Made available in DSpace on 2014-12-17T15:01:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CarlosEAP_DISSERT.pdf: 1904684 bytes, checksum: 4fd2147b17a381ad69d921436b5c83de (MD5) Previous issue date: 2013-12-18 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / Expanded Bed Adsorption (EBA) is an integrative process that combines concepts of chromatography and fluidization of solids. The many parameters involved and their synergistic effects complicate the optimization of the process. Fortunately, some mathematical tools have been developed in order to guide the investigation of the EBA system. In this work the application of experimental design, phenomenological modeling and artificial neural networks (ANN) in understanding chitosanases adsorption on ion exchange resin Streamline? DEAE have been investigated. The strain Paenibacillus ehimensis NRRL B-23118 was used for chitosanase production. EBA experiments were carried out using a column of 2.6 cm inner diameter with 30.0 cm in height that was coupled to a peristaltic pump. At the bottom of the column there was a distributor of glass beads having a height of 3.0 cm. Assays for residence time distribution (RTD) revelead a high degree of mixing, however, the Richardson-Zaki coefficients showed that the column was on the threshold of stability. Isotherm models fitted the adsorption equilibrium data in the presence of lyotropic salts. The results of experiment design indicated that the ionic strength and superficial velocity are important to the recovery and purity of chitosanases. The molecular mass of the two chitosanases were approximately 23 kDa and 52 kDa as estimated by SDS-PAGE. The phenomenological modeling was aimed to describe the operations in batch and column chromatography. The simulations were performed in Microsoft Visual Studio. The kinetic rate constant model set to kinetic curves efficiently under conditions of initial enzyme activity 0.232, 0.142 e 0.079 UA/mL. The simulated breakthrough curves showed some differences with experimental data, especially regarding the slope. Sensitivity tests of the model on the surface velocity, axial dispersion and initial concentration showed agreement with the literature. The neural network was constructed in MATLAB and Neural Network Toolbox. The cross-validation was used to improve the ability of generalization. The parameters of ANN were improved to obtain the settings 6-6 (enzyme activity) and 9-6 (total protein), as well as tansig transfer function and Levenberg-Marquardt training algorithm. The neural Carlos Eduardo de Ara?jo Padilha dezembro/2013 9 networks simulations, including all the steps of cycle, showed good agreement with experimental data, with a correlation coefficient of approximately 0.974. The effects of input variables on profiles of the stages of loading, washing and elution were consistent with the literature / A adsor??o em leito expandido (ALE) ? uma t?cnica integrativa que alia conceitos de cromatografia e fluidiza??o de s?lidos. A diversidade de par?metros envolvidos e seus efeitos sinerg?ticos dificultam a tarefa de otimiza??o da opera??o. Felizmente, algumas ferramentas matem?ticas foram desenvolvidas de modo a direcionar as investiga??es do sistema ALE. Assim, o presente trabalho prop?e a aplica??o do planejamento experimental, modelagem fenomenol?gica e redes neurais artificiais (RNAs) na compreens?o da adsor??o de quitosanases na resina de troca i?nica Streamline? DEAE. A cepa Paenibacillus ehimensis NRRL B-23118 foi respons?vel pela produ??o das quitosanases. Nos ensaios de adsor??o usando o leito na forma expandida foi utilizada uma coluna de 2,6 cm de di?metro por 30,0 cm de altura, acoplada a uma bomba perist?ltica. Na base da coluna existia um distribuidor de microesferas de vidro com altura de 3,0 cm. Os ensaios de determina??o de tempo de resid?ncia (DTR) revelaram elevado grau de mistura, entretanto, os coeficientes de Richardson-Zaki mostraram que a coluna estava no limiar da estabilidade. Pelas regress?es das isotermas puderam-se ajustar os dados de equil?brio de adsor??o, na presen?a de diferentes sais da escala liotr?pica. O resultado do planejamento apontou que a for?a i?nica e a velocidade influenciam a recupera??o e pureza das quitosanases. As massas moleculares das duas esp?cies de quitosanases foram estimadas por SDS-PAGE, obtendo-se aproximadamente 23 kDa e 52 kDa. A modelagem fenomenol?gica foi direcionada para descrever as opera??es em batelada e na coluna cromatogr?fica. As simula??es foram executadas no Microsoft Visual Studio, usando a linguagem Fortran. O modelo de taxa constante ajustou-se ?s curvas cin?ticas com excel?ncia, nas condi??es de atividade iniciais 0,232, 0,142 e 0,079 UA/mL. As curvas de ruptura simuladas apresentaram algumas disparidades com os dados experimentais, principalmente quanto ? inclina??o. Os testes de sensibilidade do modelo sobre a velocidade superficial, dispers?o axial e concentra??o inicial mostraram conformidade com artigos publicados. A rede neural foi constru?da no ambiente MATLAB, por meio da Neural Network Toolbox. A valida??o cruzada foi usada para melhorar a capacidade de generaliza??o. Carlos Eduardo de Ara?jo Padilha dezembro/2013 6 Aperfei?oaram-se os par?metros da RNA at? se obter as configura??es 6-6 (atividade enzim?tica) e 9-6 (prote?nas totais), fun??o de ativa??o tansig e algoritmo de treinamento Levenberg-Marquardt. As simula??es da rede neural, incluindo todo o ciclo da opera??o, mostraram boa concord?ncia com os dados experimentais, com coeficiente de correla??o da ordem de 0,974. Os efeitos das vari?veis de entrada sobre os perfis das etapas de carga, lavagem e elui??o foram compat?veis com a literatura

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:01:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 NorbertoAM_TESE.pdf: 2336588 bytes, checksum: 940ad1b0befe8c431d2e9fb731a885b6 (MD5) Previous issue date: 2011-09-30 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / This work aims to determine a better methodology to help predicting some operational parameters to a new design of mixer-settler on treating wastewater produced by petroleum industry, called MDIF (Misturador-Decantador ? Invers?o de Fases/ Mixer-Settler based on Phase Inversion MSPI). The data from this research were obtained from the wastewater treatment unit, called MSPI-TU, installed on a wastewater treatment plant (WTP) of PETROBRAS/UO-RNCE. The importance in determining the better methodology to predict the results of separation and extraction efficiency of the equipment, contributes significantly to determine the optimum operating variables for the control of the unit. The study was based on a comparison among the experimental efficiency (E) obtained by operating MSPI-TU, the efficiency obtained by experimental design equation (Eplan) from the software Statistica Experimental Design? (version 7.0), and the other obtained from a modeling equation based on a dimensional analysis (Ecalc). The results shows that the experimental design equation gives a good prediction of the unit efficiencies with better data reliability, regarding to the condition before a run operation. The average deviation between the proposed by statistic planning model equation and experimental data was 0.13%. On the other hand, the efficiency calculated by the equation which represents the dimensional analysis, may result on important relative deviations (up 70%). Thus, the experimental design is confirmed as a reliable tool, with regard the experimental data processing of the MSPI-TU / Este trabalho objetiva determinar a melhor metodologia para auxiliar na predi??o de vari?veis operacionais de um novo design de misturador-decantador aplicado ao tratamento de ?guas produzidas da ind?stria do petr?leo, que vem sendo denominado de MDIF (Misturador-Decantador ? Invers?o de Fases). Os dados utilizados neste estudo foram obtidos da Unidade de Tratamento de ?guas produzidas, denominada de UT-MDIF, que se encontra instalada em uma das esta??es de tratamento de efluentes (ETE) da PETROBRAS/UORNCE. A import?ncia em determinar a melhor metodologia que permita a predi??o dos resultados das efici?ncias de separa??o e extra??o do equipamento, contribui de forma significativa para otimiza??o das vari?veis operacionais para o controle da unidade. O estudo se baseou na compara??o dos resultados das efici?ncias experimentais (E) obtidas pela UTMDIF, com os resultados das efici?ncias obtidas pela equa??o do modelo do planejamento estat?stico (Eplan), gerado pelo programa Statistica Experimental Design? (vers?o 7.0), e com a utiliza??o de uma equa??o utilizando modelagem com base em an?lise dimensional (Ecalc). Os resultados mostram que a equa??o decorrente do planejamento estat?stico ? capaz de predizer, com boa aproxima??o, os resultados de efici?ncia a serem obtidos com a unidade, possibilitando uma melhor confiabilidade dos dados, no que se refere ? condi??o que antecede uma corrida operacional. O desvio m?dio entre a equa??o proposta e os dados experimentais ? de 0,13%. Por outro lado, a efici?ncia calculada pela equa??o da an?lise dimensional pode apresentar desvios relativos importantes (at? 70%). Desta forma, o planejamento estat?stico experimental se confirma como sendo uma ferramenta confi?vel, no que se refere ao tratamento dos dados experimentais da UT-MDIF

A espectroscopia fotoacústica é uma técnica muito utilizada na caracterização de materiais. Ela é baseada no efeito fotoacústico, que consiste na geração de som a partir da incidência de radiação eletromagnética intermitente numa amostra confinada numa pequena câmara fechada e preenchida com algum gás. O efeito fotoacústico depende de muitos parâmetros como a freqüência de modulação da radiação eletromagnética incidente e de parâmetros ópticos e térmicos do material em estudo. O modelo de Rosencwaig-Gersho (RG) tem sido empregado na estimativa de parâmetros ópticos e térmicos da amostra utilizando os casos especiais de opacidade e de comportamento térmico do material. Há o interesse em utilizar o modelo RG para a estimativa de dois ou mais parâmetros, simultaneamente. Houve algum sucesso com a aplicação do método inverso utilizando dados experimentais sintéticos, ou seja, utilizando dados gerados pelo modelo RG (método direto), aos quais adiciona-se ruído com o intuito de simular dados experimentais. O objetivo do presente trabalho é a utilização de dados experimentais reais nesta abordagem do método inverso. Para isso foi realizado um projeto de experimento onde se estudou a possibilidade de estimação simultânea de parâmetros a partir das condições gerais do experimento real. Neste projeto de experimento, o estudo dos coeficientes de sensibilidade modificados desempenha um papel central. Desta forma, foi elaborado um algoritmo para o projeto de experimento, onde é estudada a relação entre tais coeficientes e a estimação dos parâmetros feita pelo método inverso. Como exemplo, é apresentada a execução de um projeto de experimento simples, realizado qualitativamente, porém capaz de apontar para um experimento fotoacústico que fornecerá dados experimentais reais para estimativa de um determinado parâmetro físico da amostra. Com esses dados experimentais o problema inverso foi aplicado para a estimação da difusividade térmica da amostra. Por fim, uma discussão é feita com relação ao valor da difusividade térmica obtida pelo método inverso e com relação à abordagem do método inverso na espectroscopia fotoacústica. / Photoacoustic spectroscopy is a very effective technique for optical and thermal characterization of materials. This technique is based on photoacoustic effect. It occurs when a material sample placed inside a closed cell filled with any gas is illuminated with periodically interrupted light. This effect depends on many parameters as modulation frequency of the incident electromagnetic radiation and on optical and thermal properties of the material studied. The Rosencwaig-Gersho (RG) model has been used for parameter estimation where special cases of opaqueness and thermal behavior of the material are considered. One has interest in the use of the general RG model to estimate two or more parameters, simultaneously. In this way, the inverse problem approach has been applied with the direct problem modeled with the general RG model. However, synthetic experimental data has been used in such approach, e.g., noise is added on the data, obtained from direct problem, in order to simulate real experimental data. The main goal of this work is to use the real experimental data in the inverse problem approach. It was needed to carry out the sensitivity study of the parameters with respect to the overall experimental conditions. The modified sensitivity coefficients play an important role in such study. Therefore, an algorithm was built up to study the relationship between modified sensitivity coefficients for the successful inverse approach of parameter estimation. As an example, a simple and qualitative study of sensitivity of the parameters was done, using such algorithm. It pointed out the conditions of the real experimental arrangement in which experimental data were obtained to estimate a unique parameter of the sample. With these experimental data the inverse problem was applied for determining the thermal diffusivity of the sample. Finally, a discussion is presented on the value obtained for the thermal diffusivity by this approach and on the application of the inverse method on the photoacoustic spectroscopy.

FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / The tururi and buriti fibers, and the castor bean stalks are extremely efficient to sorption of metal ions from aqueous solutions. In this study, the adsorbents were activated with different concentrations of alkali solutions (5, 7, 10 and 15% w/v). The materials were characterized by analytical techniques as infrared, X-ray Diffraction (XRD) and Thermogravimetry analysis. The infrared spectra revealed that associated groups to macromolecules of hemicellulose and lignin after alkaline activation have less intensity compared to the initial samples. The XRD revealed, that after castor bean stalks alkaline activation, the presence of the cellulose type II peaks, which did not occur with tururi and buriti fibers. The fluorescence X-ray data showed that the cations present in the initial adsorbents, K+ and Ca2 + are exchanged by Cu (II), Ni (II), Cd (II) and Pb (II) in the sorption process. Studies of the influences of variables: mass of adsorbent; agitation rate; the initial pH and concentration using a fractional factorial design 24-1 demonstrated that all variables affect the response (adsorption capacity mg g-1). As a result for a larger value of qtotal, conditions were observed while maintaining the pH at 5.5; mass of the adsorbent 50 mg; agitation at 200 rpm and the initial concentration: 500 mg L-1. The adsorption kinetics revealed fast adsorption process, about 30 minutes, and good fitting to pseudo-second-order theoretical model to all adsorption process studied. Intraparticle diffusion models as Weber-Morris and Boyd were testes in order to study the limiting steps of the process.The results showed that for tururi and buriti fibers (with the exception of nickel ions) the rate-limiting step is not the intraparticle diffusion, while for the castor bean stalks, it was found that the rate-limiting step of the process is the intraparticle diffusion. The study of monoelement and multielement systems were performed at pH 5.5, initial concentrations from 20-500 mg L-1, which the experimental data were fitted to the Langmuir, Freundlich and Sips theoretical models. The tururi fibers adsorption capacities (mg g-1) in monoelementar and multielement system follows the order Pb (188.79)> Cd (92.20)> Cu (32.82)> Ni (22.23) and Cd (77.53)> Pb (43.93)> Cu (24.99)> Ni (19.51), respectively. Buriti fibers adsorption capacities (g-1 mg) in monoelementar and multielement systems follows the order of Cu (143.1)> Pb (112.1)> Ni (103.7)> Cd (86.33) and Pb (69.12)> Cu (49.28)> Ni (45.10)> Cd (24.95), respectively. Castor bean stalks adsorption capacities (g-1 mg) in in monoelementar and multielement systems follows the order of Pb (175.1)> Cd (124.8)> Ni (111.1)> Cu (89.23) and Cu (56.78)> Pb (55.82)> Cd (44.72)> Ni (43.48), respectively. The results showed a better fit for the Sips model, relating to a heterogeneous adsorption. Fixed bed studies using castor bean stalks checking the influence of variables adsorbent flow (1, 2 and 3 mL min-1), the height of the column (5, 7 and 10 cm) and initial concentration (100 , 200, 300 mg L-1) by the Box-Behnken planning revealed that there were no influence between the variables in the studied. The breakthrough curves were well fitted to the Thomas model. The study in real effluent with Cu (II) (galvanoplastic sector) was carried out using the optimized condition: flow (1 ml min-1); bed height (10 cm) initial concentration: (245.5 mg L-1) and it was found adsorption capacity of 32.42 mg g-1. The mamoneira stalks adsorbent was used for five cycles to verify their potential reuse, and it was found no significant efficiency losses. / As fibras tururi, buriti e talos da mamoneira sÃo resÃduos lignocelulÃsicos extremamente eficientes na sorÃÃo de metais de soluÃÃes aquosas. Neste trabalho, eles foram ativados com diferentes concentraÃÃes de soluÃÃes alcalinas (5, 7, 10 e 15% m/v). Os materiais foram caracterizados pelas tÃcnicas analÃticas de Infravermelho, DifraÃÃo de Raios-X (DRX) e Termogravimetria. Os espectros de infravermelho revelaram que os grupos associados Ãs macromolÃculas de hemicelulose e lignina diminuem em intensidade ou desaparecem apÃs a ativaÃÃo alcalina. Os DRX revelaram que apÃs a ativaÃÃo alcalina, os talos da mamoneira apresentaram picos de celulose tipo II, o que nÃo ocorreu com as fibras de tururi e buriti. O dados de FluorescÃncia de Raios-X revelaram que os cÃtions presentes nos adsorventes como Na(I) e Ca(II) sÃo trocados pelos Ãons Cu(II), Ni(II), Cd(II) e Pb(II) no processo de sorÃÃo. Os estudos das influÃncias das variÃveis: massa do adsorvente; taxa de agitaÃÃo; pH e concentraÃÃo inicial utilizando planejamento experimental fracionÃrio 24-1 demostrou que todas as variÃveis afetaram a resposta (capacidade de adsorÃÃo mg g-1). Como resultado para um maior valor de qtotal, as condiÃÃes observadas foram mantendo o pH em 5,5; massa do adsorvente em 50 mg; taxa de agitaÃÃo em 200 rpm e concentraÃÃo inicial 500 mg L-1. A cinÃtica de adsorÃÃo revelou rÃpida adsorÃÃo, cerca de 30 minutos em geral, seguindo o modelo de pseudo-segunda ordem em todos os processos adsortivos. Modelos de difusÃo intrapartÃcula como de Webber-Morris e Boyd foram estudados a fim de determinar as etapas limitantes do processo. Os dados evidenciaram que para as fibras de tururi e buriti (com exceÃÃo dos Ãons nÃquel) a etapa limitante da velocidade nÃo à a difusÃo intraporo, enquanto para os talos de mamoneira foi verificado que a etapa limitante do processo à a difusÃo intrapartÃcula. O estudo com sistema monoelementar e multielementar foi realizado em pH 5,5, concentraÃÃes variando de 20-500 mg L-1, nos quais os dados foram aplicados aos modelos de Langmuir, Freundlich e Sips. As capacidades de adsorÃÃo (mg g-1) em sistema monoelementar e multielementar das fibras de tururi segue a ordem Pb(188,79)> Cd(92,20)> Cu(32,82)> Ni(22,23) e Cd(77,53)> Pb(43,93)> Cu(24,99)> Ni(19,51), respectivamente. As capacidades de adsorÃÃo (mg g-1) das fibras de buriti em sistema monoelementar e multielementar segue a ordem Cu(143,1)> Pb(112,1)> Ni(103,7) > Cd(86,33) e Pb(69,12)> Cu(49,28)> Ni(45,10)> Cd(24,95), respectivamente. As capacidades de adsorÃÃo (mg g-1) dos talos de mamoneira em sistema monoelementar e multielementar segue a ordem Pb(175,1)> Cd(124,8)> Ni(111,1)> Cu(89,23) e Cu(56,78)> Pb(55,82)> Cd(44,72)> Ni(43,48), respectivamente. Em geral, os resultados evidenciaram melhor aplicabilidade ao modelo de Sips, o qual prediz que os sÃtios disponÃveis para adsorÃÃo sÃo heterogÃneos. Em relaÃÃo ao estudo de adsorÃÃo em leito fixo utilizando talos de mamoneira, a verificaÃÃo da influÃncia das variÃveis: fluxo do adsorvente (1, 2 e 3mL min-1), altura da coluna (5, 7 e 10 cm) e concentraÃÃo inicial (100, 200, 300 mg L-1) pelo planejamento de Box-Behnken, revelou que nÃo hà influencia mutua entre as variÃveis no intervalo estudado. As curvas de ruptura experimentais foram bem aplicadas ao modelo teÃrico de Thomas. O estudo com efluente real de Ãons Cu (II) (setor galvanoplÃstico) utilizando a condiÃÃo otimizada: fluxo (1mL min-1); altura de leito (10 cm) e concentraÃÃo inicial: (245,5 mg L-1) obteve 32,42 mg g-1 de capacidade de adsorÃÃo O adsorvente talos de mamoneira foi utilizado por cinco ciclos para verificar seu potencial de uso, nÃo havendo perdas significativas de eficiÃncia.

Orientadores: Ana Maria Frattini Fileti, Galba Maria de Campos Takaki / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-06T21:06:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Albuquerque_ClarissaDaisydaCosta_D.pdf: 8871218 bytes, checksum: 55101c854d0f7293da9222f2518c7c15 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Entre as técnicas convencionais usadas para desenvolvimento de software sensores, redes neurais artificiais têm mostrado ser um instrumento poderoso em modelagem e controle de bioprocessos complexos. O objetivo geral do presente trabalho é o desenvolvimento de software sensores baseados em redes neurais para estimação e previsão em tempo real da concentração de biomassa e da atividade de emulsificação no processo de produção de bioemulsificante por Cândida lipolytica. Bioemulsificantes normalmente apresentam vantagens como biodegradabilidade, baixa toxicidade e biocompatibilidade em relação a emulsifícantes sintetizados quimicamente. Adicionalmente, eles apresentam potencial para serem sintetizados a partir de substratos de baixo custo e são normalmente efetivos em condições extremas de pH, temperatura e salinidade. Consequentemente, bioemulsificantes têm sido aplicados com sucesso em áreas como biorremediaçào e recuperação de óleos. Contudo, os bioemulsificantes não são ainda largamente empregados por conta do seu alto custo de produção, resultante primeiramente da baixa produtividade dos microrganismos empregados e do alto custo de recuperação. Entretanto, neste trabalho foi mostrado que o desenvolvimento de softsensores neurais juntamente com otimização de componentes de meio de produção e ampliação de escala do processo podem contribuir para tomar a produção de bioemulsificante mais eficiente e econômica. O modelo quadrático obtido na otimização dos componentes do meio usando planejamento composto central com três fatores e metodologia de superfície de resposta mostrou significância estatística e capacidade preditiva. A máxima atividade de emulsificação para emulsões água-em-hexadecano obtida foi de 4,415 UAE e as concentrações ótimas de uréia, sulfato de amónio e fosfato monobásico de potássio foram respectivamente iguais a 0,544 % (w/v), 2,131 % (w/v) and 2,628 % (w/v). O rendimento do processo foi otimizado em 272%. A ampliação do processo da escala de frascos para a escala de fermentador de bancada foi realizada com sucesso e os efeitos e interações da temperatura e velocidade de agitação sobre a atividade de emulsificação do bioemulsificante produzido por Cândida lipolytica foram investigados. Os conjuntos de dados necessários para o treinamento, validação e teste dos softsensores foram obtidos de experimentos de produção de bioemulsificante realizados em biorreator de 5L, sob diferentes condições de temperatura e agitação. Os conjuntos de treinamento, validação e teste dos softsensores foram suavizados e expandidos usando interpolação com spline cúbica. Várias topologias de redes neurais com uma camada escondida foram testadas. As variáveis de entrada do processo incluíram pH, oxigênio dissolvido, densidade ótica e salinidade do liquido metabólico livre de células. O algoritmo de treinamento usado foi o algoritmo de retropropagação baseado em Levenberg-Marquardt em conjunção com regularização bayesiana. A raiz do erro quadrático médio (RMSE) e o coeficiente de determinação global (Rg2) foram usados entre outros índices para comparar o desempenho dos modelos. Os resultados mostram que softsensores neurais fornecem estimação e previsão on-line de concentração de biomassa e de atividade de emulsificação dentro de uma variação aceitável de 5% dos valores experimentais. Coeficientes de determinação global superiores a 0,90 indicam o excelente ajuste dos modelos de redes neurais com os valores experimentais testados, obtidos para concentração de biomassa e atividade de emulsificação / Abstract: Among conventional techniques used for development of 'software sensors', artificial neural networks have showed to be a powerful tool for modelling and control of complex bioprocess. The present work deals with the development of neural network based software sensors for real time estimation and prediction of biomass concentration and emulsification activity in a bioemulsifier production process by Candida lipolytics Bioemulsifiers commonly have the advantages of biodégradation, low toxicity, and biocompability over chemically synthesized emulsifiers. In addition, they can potentially be synthesized from cheap subtrates and are commonly effective at extremes of pH, temperature, and salinity. As a result, bioemulsifiers have found successful application in areas such as bioremediation and oil recovery. However, bioemulsifiers are not widely available because of their high production costs, which results primarily from low strain productivities and high recovery expenses. Therefore, in this work was showed that on-iine neural softsensor development jointly with media optimization and scale up of the process can make bioemulsifier production more efficient and more economical.The second order model obtained in the optimization of the medium components using three-factor central composite design and response surface methodology showed statistical significance and predictive ability. It was found that the maximum emulsification activity to water-in-hexadecane emulsion produced was 4,415 UEA and the optimum levels of urea, ammonium sulfate and potassium dihydrogen orthophosphate were, respectively, 0,544 % (w/v), 2,131 % (w/v) and 2,628 % (w/v). The emulsifier production process yield was optimized in 272 %. Successful scale-up from flasks to laboratory scale bioreactor was attained and the effects and interactions of the temperature and agitation rate on the emulsification activity of the bioemulsifier produced by Candida lipolytica were investigated. The data sets required to training, validation and test the neural software sensors were obtained from bioemulsifier production experiments carried out using com oil and sea water based media in a 5L bioreactor, under different temperature and agitation conditions. The training, validation and test sets were smoothed and expanded by interpolation using a piecewise smoothing cubic spline. Several neural network topologies with one hidden layer were tested. The input process variables included pH, dissolved oxygen, optic density and free cell metabolic liquid salinity. The training algorithm used was the Levenberg-Marquardt based backpropagation algorithm, in conjunction with Bayesian regularization. The root mean square error (RMSE) and the global determination coefficient (Rg2) among others index were used to compare model performances. The results showed that neural 'software sensors' supplied for biomass concentration and emulsification activity on-line estimation and prediction within an acceptable variation of 5% of the experimental values. Global coefficients of determination higher than 0.90 indicated excellent agreement of the neural network models with experimental test values, obtained for biomass concentration and emulsification activity / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work were applied experimental designs to the optimization of analytical methods using atomic spectrometry. Firstly, simultaneous experimental designs were applied to the optimization of two analytical methods, being the first analytical method for the simultaneous determination of macronutrients (Ca, Mg, Na and P), micronutrients (Cu, Fe, Mn and Zn) and trace elements (Al, As, Cd, Pb and V) and other for the simultaneous determination of Th and U in mineral fertilizers, both employing inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP OES). The results of the analysis of mineral fertilizers showed that the elements regulated by Ministry of Agriculture, Livestock and Food Supply (Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento MAPA) were in agreement with the same, and that the high resolution ICP OES allowed to selectivity possible interfering Ca, Fe and Th in the determination of U, indicating that can be performed simultaneous determination of Th and U by technique. In the second part, univariate designs were applied to the optimization of two analytical methods using direct solid sampling (SS) and detection by high resolution continuum source graphite furnace atomic absorption spectrometry (HR-CS GF AAS), one for the determination of Cu and other for Hg in phosphate fertilizers. The results showed that simple superphosphate and triple superphosphate 2 fertilizers samples obtained concentrations of Hg above the maximum limit established by MAPA, as well showed the highest concentrations of Cu, however this is not regulated. The analytical methods proposed in this work were simple, efficient, fast, accurate and reliable for the determination of macronutrients, micronutrients and trace elements in mineral fertilizers by atomic spectrometry. / Neste trabalho foram aplicados planejamentos de experimentos para a otimização de métodos analíticos utilizando a espectrometria atômica. Primeiramente, foram aplicados planejamentos simultâneos para a otimização de dois métodos analíticos, sendo o primeiro método analítico para a determinação simultânea de macronutrientes (Ca, Mg, Na e P), micronutrientes (Cu, Fe, Mn e Zn) e elementos traço (Al, As, Cd, Pb e V), e outro para a determinação simultânea de Th e U em fertilizantes minerais, ambos empregando espectrometria de emissão óptica com plasma acoplado indutivamente (ICP OES). Os resultados das análises de fertilizantes minerais demonstraram que os elementos regulamentados pelo Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (MAPA) estavam de acordo com a mesma, e que a alta resolução do ICP OES permitiu a seletividade dos possíveis interferentes Ca, Fe e Th na determinação do U, indicando que pode ser realizada a determinação simultânea de Th e U pela técnica óptica. Na segunda parte, foram aplicados planejamentos univariados para a otimização de dois métodos analíticos utilizando análise direta de sólidos (SS) e detecção por espectrometria de absorção atômica de alta resolução com fonte contínua e atomização em forno de grafite (HR-CS GF AAS), um para a determinação de Cu e o outro para Hg em fertilizantes fosfatados. Os resultados mostraram que as amostras de fertilizantes superfosfato simples e superfosfato triplo 2 obtiveram concentrações de Hg acima dos limites máximo estabelecidos pelo MAPA, bem como apresentaram as maiores concentrações de Cu, porém este não é regulamentado. Os métodos analíticos propostos neste trabalho foram simples, eficientes, rápidos, exatos e confiáveis para a determinação de macronutrientes, micronutrientes e elementos traço em fertilizantes minerais por espectrometria atômica.

Orientador: Heloisa Vieira da Rocha / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-11T08:22:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_Rodrigode_D.pdf: 16111521 bytes, checksum: 6c77c064d781230212b6c88feb0bcb6c (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Com a miniaturização dos componentes digitais e o vasto desenvolvimento tecnológico dos últimos anos, a sociedade tem presenciado a redefinição dos "computadores pessoais" pelo advento dos dispositivos móveis. Além da inovação, eles introduziram o desafio do design multi-dispositivo para as aplicações desktop. Enquanto algumas abordagens criaram interfaces móveis sem aproveitar qualquer modelo, outras buscaram adaptações automáticas visando reduzir a sobrecarga de designo Em ambas, o foco do design deixou de ser o usuário, tornando as interfaces tão diferentes ao ponto de comprometerem a usabilidade na realização de uma mesma tarefa em vários dispositivos. Esta tese afirma que não existe uma abordagem de design multi-dispositivo capaz de garantir boa usabilidade em todos os contextos porque o usuário pode escolher apenas uma forma de acesso à aplicação ou alternar seu uso por meio de vários dispositivos. No primeiro caso, o usuário aprende a usar a interface para realizar suas tarefas, sendo relevante uma abordagem que aproveite os recursos do dispositivo e trate suas limitações. No segundo, o usuário já conhece uma das interfaces, o que gera uma expectativa no uso das demais. Logo, é necessário combinar abordagens com objetivos diferentes para atender ao usuário de acordo com o seu contexto de uso. Neste sentido, propõe-se o design multi-dispositivo por meio da preservação de uma hierarquia de prioridades de consistência definida em três níveis. Enquanto os dois primeiros dão suporte à expectativa do usuário em contextos de uso alternado (propensos à execução de tarefas em dispositivos diferentes) e migração de tarefas (iniciando tarefas com um dispositivo e concluindo com outro), o terceiro nível garante a personalização das tarefas de maior interesse visando eficiência e satisfação de uso em um dispositivo específico. A avaliação desta metodologia foi feita por meio de um experimento com três interfaces de pocket PC construídas a partir de uma aplicação desktop do domínio de Educação a Distância: a primeira delas era uma réplica da original (Migração Direta), a segunda não mantinha consistência de layout e era baseada em um processo de design personalizado adequado ao dispositivo (Linear) e a terceira aplicava apenas os dois primeiros níveis da hierarquia de prioridades (Overview). Os resultados da avaliação subjetiva mostraram que a abordagem Overview foi capaz de manter o modelo mental do usuário com maior precisão por preservar os atributos de facilidade, eficiência e segurança de uso na interação inter-dispositivo. Além disso, os resultados medidos para a eficácia (exatidão das respostas) e eficiênciá (tempo médio de execução das tarefas) foram iguais ou melhores com essa abordagem. Por outro lado, os usuários revelaram uma preferência pela personalização de tarefas presente na abordagem Linear. Este resultado dá suporte à proposta desta tese, mostrando que a eficácia gerada pelos dois primeiros níveis da hierarquia de prioridades (percepção e execução das tarefas) deve ser combinada com o terceiro nível de personalização. Para isso, sugere-se a disponibilização de padrões de interface criados pelo designer para escolha do usuário durante a interação. Essa combinação deve garantir usabilidade no acesso a uma aplicação feito sempre por um mesmo dispositivo ou em contextos de uso alternado e migração de tarefas / Abstract: With the miniaturization of digital components and the vast technological development of the past years, society has remarked the redefinition of "personal computers" by the advent of modern mobile devices. Besides the innovation, these handhelds also introduced the challenge to develop multi-device interfaces for today's desktop applications. While some created mobile interfaces from scratch to get the best from the devices, others looked for automatic adaptations to reduce the load imposed to the designeI. In both cases, the user wasn't the focus anymore, which resulted interfaces so different from each other to the point of compromising usability when peHorming one task on many devices. This thesis claims that there is no multi-device approach capable to provi de full usability in every context because the user may choose only one interface to access the application or interchange its use via many devices. In the first case, the user learns to perform tasks with the given device, which makes relevant an approach that takes advantage of its resources and solves its limitations. In the second, the user already knows one of the available interfaces, which generates an expectation for the others. Therefore, it is necessary to combine approaches with different goals and suit the user according to the appropriate context. In this sense, we propose multi-device design via maintenance of a consistency priorities hierarchy defined in three levels. The first two levels give support to the user's expectation in contexts of interchange (prone to task execution with different devices) and task migration (starting tasks with one device and finishing with other). On the other side, the third level provides task personalization according to the user's interest towards higher efficiency and satisfaction of use with a specific device. The evaluation of this methodology was conducted by an experiment with three pocket PC interfaces designed from an e-learning desktop application: the first interface was an exact replica of the original desktop version (Direct Migration), the second didn't maintain layout consistency and was based in a personalized design process adequate to the device (Linear) while the third applied only the first two levels of the consistency priorities hierarchy (Overview). The subjective evaluation results pointed the Overview approach as the best to maintain the user's mental model by preserving easiness, efficiency and safety of use on inter-device interaction. Additionally, both measured efficacy (task result accuracy) and efficiency (task execution mean time) were the same or even better with this approach. On the other hand, users revealed their preference for the task personalization present in the Linear approach. This result gives support to our proposal, corroborating that the efficacy generated by the first two levels of the consistency priorities hierarchy (task perception and execution) should be combined with the third level of personalization. This could be done by letting designers create interface patterns and make them available to users during interaction. Such combination should guarantee usability while constantly accessing one application through the same device or in contexts of alternated use and task migration / Doutorado / Doutor em Ciência da Computação

Made available in DSpace on 2017-07-10T18:08:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Eduardo Borges Lied.pdf: 1709683 bytes, checksum: afb03fea575cffbd1c379c5b02640807 (MD5) Previous issue date: 2012-02-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The cassava processing industry, especially potato starch, have a high pollution potential due to the release of their effluents on aquatic ecosystems. Among the main characteristics of this effluent highlights the high organic load and the presence of cyanide ion. The treatment of wastewater from potato starch has been done predominantly by treatment ponds. However, this type of system has limitations for wastewater treatment with the presence of cyanide. The cyanide ion is toxic to micro-organisms, and at certain concentrations the effect is significant, compromising both the removal of cyanide itself as other biodegradable compounds. In this context the present study evaluated the efficiency of starch factory effluent treatment by coagulation / flocculation, employing for that seed extracts of Moringa oleifera (M.O.) as a natural coagulant, as well as the use of the aquatic macrophyte Eichhornia crassipes as natural adsorbent. In the first stage of treatment, represented by the tests of coagulation/flocculation was used the methodology of experimental planning Central Composite Rotatable Design (DCCR). The variables studied were of the M.O. and concentration of salt solution of sodium chloride (NaCl). The test conditions were the following: fast mixing speed (VMR) of 100 rpm, mixing time (TMR) of 2 min; slow speed mixing (VML) of 20 rpm, mixing time (TML) 10 min, the settling time was 60 min. The response variables analyzed in this phase were: turbidity and color, COD and cyanide ion. The operating conditions were optimized: concentration M.O. of 2484 mg L-1 and salt concentration of 0.9 mol L-1. Under these conditions it was possible to remove 89.16% of Turbidity, 54.43% of apparent color, 66.39% of COD and 9.9% of cyanide ion. Given the low efficiency of removal of cyanide ion by coagulation is started for a subsequent treatment. For this, we adopted a treatment by batch adsorption using dry biomass of the aquatic macrophyte Eichhornia crassipes as an adsorbent. For the purpose of a further investigation was used a synthetic solution cyanide (NaCN solution). The best operating conditions of pH, adsorbent dosage and contact time were 2.0, 2.0 g L-1 and 20 min, respectively. By simulating a test combined coagulation/flocculation/adsorption with the effluent of cassava industry to greater removal of cyanide ion fit the sample with pH adjustment (2.0), removing around 31%, proving the thesis of the preliminary tests indicated for tests with a solution of sodium cyanide. / As indústrias de processamento de mandioca, especialmente as fecularias, apresentam alto potencial poluidor devido ao lançamento de seus efluentes sobre os ecossistemas aquáticos. Dentre as principais características deste efluente destaca-se a alta carga orgânica e a presença do íon cianeto. O tratamento das águas residuárias de fecularias vem sendo feito predominantemente por lagoas de tratamento. No entanto, esse tipo de sistema de tratamento apresenta limitações para efluentes com presença de cianetos. O íon cianeto é tóxico aos micro-organismos, sendo que em certas concentrações a influência é bastante significativa, comprometendo tanto a remoção do próprio cianeto como de outros compostos biodegradáveis. Neste contexto o presente estudo avaliou a eficiência do tratamento de efluentes de fecularia por coagulação/floculação, para isso empregando extratos de sementes de Moringa oleifera (MO) como coagulante natural, bem como o uso da macrófita aquática Eichhornia crassipes como adsorvente natural. Na primeira etapa do tratamento, representado pelos ensaios de coagulação/floculação foi utilizada a metodologia do planejamento experimental do tipo Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR). As variáveis estudadas foram: concentração de MO e concentração da solução salina de cloreto de sódio (NaCl). As condições de ensaio foram as seguintes: velocidade de mistura rápida (VMR) de 100 rpm, com tempo de mistura (TMR) de 2 min; velocidade de mistura lenta (VML) de 20 rpm, com tempo de mistura (TML) de 10 min; o tempo de sedimentação foi de 60 minutos. As variáveis de resposta analisadas nesta etapa foram: Turbidez, Cor Aparente, DQO e Íon Cianeto. As condições operacionais otimizadas foram: concentração de MO de 2484 mg L-1 e concentração salina de 0,9 mol L-1. Nestas condições foi possível remover 89,16% de turbidez, 54,43% de cor aparente, 66,39% de DQO e 9,9% de íon cianeto. Em face da baixa eficiência de remoção de íon cianeto por coagulação partiu-se para um tratamento subsequente. Para isso, adotou-se um tratamento por adsorção em batelada utilizando a biomassa seca da macrófita aquática Eichhornia crassipes como adsorvente. Para efeitos de uma melhor investigação utilizou-se uma solução sintética de cianeto (solução de NaCN). As melhores condições operacionais de pH, dosagem de adsorvente e tempo de contato foram 2,0; 2,0 g L-1 e 20 min, respectivamente. Ao simular um ensaio combinado de coagulação/floculação/adsorção com o efluente bruto de fecularia a maior remoção de íon cianeto coube a amostra com ajuste de pH (2,0), remoção em torno de 31%, comprovando a tese dos ensaios preliminares indicados pelos testes com a solução de cianeto de sódio.

Made available in DSpace on 2017-07-10T18:08:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fabiano Bisinella Scheufele.pdf: 1716907 bytes, checksum: fee6288858ac3d92f0d2e7f9f8d02ba2 (MD5) Previous issue date: 2012-02-15 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Lignocellulosic biomass has high yields of cellulose which can be hydrolyzed to fermentable carbohydrates. Global generation of agro-industrial wastes grows simultaneously with the sector development resulting at the accumulation of lignocellulosic residues leading environmental pollution and loss of potential materials for the bioconversion to a wide range of high added value products, such as biofuels. Recently, the search of renewable sources of energy has grown, due to the depleting of fossil fuels, increasing the possibility at the conversion of the lignocellulosic biomass via hydrolytic enzymes. The aim of this work was evaluate cellulases production by lignocellulolytic fungi from the Amazonic biome aiming at the bioconversion of the agro-industrial residues. Submerged and solid-state fermentations were performed to select the microorganism with superior cellulase productive capacity. The influence of parameters such as pH, surfactant induction (Tween 80), aeration and agitation, besides the alkaline oxidative treatment of the sugarcane bagasse. Statistical design were carried out to estimate the influence of the moisture and the initial pH at cellulases production by solid-state fermentation. Trichoderma sp. and Aspergillus niger performed the best production of enzymes, where the highest yields of total cellulase were obtained by agitated submerged fermentation with sugarcane bagasse pretreated with H2O2 (1%) reaching 0.265 U.mL-1 (12.915 U.g-1) by Trichoderma sp. at the sugarcane bagasse, and 0.155 U.mL-1 (7.549 U.g-1) by Aspergillus niger. Through solid state fermentations with the pretreated sugarcane bagasse the influence of initial pH and the moisture were evaluated by statistical design. In the case of the Trichoderma sp. both parameters were significant at the cellulase production, as well as the synergistic interaction, within the confidence interval of 95%, yielding 0.167 U.mL-1 (2.695 U.g-1), at the pH 7.0 and 1:9 solid-liquid ratio. For Aspergillus niger only pH was significant and the cellulase content obtained was 0.098 U.mL-1 (1.695 U.g-1) at pH 7.0. Finally, a cellulase produced by Trichoderma sp. at solid state fermentation and a commercial enzyme were used at enzymatic hydrolysis tests. The parameters hydrolysis time, enzyme dilution, concentration of Tween 80 and solid-liquid ratio of sugarcane bagasse were evaluated. The significant variables were then optimized by a central composite rotational design. The strain of Trichoderma sp. from the Amazon biome showed potential at the cellulase production and the treated sugarcane bagasse was a fine substrate for the enzymatic production. / A biomassa lignocelulósica contêm altos teores de celulose e outros polissacarídeos em sua constituição química, podendo ser hidrolisados em açúcares fermentescíveis. A geração de resíduos agroindustriais anual tem crescido resultando no acúmulo de resíduos que contribuem para a poluição do meio ambiente e na perda de materiais que possuem potencial na bioconversão a produtos de alto valor agregado, como por exemplo, biocombustíveis. Recentemente, há a necessidade de fontes energéticas de origem renovável, devido à diminuição dos combustíveis fósseis, viabilizando a conversão das biomassas lignocelulósicas via enzimas hidrolíticas. O objetivo deste trabalho foi avaliar a produção de enzimas celulases por fungos lignocelulolíticos provenientes do bioma amazônico visando a bioconversão de resíduos agroindustriais. Diferentes fermentações foram realizadas, tanto em meio submerso quanto em estado sólido, através das quais selecionou-se os micro-organismos com melhor capacidade produtiva de celulases. Estudou-se a influência de parâmetros como pH, utilização de surfactante como indutor (Tween 80), aeração e agitação, além do tratamento alcalino oxidativo do bagaço de cana. Os micro-organismos que apresentaram melhor desempenho na produção das enzimas foram o Trichoderma sp. e o Aspergillus niger, sendo que os maiores níveis de celulase total foram obtidos por fermentação submersa nos ensaios agitados com bagaço de cana pré-tratado com H2O2 (1%), com 0,265 U.mL-1 (12,915 U.g-1) pelo Trichoderma sp., e 0,155 U.mL-1 (7,549 U.g-1) com Aspergillus niger. A partir de fermentações em estado sólido com o bagaço de cana pré-tratado avaliou-se a influência dos parâmetros pH inicial e umidade por planejamentos experimentais, verificando-se que para o Trichoderma sp. ambos os parâmetros, bem como a interação sinergética entre si, foram significativos dentro do intervalo de confiança de 95%, obtendo-se 0,167 U.mL-1 (2,695 U.g-1) no pH 7,0 e relação sólido-líquido 1:9. No caso do Aspergillus niger apenas o pH foi significativo e o teor de celulase obtido foi de 0,098 U.mL-1 (1,695 U.g-1) para um pH 7,0. Finalmente, a partir de uma celulase produzida por fermentação em estado sólido do Trichoderma sp. e uma enzima comercial foi realizada a avaliação da influência dos parâmetros tempo de hidrólise, diluição da enzima, concentração de Tween 80 e razão sólido-líquido do bagaço de cana sobre a hidrólise do mesmo. As variáveis significativas foram, posteriormente, otimizadas por um delineamento composto central rotacional. A cepa Trichoderma sp. proveniente do bioma amazônico apresentou potencial na produção de celulases e o o bagaço de cana submetido ao tratamento alcalino oxidativo apresentou-se como um bom substrato para a produção enzimática.

Orientadores: Denis Jose Schiozer, Eliana L. Ligero / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica, Instituto de Geociencias / Made available in DSpace on 2018-08-04T09:02:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Madeira_MarceloGomes_M.pdf: 1487066 bytes, checksum: 39d5e48bf728f51d3c85f7d5ef207d41 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Os processos de tomada de decisões em campos de petróleo estão associados a grandes riscos provenientes de incertezas geológicas, econômicas e tecnológicas e altos investimentos. Nas fases de avaliação e desenvolvimento dos campos, torna-se necessário modelar o processo de recuperação com confiabilidade aumentando o esforço computacional. Uma forma de acelerar o processo é através de simplificações sendo algumas discutidas neste trabalho: técnica de quantificação do risco (Monte Carlo, árvore de derivação), redução no número de atributos, tratamento simplificado de atributos e simplificação da modelagem do reservatório. Ênfase especial está sendo dada à (1) comparação entre Monte Carlo e árvore de derivação e (2) desenvolvimento de modelos rápidos através de planejamento de experimentos e superfície de resposta. Trabalhos recentes estão sendo apresentados sobre estas técnicas, mas normalmente mostrando aplicações e não comparação entre alternativas. O objetivo deste trabalho é comparar estas técnicas levando em consideração a confiabilidade, a precisão dos resultados e aceleração do processo. Estas técnicas são aplicadas a um campo marítimo e os resultados mostram que (1) é possível reduzir significativamente o número de simulações do fluxo mantendo a precisão dos resultados e que (2) algumas simplificações podem afetar o processo de decisão / Abstract: Petroleum field decision-making process is associated to high risks due to geological, economic and technological uncertainties, and high investments, mainly in the appraisal and development phases of petroleum fields where it is necessary to model the recovery process with higher precision increasing the computational time. One way to speedup the process is by simplifying the process; some simplifications are discussed in this work: technique to quantify the risk (Monte Carlo and derivative tree), reduction of number of attributes, simplification of the treatment of attributes and simplification of the reservoir modeling process. Special emphasis is given to (1) comparison between Monte Carlo and derivative tree techniques and (2) development of fast models through experimental design and response surface method. Some works are being presented about these techniques but normally they show applications and no comparison among alternatives is presented. The objective of this work is to compare these techniques taking into account the reliability, precision of the results and speedup of the process. These techniques are applied to an offshore field and the results show that it is possible to reduce significantly the number of flow simulation maintaining the precision of the results. It is also possible to show that some simplifications can yield different results affecting the decision process / Mestrado / Reservatórios e Gestão / Mestre em Ciências e Engenharia de Petróleo