de solvente residual e alto rendimento de precipitação. Neste trabalho também foi explorado o uso do ultrassom para a formulação de emulsões, contendo extrato rico em 'delta'-tocotrienol, com o intuito de aumentar o valor agregado deste extrato obtido das sementes de urucum por extração supercrítica com dióxido de carbono. As sementes de urucum já são valiosas pela característica de produzir pigmentos, a bixina e a norbixina. Contudo, essas sementes também vêm adquirindo notoriedade por conter outras substâncias de importância para a saúde do homem, como tocoferóis, tocotrienóis e geranil geraniol. Devido à importância desses compostos bioativos, que apresentam propriedades antioxidade, hidratante e fotoprotetora, este estudo visou o desenvolvimento de métodos para formação de emulsões permitindo a proteção desses compostos instáveis às condições adversas, aumentando assim o valor agregado dos extratos obtidos das sementes de urucum. Extrato de raiz de ginseng brasileiro, rico em saponinas, foi utilizado como biossurfactante. Adicionalmente, emulsões foram obtidas utilizando um homogeneizador tipo dispersor de fase múltipla na mesma densidade energética que foi aplicada no ultrassom. A influência do processo de emulsificação, densidade energética, concentração do biosurfactante, tipo de óleo e de biosurfactante no tamanho de gota e estabilidade da emulsão foi investigada. Os resultados indicaram que o extrato rico em saponinas pode ser uma boa opção para formulação de emulsões para aplicação em produtos alimentícios. Miniemulsões, com tamanho de gota variando entre 0,35 e 0,83 µm, foram obtidas, sendo que os menores tamanhos de gota foram observados empregando o extrato de raiz de ginseng e o ultrassom. O processo de emulsificação influenciou estatisticamente a estabilidade das emulsões / Abstract: The presented doctoral work is divided into two main themes under which one is about the use of supercritical technology for particle formation and the another one about the use of ultrasound for emulsion formulation. A literature review about the state of the art in using supercritical CO2 for micro and nanoparticles formation and encapsulation showed the potential of this technology. A homemade experimental apparatuses constructed by our research group and used for micro and nanoparticles formation has been validated using a model substance, the ibuprofen sodium salt. This drug was selected due to the literature information of the CO2-Ibuprofen system. The effect of operational conditions (temperature, pressure, CO2 flow rate, solution flow rate, injector and concentration of ibuprofen sodium in the ethanol solution) on the precipitation yield, energy consumption per unit of manufactured product, residual solvent content and particle morphology have been investigated using split-plot designs. Ibuprofen sodium salt was successfully micronized by Antisolvent Supercritical (SAS) using the constructed unit. The CO2 flow rate influenced the precipitation yield at statistically significant levels meanwhile none operating parameters did influence the residual solvent content in the micronized particles. Selecting appropriate process conditions, it has been shown to facilitate the production of homogeneous sheet-like microparticles of ibuprofen particles, the best for tableting purposes, with low residual solvent and high precipitation yield. In this work, the use of ultrasound has been also explored for fabricating microemulsion of 'delta'-tocotrienol-rich oil in order to add value to these extracts obtained from annatto seeds using supercritical extraction (SFE). The main pigments of annatto seeds are bixin and norbixin, wich are valuable natural colorants. However, these seeds have acquired notoriety by containing other important substances for human health, such as tocopherols, tocotrienols and geranylgeraniol. Due to the bioactive compounds importance, which have moisturizers, sunscreens and antioxidant properties, this study aimed to develop methods for emulsion formulation enabling the protection of these unstable compounds to adverse conditions, thus increasing the value of extracts from annatto seeds. Saponin-rich extract from Brazilian ginseng roots was used as biosurfactant. Additionally, emulsion was generated through mechanical stirring by dispax Reactor at the same energy density than ultrasound. The influence of the emulsification process, energy density, oil type, biosurfactant type and biosurfactant concentration on the size and stability of the resulting droplets was investigated. The results indicated that saponin-rich extract might be an attractive biosurfactant choice for emulsion formulations for use in food and beverage products. Mini-emulsions were obtained in this work; their droplet sizes ranged from 0.35 to 0.83 µm, saponin-rich extract and ultrasound gave the smallest droplet size. The emulsification process significantly affected the emulsion stability values / Doutorado / Engenharia de Alimentos / Doutora em Engenharia de Alimentos

Dentre as afecções que acometem as articulações dos equinos, a artrite séptica e a mais grave observada. A técnica da perfusão regional e um método comprovadamente eficiente para o tratamento de equinos acometidos por infecções sinoviais. O dimetilsulfóxido (DMSO) é um líquido orgânico, que possui a capacidade de penetrar, com extrema facilidade, em órgãos, tecidos e membranas celulares e intracelulares. Neste estudo, objetivou-se avaliar a concentração intra-articular da gentamicina administrada por perfusão regional intravenosa (PRI), associada ou não ao DMSO, bem como avaliar a influência do volume total perfundido o período de tempo onde a concentração inibitória mínima (CIM) foi mais eficiente e se a associação com o DMSO aumentou a CIM no líquido sinovial. Os animais foram distribuídos em quatro grupos experimentais, cada grupo recebeu gentamicina 6,6 mg/kg por PRI, o volume a ser administrado, após o cálculo da quantidade de gentamicina acrescida ou não de DMSO, era completado com solução de ringer com lactato estéril até o volume de 60mL nos grupos G60 e GD60, e até 250mL para os grupos G250 e GD250. As colheitas de líquido sinovial foram realizadas antes do início do experimento (T0), imediatamente depois da retirada do torniquete (T1) e após 4 (T2), 8 (T3), 12 (T4), 16 (T5) e 24 (T6) horas. O método para doseamento das concentrações de gentamicina empregado foi o de difusão em ágar. Destacamos que as concentrações de gentamicina no líquido sinovial na dose de 6.6.mg/Kg podem ser consideradas como adequadas, num período de até 24 horas após a administração. Nossos resultados apontam que o volume de 60 mL, pode ser considerado como o volume ideal de perfusão, bem como a associação do DMSO aumentou as concentrações de gentamicina (µg/mL) na articulação dos equinos e possivelmente reduziu a formação de edemas e aumentos de volume locais. / Among the diseases that affect the joints of horses, septic arthritis is the most serious observed. The regional perfusion technique is a well proven method for the treatment of horses affected by synovial infections. Dimethylsulfoxide (DMSO) is an organic liquid that has the ability to penetrate, with extreme ease on organs, tissues and cellular and intracellular membranes. This study aimed to evaluate the intra-articular concentration of gentamicin administered by intravenous regional perfusion (PRI), associated or not with DMSO, and assess the influence of the total volume infused the time period in which the minimum inhibitory concentration (MIC) It was more efficient and the association with DMSO increased the CIM in the synovial fluid. The animals were divided into four groups, each group received 6.6 mg gentamicin / kg per PRI, the volume to be administered, after calculating the amount of gentamicin plus or absence of DMSO was completed with Ringer\'s lactate solution with sterile until the volume in 60mL groups G60 and GD60, and up to 250 mL and G250 GD250 groups. The synovial fluid samples were collected before the start of the experiment (T0), immediately after removal of the tourniquet (T1) and after 4 (T2), 8 (T3), 12 (T4), 16 (T5) and 24 (T6) hours. The method for determination of gentamicin concentrations was employed the agar diffusion. We emphasize that the gentamicin concentrations in synovial fluid in 6.6.mg/Kg dose may be considered suitable, a period of up to 24 hours after administration. Our results indicate that the volume of 60 ml, can be considered as the ideal volume of the infusion, as well as the association of DMSO increased the gentamicin concentrations (µg / ml) in the joint of horses and possibly reduced edema formation and increases local volume.

En este trabajo de tesis doctoral, se realiza un estudio comparativo teórico y experimental entre dos tipos de tecnologías de gasificación de biomasa, determinando su viabilidad técnica, económica y ambiental para la producción de energía eléctrica en aplicaciones de baja potencia (inferiores a 100 kW). Los tipos de tecnologías seleccionadas están entre los de mayor interés en el campo de la gasificación de biomasa: lecho fijo downdraft y lecho fluido burbujeante. La mayoría de los resultados presentados en este trabajo, comparando las dos tecnologías, fueron obtenidos de manera experimental. Aunque más costosos, los experimentos proporcionan datos de diseño más fiables que los que se pueden obtener a través de la modelización o simulación, esto sin tener en cuenta que las reacciones que se llevan a cabo en el reactor son complejas y difíciles de modelar, sobretodo en la fase de conversión de sólido a gas, además, la mayoría de los modelos se enfocan en la producción y composición del gas sin tener en cuenta tanto la generación de alquitranes y residuos sólidos como su separación del gas, tan esenciales como el propio proceso de generación del gas. Todos estos hechos han obligado a centrar el estudio comparativo en la verificación experimental del comportamiento de ambos tipos de gasificadores, para lo cual se diseñó, construyó y puso en operación un prototipo con una potencia eléctrica del orden de 10 kW para cada una de las dos configuraciones a estudiar. También se aborda en el presente trabajo el problema de limpieza del gas y la separación de los residuos, especialmente alquitranes, generados en el proceso de gasificación. Para cada uno de los dos tipos de tecnologías estudiadas se ha definido y probado un tipo de sistema de limpieza de gases diferente, utilizando en ambos casos lavadores húmedos de gases y filtrado por medio de astillas, aunque con modos de operación diferentes. El estudio experimental permitió determinar la configuración óptima con la cual se obtiene un gas adecuado para ser quemado en un motor de combustión interna, éste es uno de los problemas más importantes a considerar en una planta de gasificación, debido al coste y el consumo de energía adicional que conllevan estos sistemas. En el aspecto de viabilidad económica se determinó, a partir de los gastos de construcción de los prototipos, que las plantas de generación de energía mediante la gasificación de biomasa con potencias inferiores a 50 kW no son económicamente rentables en España, salvo en condiciones muy restrictivas de bajo coste de la biomasa (inferior a 0,03 ¿/kg) y/o elevada subvención que permitiese un precio de venta superior a 0,2 ¿/kWh. Descartando la conexión a red de una planta de gasificación de baja potencia, se consideró su utilización en zonas no interconectadas, comparando los costes de generación de energía en dicha planta con los de las plantas que operan con gas natural o gasoil, se ha determinado que es más rentable la planta de gasificación, por lo tanto sería una alternativa para la generación de energía eléctrica en zonas rurales donde es costoso llevarla utilizando los métodos convencionales. / Vargas Salgado, CA. (2012). Estudio comparativo de la utilización de las tecnologías de gasificación Downdraft y lecho fluidizado burbujeante para la generación de energía eléctrica en aplicaciones de baja potencia [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/16379 / Palancia

Movimientos telúricos ocurridos en distintas partes del mundo han originado considerables pérdidas económicas y humanas. Es importante mencionar también que, durante estos últimos años, en los principales países desarrollados tales como Taiwán, Japón y Estados Unidos se ha venido implementando nuevas tecnologías para mejorar el desempeño en las estructuras frente a acciones sísmicas como son los sistemas de protección sísmica. Uno de estos avances son los disipadores de energía fluido viscoso cuya implementación muestra resultados óptimos para el incremento del amortiguamiento y reducción de desplazamientos laterales. Para cumplir con el objetivo principal de la investigación, se evaluó el diseño estructural del bloque A2 del Hospital Santa Rosa, una edificación esencial ubicada en el distrito de Pueblo Libre, Lima. Se realizó el modelo y análisis sísmico de la estructura existente, cuyos resultados muestras derivas ( ∆=5.98%o ) mayores al límite establecido en la Norma E.030 ( ∆=5%o ). Además, presenta efectos de columna corta que originan el agrietamiento de las unidades de albañilería, hecho que los hace vulnerables. Frente a los resultados presentados se realiza una nueva modelación y análisis sísmico del bloque en estudio, considerando como reforzamiento los disipadores de fluido viscoso. Para ello, se analiza nuevamente la estructura a través de un análisis tiempo historia tomando distintas consideraciones como el sismo de diseño y las propiedades de los disipadores fluido viscoso en donde las derivas máximas se han reducido de 5.98%o a 3.30 %o. Adicionalmente, se analiza la estructura con una técnica de reforzamiento tradicional como son las placas de concreto armado, con el objetivo de evaluar la viabilidad de la primera propuesta. Los resultados indican que, con un reforzamiento de muros de concreto se obtiene una deriva de ∆=3.36%o y ∆=3.30%o empleando los disipadores viscosos, lo cual demuestra la viabilidad de la propuesta en respuestas estructurales. / Telluric movements in different parts of the world have caused considerable economic and human losses. It is also important to mention that, in recent years, in the main developed countries such as Taiwan, Japan and the United States, new technologies have been implemented to improve the performance of structures against seismic actions such as seismic protection systems. One of these advances are the viscous fluid energy dissipators whose implementation shows optimal results for increasing damping and reducing displacement. In order to comply with the main objective of the research, the structural design of block A2 of the Santa Rosa Hospital, an essential building located in the Pueblo Libre district, Lima, was evaluated. The seismic analysis and model of the existing structure was carried out, whose results show drifts ( ∆=5.98%o ) greater than the limit established in Standard E.030 ( ∆=5%o ). In addition, it presents short column effects that cause cracking of the masonry units, a fact that makes them vulnerable. In front of the presented results, a new modeling and seismic analysis of the block under study is performed, considering viscous fluid dissipators as reinforcement. For this, the structure is analyzed again through a time-history analysis taking different considerations such as the design earthquake and the properties of the viscous fluid heatsinks where the maximum drifts have been reduced from 5.98%o to 3 .30%o Additionally, the structure is analyzed with a traditional reinforcement technique such as reinforced concrete plates, with the aim of evaluating the feasibility of the first proposal. The results indicate that, with a reinforcement of concrete walls, a drift of ∆=3.36%o and ∆=3.30 is obtained using viscous heatsinks, which demonstrates the viability of the proposal in structural responses. / Tesis

[pt] Caracterização Reológica de Fluidos para Perfuração com Gerenciamento de Pressão. Forças Hidráulicas desempenham uma função importante em muitas operações de campo de petróleo, incluindo perfuração, completação, fraturamento, acidificação, workover e produção. Em aplicações de Perfuração com Gerenciamento de Pressão (Managed Pressure Drilling - MPD), onde as estimativas de perdas de pressão são críticas para controlar o poço dentro da janela de operacional, é necessário utilizar a reologia correta para a modelagem matemática precisa do comportamento do fluido. Os métodos API (American Petroleum Institute) empregam para os cálculos de hidráulica os modelos reológicos de Herschel-Bulkley (H-B), Power Law (PL) ou plástico de Bingham. Este trabalho resume os resultados de um estudo aprofundado sobre as questões e os aspectos relevantes relacionados com o equipamento e os métodos utilizados para caracterizar os fluidos de perfuração para aplicações MPD, bem como as implicações operacionais que divergem das práticas convencionais. Uma comparação da caracterização reológica de fluídos é feita usando reômetros de alta precisão contra métodos convencionais tais como o viscosímetro FANN35. Subsequentemente, é apresentada uma comparação da seleção do modelo reológico proposto por API 13B em contrapartida com o método de Regressão Não Linear (NLR). Investigações detalhadas das faixas de taxas de cisalhamento são apresentadas para geometrias de um poço anular MPD típico, calculadas através de Dinamica de Fluidos Computacional (CFD) e comparadas com as fórmulas sugeridas na API RP 13D. Para concluir, é apresentada uma discussão sobre os efeitos das medições, do tratamento de dados (Curve Fit) e do meio ambiente (observações de laboratório em comparação com experiências de campo) na precisão da obtenção da reologia do fluido e as consequências na estimativa das perdas de carga no anular. / [en] Enhanced fluid rheology characterization for Manage Pressure Drilling. Hydraulics play an important role in many oil field operations including drilling, completion, fracturing, acidizing, workover and production. In Managed Pressure Drilling (MPD) applications, where pressure losses become critical to accurately estimate and control the well within the operational window, it is necessary to use the correct rheology for a precise mathematical modelling of fluid behavior. The standard API methods for drilling fluid hydraulics employ Herschel-Bulkley (H-B), Power Law (PL) or Bingham plastic as rheological models. This work summarizes the results of an extensive study on issues and relevant aspects related to the equipment and methods used to characterize the drilling fluids for MPD applications, as well as the operational implications that diverge from conventional practices. A comparison of fluid rheology characterization is made using high precision rheometers versus conventional FANN35 methods. Subsequently, a comparison of rheology model selection proposed by API 13B and by Non Linear Regression (NLR) is presented. Further investigation of shear rate ranges is presented in a MPD typical annular geometry. Results obtained via Computational Fluid Dynamics (CFD), and with the formulas suggested in API RP 13D are compared. To conclude, the effects of measurements, data treatment (Curve Fit), and environment (laboratory observations versus field experiences) in the accuracy of fluid rheology characterization and annulus pressure loss estimation are presented and discussed.

This thesis proposes equations extending the Free Surface Actuator Disc Theory to yield drag forces and interference factors from a series of two porous discs in open channel flows. The new model includes blockage ratio and Froude number as independent variables, which are inferred in advance to yield a single solution in the prescribed domain. The theoretical extension is integrated with the Blade Element Theory in a Double Multiple Streamtube model (DMS) to predict axial loads and the performance of confined Darrieus turbines. The turbine thrust force influences the flow approaching the rotor. Hence, a momentum method is applied to solve the hydraulic transition in the channel, achieving the unknown inflow factor from the undisturbed flow imposed downstream. The upstream blockage ratio and Froude number are thus updated iteratively to adapt the DMS to subcritical applications. The DMS is corrected further to account for the energy losses due to mechanical struts and turbine shaft, flow curvature, turbine depth, and streamtube expansion. Sub-models from the literature are partly corrected to comply with the extended actuator disc model. The turbine model is validated with experimental data of a high-solidity cross-flow hydrokinetic turbine that was previously tested at increasing rotor speeds. Turbine arrays are investigated by integrating the previous turbine model with wake sub-models to predict the plant layout maximizing the array power. An assessment of multi-row plants shows that the array power improves with closely spaced turbines. In addition, highly spaced arrays allow a partial recovery of the available power to be exploited upstream by a new turbine array. The highest array power is predicted by simulations on different array layouts considering constant array blockage ratio and rotor solidity. Finally, assuming a long ideal channel, the deviation in the inflow depth is speculated to become asymptotic after many arrays, implying almost identical power conversion upstream.

[pt] O presente trabalho apresenta um modelo simplificado baseado na teoria de lubrificação e conceito de viscosidade equivalente para estudar o escoamento dos fluidos de perfuração através de um espaço anular excêntrico com rotação da coluna de perfuração. Em razão do comportamento não Newtoniano destes fluidos, é significativa a influência da rotação da coluna na perda de carga, já que a viscosidade dos fluidos varia com a taxa de deformação imposta. Uma completa análise deste problema requer uma solução tridimensional da equação de conservação de quantidade de movimento de fluidos não Newtonianos, cuja solução é extremamente cara computacionalmente, tornando necessário o desenvolvimento de modelos simplificados que descrevam bem os principais fenômenos observados nestes escoamentos. No modelo proposto, as equações que governam o escoamento são simplificadas pela teoria da lubrificação em coordenadas cilíndricas. Desta forma, o escoamento tridimensional é descrito por uma única equação diferencial bidimensional para o campo de pressão. O comportamento mecânico do fluido é avaliado através do método da Viscosidade Newtoniana Equivalente. O modelo proposto foi validado a partir de soluções numéricas para o modelo completo, disponíveis na literatura, avaliando a precisão das simplificações adotadas. Os resultados mostram o intervalo no qual o modelo simplificado é preciso e apresentam o efeito das propriedades dos fluidos, da geometria do poço e da rotação da coluna na perda de carga do escoamento.O presente trabalho apresenta um modelo simplificado baseado na teoria de lubrificação e conceito de viscosidade equivalente para estudar o escoamento dos fluidos de perfuração através de um espaço anular excêntrico com rotação da coluna de perfuração. Em razão do comportamento não Newtoniano destes fluidos, é significativa a influência da rotação da coluna na perda de carga, já que a viscosidade dos fluidos varia com a taxa de deformação imposta. Uma completa análise deste problema requer uma solução tridimensional da equação de conservação de quantidade de movimento de fluidos não Newtonianos, cuja solução é extremamente cara computacionalmente, tornando necessário o desenvolvimento de modelos simplificados que descrevam bem os principais fenômenos observados nestes escoamentos. No modelo proposto, as equações que governam o escoamento são simplificadas pela teoria da lubrificação em coordenadas cilíndricas. Desta forma, o escoamento tridimensional é descrito por uma única equação diferencial bidimensional para o campo de pressão. O comportamento mecânico do fluido é avaliado através do método da Viscosidade Newtoniana Equivalente. O modelo proposto foi validado a partir de soluções numéricas para o modelo completo, disponíveis na literatura, avaliando a precisão das simplificações adotadas. Os resultados mostram o intervalo no qual o modelo simplificado é preciso e apresentam o efeito das propriedades dos fluidos, da geometria do poço e da rotação da coluna na perda de carga do escoamento.O presente trabalho apresenta um modelo simplificado baseado na teoria de lubrificação e conceito de viscosidade equivalente para estudar o escoamento dos fluidos de perfuração através de um espaço anular excêntrico com rotação da coluna de perfuração. Em razão do comportamento não Newtoniano destes fluidos, é significativa a influência da rotação da coluna na perda de carga, já que a viscosidade dos fluidos varia com a taxa de deformação imposta. Uma completa análise deste problema requer uma solução tridimensional da equação de conservação de quantidade de movimento de fluidos não Newtonianos, cuja solução é extremamente cara computacionalmente, tornando necessário o desenvolvimento de modelos simplificados que descrevam bem os principais fenômenos observados nestes escoamentos. No modelo proposto, as equações que governam o escoamento são simplificadas pela teoria da lubrificação em coordenadas cilíndricas. Desta forma, o escoamento tridimensional é descrito por uma única equação diferencial bidimensional para o campo de pressão. O comportamento mecânico do fluido é avaliado através do método da Viscosidade Newtoniana Equivalente. O modelo proposto foi validado a partir de soluções numéricas para o modelo completo, disponíveis na literatura, avaliando a precisão das simplificações adotadas. Os resultados mostram o intervalo no qual o modelo simplificado é preciso e apresentam o efeito das propriedades dos fluidos, da geometria do poço e da rotação da coluna na perda de carga do escoamento. / [en] In this work a simplified model based on the Lubrication Theory and on the equivalent viscosity is presented to study the drilling fluid flow dynamics through an eccentric annular space with rotation of the drilling column. As a result of the non-Newtonian behavior of the fluid, the rotation of the column has a significant impact on the pressure drop since the viscosity of the fluids is a function of the strain rate applied. A complete analysis of this problem requires a tridimensional solution of the equation of momentum conservation, which makes the solution computationally expensive. For such, simplified accurate models that describe the main phenomena observed have to be developed. On the proposed model, the flow dynamics equations are simplified by the Lubrication Theory in cylindrical coordinates. Therefore, the tridimensional flow is described by one single two dimensional equation for the pressure field. The mechanical behaviour of the fluid is evaluated through the Equivalent Newtonian Viscosity method. The proposed model, as well as the accuracy of the simplifications used, was validated by comparison with numerical solutions of the complete set of equations available on the literature. The results show the range in which the proposed simplified model is accurate and presents the effects of the fluids properties, well geometry and column rotation on the pressure loss.

Submitted by Marilene Donadel (marilene.donadel@unioeste.br) on 2018-04-26T18:38:37Z No. of bitstreams: 1 Karina_Sanderson_2017.pdf: 3684654 bytes, checksum: 61d1f7f0f704e49f62966d42bae3ceae (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-26T18:38:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Karina_Sanderson_2017.pdf: 3684654 bytes, checksum: 61d1f7f0f704e49f62966d42bae3ceae (MD5) Previous issue date: 2017-12-13 / Power distribution companies constantly contaminate the environment with dielectric fluids due to power transformer failures and leaks. In this way, these fluids should be studied, as they may entail the vulnerability of the fauna and flora. In this sense, the objective of this work was to investigate the deleterious effects of vegetal and mineral dielectric fluids, through biodegradability, acute toxicity, chemical attributes and soil degradation (oils and greases) tests as well as soybean phytotechnical characteristics evaluation. In the tests of the immediate biodegradability, vegetal dielectric fluids of crambe, W3, W6 and W9 and one based on mineral oil (Lubrax) were studied. For the acute toxicity tests with Danio rerio and Artemia salina and the soil toxicity tests using soybean (Glycine max L.), the W3 and Lubrax dielectric fluid were used. The biodegradability analysis was evaluated by the action of microorganisms that transformed the sample into CO2, being measured by titulometry. For the acute toxicity studies, two distinct experiments were performed, where the organisms were exposed to different concentrations of the W3 and Lubrax dielectric fluids and to the FSA of the fluids. The FSA of W3 and Lubrax used in the Danio rerio assay were subjected to gas chromatography analysis. The acute toxicity tests with Danio rerio and Artemia salina were carried out in order to know the approximate range of fluid toxicity, taking into account the lower dilution that caused lethality in 50% of organisms (LC50). The soil chemical attributes analyzed were: pH, P, K, Ca, Mg, CTC and V. The content of oils and greases of the dielectric fluids was quantified by the Soxhlet type extraction method. For the phytothecnical evaluations, emergence, plant height, stem diameter, root length, root dry matter, number of pods and grains, and the mass of one thousand grains were analyzed. Vegetable dielectric fluids are biodegradable over a period of 14 days, while mineral oil is difficult to biodegrade. In the acute toxicity study, W3 had a lower LC50 than Lubrax, causing higher mortality in the organisms. The LC50 for the Danio rerio was 2.46 gL-1 (Lubrax) and 0.318 gL-1 (W3). For Artemia salina the LC50 was 4.63 gL-1 (Lubrax) and 0.641 gL-1 (W3). In relation to the FSA tests, the Lubrax one caused a greater toxic effect on the organisms, while the W3 had no toxic effect on 50% of organisms. The LC50 values for Lubrax were 4.89% for the Danio rerio and 7.67% for Artemia salina. Chromatographic analysis of FSA of the fluids was not conclusive, it only suggests that the toxicity may be related to the solubility of all the substances present in Lubrax and not only to the solubility of n-alkanes. The chemical attributes of the soil did not change significantly, only the carbon presented increasing variation in relation to the concentrations of the fluids. There was a reduction of the TOG during the agricultural years and the soils in the presence of W3 presented greater degradation than those with Lubrax. The increase in the concentration of the dielectric fluids caused a reduction in the phytotechnical characteristics of the soybean. Plants from soil contaminated with W3 showed better development compared to plants that were in soil contaminated with Lubrax. / As concessionárias de energia, constantemente, contaminam o meio ambiente com fluidos dielétricos, devido a falhas e vazamentos de transformadores de potência. Desta forma, estes fluidos devem ser estudados, pois podem pode implicar na vulnerabilidade da fauna e da flora. Neste sentido, este trabalho teve como objetivo investigar os efeitos deletérios do fluido dielétrico vegetal e mineral, através de ensaios de biodegradabilidade, toxicidade aguda, ensaios dos atributos químicos e degradação (óleos e graxas) do solo e das avalições das características fitotécnicas da soja. Nos ensaios da biodegradabilidade imediata foram estudados os fluidos dielétricos vegetais de crambe, W3, W6 e W9 e um à base de óleo mineral (Lubrax). Para os ensaios de toxicidade aguda com Danio rerio e Artemia salina e para os ensaios de toxicidade em solo utilizando a soja (Glycine max L.), foram usados o fluido dielétrico W3 e o Lubrax. A análise da biodegradabilidade foi avaliada pela ação de microrganismos que transformaram a amostra em CO2, sendo medido por titulometria. Para os estudos da toxicidade aguda foram realizados dois experimentos distintos, onde os organismos foram expostos às diferentes concentrações de fluido dielétrico W3 e Lubrax e onde foram expostos à FSA dos fluidos. A FSA do W3 e Lubrax utilizado no ensaio com o Danio rerio foram submetida a análise de cromatografia gasosa. Os ensaios de toxicidade aguda com o Danio rerio e a Artemia salina foram realizados com o intuito de se conhecer a faixa aproximada de toxicidade dos fluidos, levando em consideração a menor diluição que causou letalidade em 50% dos organismos (CL50). As análises dos atributos químicos do solo foram: pH, P, K, Ca, Mg, CTC e V. O teor de óleos e graxas dos fluidos dielétricos foi quantificado pelo método de extração em aparelho tipo Soxhlet. Para as avaliações fitotécnicas da soja analisou-se a emergência, altura de planta, diâmetro do caule, comprimento radicular, matéria seca radicular, número de vagens e de grãos e a massa de mil grãos. Os fluidos dielétricos vegetais são biodegradáveis num período de 14 dias, enquanto o óleo mineral é difícil de ser biodegradado. No estudo da toxicidade aguda o W3 apresentou uma CL50 menor do que o Lubrax, causando maior mortalidade nos organismos. A CL50 para o Danio rerio foi de 2,46 gL-1 (Lubrax) e de 0,318 gL-1 (W3). Para a Artemia salina a CL50 foi de 4,63 gL-1 (Lubrax) e 0,641 gL-1 (W3). Em relação aos ensaios com a FSA, o Lubrax causou maior efeito tóxico aos organismos. O W3 não apresentou efeito tóxico a 50% dos organismos. Os valores da CL50 para o Lubrax foi de 4,89% para o Danio rerio e 7,67% Artemia salina. A análise cromatográfica da FSA dos fluidos não foi conclusiva, apenas sugere que a toxicidade pode estar relacionada com a solubilidade de todas as substâncias presentes no Lubrax e não apenas com a solubilidade dos n-alcanos. Os atributos químicos do solo não sofreram alterações significativas, apenas o carbono apresentou variação crescente em relação às concentrações dos fluidos. Houve redução do TOG durante os anos agrícolas e os solos em presença do W3 apresentaram maior degradação do que os em solos com Lubrax. O aumento da concentração dos fluidos dielétricos ocasionou redução nas características fitotécnicas da soja. As plantas em solo contaminadas com W3 apresentaram melhor desenvolvimento em relação às plantas que estavam no solo contaminado com Lubrax.

[pt] Filmes finos de líquido estão presentes em uma variedade de sistemas e aplicações. Estamos interessados em filmes compostos por duas camadas, que são comuns no processo de revestimento por cortina. No revestimento por cortina, o líquido cai de uma matriz formando uma cortina formada por um filme fino antes de molhar o substrato em movimento. Um dos limites mais importantes do processo é a ruptura da cortina, que define um limite inferior para a vazão do líquido de revestimento. Consequentemente, este limite inferior da vazão define a espessura mínima viável do filme depositado. Evidências experimentais mostraram que o uso de uma cortina compostas por duas camadas, com uma das camadas sendo mais fina e viscoelástica, pode atrasar a ruptura da cortina para taxas de fluxo mais baixas. A quebra de filmes líquidos de duas camadas, compostas por um líquido newtoniano e um viscoelástico, é estudado por meio da resolução das equações diferenciais que descrevem a evolução da configuração do filme até seu rompimento. O efeito de diferentes parâmetros no tempo de ruptura é determinado. Os resultados mostram o mesmo comportamento observado experimentalmente, a fina camada de líquido viscoelástico retarda o rompimento, estabilizando o filme líquido. / [en] Thin liquid sheets are present in a variety of systems and applications. Here, we are interested in double-layered sheets, which are common in the curtain coating process. In curtain coating, the liquid falls from a die forming a thin curtain before wetting the moving substrate. One of the most important process limits is the curtain breakup, which sets a lower limit for the coating liquid flow rate. Consequently, this flow rate lower limit defines the feasible minimum deposited film thickness. Experimental evidence have shown that using a two-layer curtain, with a viscoelastic thin layer, may delay the curtain breakup to lower flow ratios. The breakup of two-layer liquid sheets, composed of a Newtonian and a viscoelastic liquid, is studied by solving the differential equations that describe the evolution of the liquid sheet configuration until breakup. The effect of different parameters on the breakup time is determined. The results show the same behavior observed experimentally, thin viscoelastic liquid layer delays the breakup, stabilizing the liquid sheet.