Orientador: Fernanda Monti Steffens / Banca: Sandra dos Santos Padula / Banca: Jun Takahashi / Banca: Eduardo Souza Fraga / Banca: Manuel Máximo Bastos Malheiro de Oliveira / Resumo: O problema da inconsistência termodinâmica do modelo de quase-partículas foi parcialmente resolvido por Gorenstein e Yang há quase duas décadas. Entretanto sua solução mostra-se como uma solução particular para o problema da inconsistência termodinâmica. Este trabalho apresenta a solução geral para o modelo de quase-partículas a partir da generalização da solução de Gorenstein-Yang, estudando-se assim o modelo de quase-partículas em dois cenários diferentes: para o caso onde este é formado apenas por bósons, e quando é formado por bósons mais férmions e anti-férmions. Para o caso bosônico assume-se os bósons não-massivos, em um sistema à temperatura finita e potencial químico nulo, obtendo então sua solução termodinâmica geral. A partir desta utiliza-se uma solução particular para descrever a matéria desconfinada, o Plasma de Glúons, e compara-se esta solução com os dados provenientes de QCD na rede para pressão, entropia e energia interna. Estuda-se também a solução geral para um sistema à temperatura e potencial químico finitos formado por férmions, anti-férmions e bósons. O limite assintótico destas soluções também é analisado. Uma solução particular, análoga à utilizada no caso apenas de bósons, é utilizada para descrever os resultados de QCD na rede, para um Plasma de Quarks e Glúons. Este formalismo permite descrever o Plasma de Quarks e Glúons em toda região de desconfinamento. Seja no caso bosônico, ou no caso de bósons e férmions, encontra-se uma solução mais simples que a de Gorenstein-Yang para descrever o QGP / Abstract: The thermodynamics quasi-particle problem was partially solved by Gorenstein and Yang. Nevertheless, its solution is a particular solution of the thermodynamic inconsistency problem. In this work the thermodynamics of the quasi-particle model is studied from a generalization of the Gorenstein-Yang solution. This work is split in two parts: For the case of finite temperature and vanishing chemical potential for non-massive bosons, and for finite temperature and Chemical potential of anti-fermions, fermions plus bosons. For the boson case is computed the thermodynamical general solution and from it, a particular solution it is used to describe the deconfined matter, Gluon Plasma. This solution is compared to QCD lattice data, thus the pressure, entropy and internal energy can be fitted. Also is developed the solution for a system composed by fermions, antifermions and gluons. An analogue solution to boson case it is used to describe the real case, the Quark Gluon Plasma. It is shown that solution is able to describe the lattice data. This general formalism allows study the QGP in all deconfined region. Whether in the bosonic case, or in bosonic plus fermionic case, it is found a simpler solution than the Gorenstein-Yang / Doutor

Orientador: Fabiano Tomazini da Conceição / Banca: Maria Lucia Pereira Antunes / Banca: Carlos Alfredo Suárez / Resumo: Este estudo teve como objetivo caracterizar as propriedades da lama vermelha brasileira natural, tratada termicamente a 400ºC e tratada quimicamente por ácido clorídrico (HCI) e nitrato de cálcio (Ca(NO3)2), e avaliar a sua capacidade de adsorção de níquel (Nr2+) e zinco (Zn2+) em soluções aquosas. A influência da variação do pH no processo de adsorção foi analisada, encontrando-se o pH 7, dentre os valores estudados, como o ideal para a adsorção. Também foram realizados testes de adsorção com variação da concentração inicial de Nr2+ e Zn2+, em pH 5-5,5; a partir dos quais foram elaboradas isotermas de adsorção ajustadas pelos modelos de Freundlich e Langmuir. Como resultado, percebeu-se que a lama vermelha é um adsorvente efetivo de Nr2+ e Zn2+, sendo a lama ativada termicamente a que apresentou maior capacidade de adsorção para ambos os metais, tendo sido encontrados os valores de 1,86 mmol/g para o Nr2+ e 1,43 mmol/g para o Zn2+. Além disso, o tempo de equlíbrio de sete horas foi encontrado e a cinética da reação foi estudada por meio dos modelos de pseudo-primeira ordem, pseudo-segunda ordem, Elovich e difusão intrapartículas, em pH 5-5,5. Concluiu-se que a reação de adsorção seguiu o modelo sde pseudo-segunda ordem. Também foram realizados estudos de termodinâmica, em pH 5-5,5, indicando que a reação de adsorção é endotérmica e que os metais possuem afinidade com a lma vermelha. Sendo assim, pode-se concluir que a lama vermelha tem potencial para ser utilizada como um adsorvente de baixo custo de aquisição para o tratamento de efluentes contaminados por metais / Abstract: This study aimed to characterize the properties of natural Brazilian red mud, heat treated red mud at 400ºC and chemically treated red mud by hydrochloric acid (HCI) and calcium nitrate (Ca(NO3)2), and evaluate its adsorption capacity for nickel (Nr2+) and zinc (Zn2+) in aqueous. Influence of pH variation in adsorption process was analyzed, finding pH 7, among studied values, as the ideal for adsorption. Also adsorption tests varying Nr2+ and Zn2+ initial concentrations were performed, at pH 5-5,5, and adsorption isotherms adjusted by Freundlich and Langmuir models were prepared. As a result, red mud was considered an effective Nr2+ and Zn2+ adsorbent. The thermally activated red mud showed the highest adsorption capacity for both metals, presenting maximum adsorption values of 1.86 mmol/g for Nr2+ and 1.43 mmol/g for Zn2+. Furthermore, the equilibration time of seven hours was found and pseudo -first order, pseudo-second order, Elovich and intraparticle diffusion models were used to study the kinetics, at pH 5-5,5. The results showed reaction of adsorption followed the pseudo-second order model. Also thermodynamic studies, at pH 5-5,5, were conducted, which indicated adsorption reaction is endothermic and the metals have affinity to red mud. Thus, it was concluded that red mud has potential to be used as an adsorbent of low acquisition cost for treatment of effluents contaminated by metals / Mestre

Orientador: Edson Denis Leonel / Banca: Paulo César Rech / Banca: Dario Antonio Donatti / Banca: / Resumo: Neste trabalho investigamos algumas propriedades dinâmicas para um ensemble de partículas no modelo bouncer dissipativo. O modelo consiste de uma partícula clássica (ou um ensemble delas), sob ação de um campo gravitacional constante, colidindo contra uma parede que oscila no tempo. As equações que descrevem o modelo completo abrangem dois tipos de colisões: (i) diretas e; (ii) as indiretas. Existe ainda uma versão simplificada do modelo que é equivalente ao Mapa Padrão de Chirikov. Este por sua vez exibe uma transição de caos local para caos global quando o parâmetro ε atinge um valor crítico. O modelo conservativo preserva área no espaço de fases e pode exibir crescimento ilimitado de energia, fenômeno conhecido como Aceleração de Fermi. O fenômeno é suprimido através da introdução de dissipação via colisões inelásticas. A transição entre crescimento ilimitado e limitado de energia é descrita através de hipóteses de escala. Estas conduzem a uma função homogênea generalizada que fornece duas leis de escala, validadas através dos expoentes críticos. A expressão analítica da velocidade quadrática média das partículas nos leva ao cálculo dos mesmos expoentes da transição, obtidos de forma independente das simulações. Uma sobreposição de curvas Vrms vs. n valida os expoentes críticos obtidos. A conexão do modelo bouncer com a Termodinâmica é obtida através do desenvolvimento de uma expressão para a Entropia, em concordância com o 3o Postulado da Termodinâmica / Abstract: In this work we investigate some dynamical properties for an ensemble of particles in a dissipative bouncer model. The model consists of a classical particle (or an ensemble of them) colliding against a wall that oscillates as function of the time, under the action of a constant gravitational field. The equations that describe the complete model include two types of collisions: (i) direct and; (ii) indirect. There is a simplified version of the model which is equivalent to Chirikov's standard map. The map shows a transition from local to global chaos when the parameter " reaches a critical value. The conservative model preserves the phase space area and, depending on the initial conditions as well as control parameter, can show unlimited growth of energy, a phenomenon known as Fermi acceleration. The phenomenon is suppressed by introducing dissipation via inelastic collisions. The transition between unlimited and limited growth of energy is described by scaling hypothesis. Such scaling leads to a generalized homogeneous function that provides two scaling laws, validated by well defined critical exponents. The analytical expression of the mean square velocity of particles leads to the calculation of these exponents of the transition, obtained independently of the simulations. An overlap of the curves Vrms vs. n validates the critical exponents obtained. The connection of the bouncer model with Thermodynamics is obtained by developing an expression for the Entropy, in agreement with the 3rd Postulate of Thermodynamics / Mestre

Orientador: Carlos Renato Corso / Banca: Dejanira de Franceschi de Angelis / Banca: Silvana Perissatto Meneghin / Resumo: Os corantes têxteis são um dos principais poluentes descartados em corpos hídricos, e devido a sua toxicidade, são responsáveis por diversos impactos ambientais no ecossistema aquático. A quitosana é um biopolímero derivado da desacetilação da quitina derivada da casca de camarão, que é originária de um resíduo pesqueiro. A levedura Saccharomyces cerevisiae é um micro-organismo muito importante para a indústria brasileira, sendo utilizada em vários processos industriais, além de sua biomassa ser produzida em larga escala no Brasil. Desta forma o trabalho teve como objetivo analisar a aplicação do pó de quitosana e da biomassa de S. cerevisiae na adsorção do corante têxtil Acid Blue 161. Foram feitos testes variando o pH da solução, e utilizou-se os estudos cinéticos, isotermas e termodinâmica para se analisar os resultados e avaliar a interação adsorbato/adsorvente. Realizou-se analises em espectrofotômetro FT-IR para se confirmar os resultados obtidos nos modelos matemáticos. Os resultados mostraram que ambos os adsorventes respeitaram o modelo de pseudo-segunda ordem, porém pode-se constatar também a ocorrência de difusão intrapartícula em ambos materiais. A adsorção melhor se ajustou ao modelo de Freundlich em todos os pH testados para ambos os adsorventes, indicando a formação de múltiplas-camadas. Os estudos termodinâmicos confirmaram que a adsorção é uma reação endotérmica e espontânea, além de confirmar que a adsorção é influenciada pela temperatura. As analises em esp... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Textile dyes are one of the main pollutants discarded in water bodies, and due to their toxicity, are responsible for several environmental impacts on the aquatic ecosystem. Chitosan is a biopolymer derived from the deacetylation of chitin derived from shrimp bark, which originates from a fishery residue. The yeast Saccharomyces cerevisiae is a very important microorganism for the Brazilian industry, being used in several industrial processes, besides its biomass being produced in large scale in Brazil. The aim of this work was to analyze the application of chitosan powder and S. cerevisiae biomass in adsorption of Acid Blue 161 dye. Tests were performed by varying the pH of the solution, and kinetic, isothermal and thermodynamic studies were used to analyze the results and evaluate the adsorbate/adsorbent interaction. FT-IR spectrophotometer analyzes were performed to confirm the results obtained in mathematical models. The results showed that both adsorbents respected the pseudosecond order model, but also the occurrence of intraparticle diffusion in both materials. The adsorption best fit the Freundlich model at all pH tested for both adsorbents, indicating the formation of multiple layers. The thermodynamic studies confirmed that the adsorption is an endothermic and spontaneous reaction, besides confirming that the adsorption is influenced by the temperature. The FT-IR spectrometer analyzes confirmed that for both adsorbents is occurring chemisorption at acidic pH due to the protonation of the medium, already at the alkaline pH was occurring a physisorption. With this it can be concluded that the pH of the solution directly influences the adsorption process. The efficiency of the use of chitosan powder and S. cerevisiae as a possible adsorbent material of textile dyes was also verified, indicating that the protonation of the ... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Em várias décadas os Sistemas Aquosos Bifásicos (SAB) tem sido largamente estudados como promissores sistemas para separação, extração, purificação e pré-concentração de analitos diversos, em especial, os de interesse biotecnológicos. Embora esses sistemas sejam fáceis de serem preparados o controle de suas propriedades físico-químicas é dependente de inúmeros fatores e por isso, é essencial o conhecimento do comportamento de fase do SAB, expresso como um diagrama de fase, para sua aplicação. O presente trabalho teve por objetivo o estudo experimental do equilíbrio líquido-líquido em sistemas aquosos bifásicos (SAB) formados por mistura de PEG (4.000, 6.000 e 10.000g mol-¹) + bissulfito de sódio + água em quatro temperaturas variando de 288,15 a 318,15 K. Cada diagrama foi caracterizado por 5 linhas de amarração em cada temperatura. Nos diagramas obtidos foi observado um deslocamento significativo do locus das curvas binodais com a elevação da temperatura, levando a um aumento da região bifásica. Essa característica evidencia um processo de separação de fases endotérmico. O aumento da massa molar do polímero também favorece a formação do SAB. Estudos cinéticos com monitoramento do pH e composição das fases no tempo mostraram que o equilíbrio nos SAB estudados é alcançado com cerca de 3h em repouso no banho termostatizado. No intervalo de 72h do estudo cinético os SAB se mostraram estáveis. Os novos SAB obtidos ainda não foram descritos na literatura e podem apresentar potencial aplicação para processos de separação usando a propriedade de conservante químico do bissulfito de sódio. / In several decades the Aqueous Two-Phase Systems (ATPS) have been widely studied as promising systems for separation, extraction, purification and pre-concentration of various analytes, particularly the biotechnological interest. While these systems are easy to prepared control of their physicochemical properties is dependent on many factors and so it is essential to know the phase behavior of the ATPS, expressed as a phase diagram for your application. This study aimed to the experimental study of liquid-liquid equilibrium in aqueous two-phase systems (ATPS) formed by mixing PEG (4,000, 6,000 and 10,000 g mol-¹) + sodium bisulfite + water at four temperatures of 288.15 to 318.15 K. each diagram was characterized by 5 mooring lines at each temperature. In the diagrams obtained was a significant shift in the locus of the binodal curves, leading to an increase of the biphasic region with increasing temperature. This characteristic shows a process of endothermic phase separation. Increasing the molecular weight of the polymer also promotes the formation of SAB. Kinetic studies with pH monitoring and composition of the phases in time showed that the balance in the ATPS studied is reached with around 3 pm at rest in the thermostatic bath. In the 72 hours interval of the kinetic study the ATPS were stable. The new ATPS were not obtained in the literature and may have potential application for separation processes with increased property as a chemical preservative sodium bisulfite

A α-amilase é uma enzima chave na produção das cervejas por ser responsável pela clivagem do amido em açúcares fermentáveis. Durante o processo de preparação do mosto que ocorre de 40 a 80°C, essa enzima pode ser afetada por polifenóis presentes na mistura. O objetivo foi avaliar a cinética e o equilíbrio da interação de α-amilase com polifenóis usualmente presentes em cerveja e nas faixas de temperatura empregadas no processo. Para tanto, polifenóis comumente encontrados em cerveja (ácido clorogênico, ácido cafeico, ácido ferúlico e quercetina) foram incubados com α-amilase em 298, 313 e 323K, a atividade da enzima foi determinada por absorção molecular pelo método de triiodina, e os resultados tratados pela equação integrada de Michaelis-Menten. O equilíbrio químico da interação foi abordado por titulação espectrofluorimétrica em 293, 303, 313, 323 e 333 K. Os resultados apresentaram valores dos parâmetros cinéticos de α-amilase a 323K de Km 1,37 ±0,19 mg.mL-¹ e Vmax 0,66 ±0,08 mg.mL-¹.min-¹, e um modelo de inibição competitiva apresentando Ki entre 2,00x10-5 ±4,50x10-7 mol.L-¹ e 4,52x10-5 ±2,24x10-6 mol.L-¹. Foram encontrados valores de energia de ativação da enzima para ácido clorogênico > ácido ferúlico > ácido cafeico > quercetina. O ácido clorogênico foi o que apresentou maior estabilidade na formação dos complexos, com menor valor de Ki, maior sensibilidade com a temperatura e maior inibição na temperatura ótima da enzima (323K), antagonicamente aos valores apresentados para a quercetina. Os resultados da interação ligante-enzima revelaram valores de Kb crescente com a temperatura, sugerindo maior estabilidade na formação do complexo próximo a 323 K, e coincidentes com os resultados de inibição enzimática. Os valores para ∆H e ∆S sugerem um mecanismo entropicamente dirigido da associação. Estudo da relação estrutura-atividade demonstrou uma correlação positiva entre a atividade biológica (ligação e catálise) da α-amilase com os descritores de natureza polar dos polifenóis (número total de doadores e aceptores de ligações de hidrogênio, polarizabilidade, TPSA, Pka). Ensaios de interação da enzima com ácido clorogênico em diferentes valores de pH e força iônica apoiam os dados de estrutura-atividade, e sugerem a participação do íon carboxilato do ligante na interação com grupos básicos na vizinhança do sítio catalítico da enzima. / α-amylase is a key enzyme in the production of beer due to the hydrolysis of starch into fermentable sugars. During the preparation of its brewing mash (40 to 80 °C), this enzyme can be affected by polyphenols present in the mixture. Our aim was to evaluate the kinetics and equilibrium of the interaction of α-amylase with polyphenols usually present in beer at common temperature range employed in the process. Hence, polyphenols commonly found in beer (chlorogenic acid, caffeic acid, ferulic acid and quercetin) were incubated with α-amylase at 298, 313, 323K, enzyme activities were followed by molecular absorption using the triiodine method, and the results treated by the integrated Michaelis-Menten equation. The chemical equilibrium of the interaction was addressed by spectrofluorometric titration at 298, 303, 313, 323, 333K. The results showed values of the kinetic parameters of α-amylase at 323 K of Km 1.37 ±0.19 mg.mL-¹ and Vmax 0.66 ± 0.08 mg.mL-¹.min-¹, and a competitive inhibition model exhibiting inhibition constants (Ki) between 2.00 x 10 -5 ±4.50 x 10-7 mol.L-¹ and 4.52 x 10-5 ±2.24x10-6 mol.L-¹. Enzyme activation energy values were in order of chlorogenic acid > ferulic acid > caffeic acid > quercetin. Chlorogenic acid showed the highest stability in the complex formation, exhibiting the lowest Ki value, the more pronounced temperature sensitivity and the highest inhibition at optimum temperature (323K), in contrast to the values presented for quercetin. The results of the ligand-enzyme interaction revealed increasing values of the binding constant of the protein with the ligands (Kb) with temperature, suggesting a greater complex stability near 323 K, similar to that found from the enzyme inhibition data. The values for ∆H and ∆S suggest an entropy-driven force present in the association mechanism. The results for structure-activity relationship demonstrated a positive correlation between the biological activity (both binding and catalysis) of the α-amylase with the polar nature descriptors of the polyphenols (total number of hydrogen donors and acceptors of, polarizability, TPSA, pKa). Binding assays of the enzyme with chlorogenic acid at different pH values and ionic strength support the structure-activity results and suggest a plausible interaction of the carboxylate ion of the ligand with basic groups in the vicinity of the catalytic site of the enzyme.

Esta trabalho desenvolve um modelo para a análise do escoamento laminar e permanente de convecção natual em tubos verticais concêntricos, considerando-se propriedades variáveis do fluido. Serão consideradas relações de raios dos tubos, aguais a 1,5; 2,0 e 2,5. A condição de contorno para o problema térmico corresponde ao tubo interno com temperatura constante e o externo isolado. Os fluidos considerados correspondem à Números de Prandtl iguais a 0,7 e 2,5, sendo este último próprio para o confronto de resultados numéricos com experimentais obtidos através da Técnica de Sublimação de Naftaleno (Número de Schmidt igual a 2,5). As distribuições de velocidade e temperatura são obtidas através do Método de Diferenças Finitas, e apartir destas são calculados os coeficientes de transferência de interesse, representados pela vazão volumérica, fluxo de entalpia adimensionais bem como pelo Número de Nusselt.

Trata-se da solução analítica, pela técnica de transformada integral finita, do problema de convecção forçada em regime laminar de fluidas Newtonianos imiscíveis, não estratificados, em dutos de geometria simples, tais como tubos e canais de placas planas paralelas. Efetua-se uma extensão do método de contagem de sinal (Sign-Count), para a solução do problema de Sturm-Liouville unidimensional associado a múltiplas regiões, considerando-se descontinuidades nas interfaces. Determina-se os perfis de velocidades e obtém-se expressões e resultados para fatores de atrito, potências de bombeamento e vazões para diversas condições de operação. Estuda-se a influência de espessura da camada do fluido próximo à parede nos coeficientes de transferência de calor em dois sistemas distintos a saber: sistema água-óleo, com aplicação no bombeamento de fluidos muito viscosos, e sistema querosene-água, com aplicação na proteção contra incrustações e corrosão em trocadores de calor. Obtém-se resultados gráficos e númericos para temperaturas médias, números de Nusselt e calor total transferido. Procura-se, portanto, estabelecer a influência da espessura do fluido mais externo no perfil de temperatura em desenvolvimento, e em grandezas relacionadas, em duas situações bastante distintas: na primeira o fluido de menor ciscosidade e de maior condutividade encontra-se em contato com a parede do duto; na segunda, o fluido que entra em contato tem menor condutividade e maior viscosidade.

Venezianas térmicas constituídas por palhetas móveis ou máscaras rotativas sobre uma base irradiadora, são dispositivos de grande eficiência para o controle térmico de satélites artificiais. Este trabalho apresenta uma análise detalhada das características térmicas de uma veneziana térmica. O comportamento térmico da veneziana, definido em termos de sua emitância equivalente, é calculado para diferentes valores do ângulo de abertura das palhetas. Resultados experimentais obtidos com o ensaio do protótipo de uma veneziana térmica para uso espacial, apresentaram boa concordância com as previsões teóricas.

O presente trabalho tem por objetivo o estudo das características térmicas e a geração de entropia (irreversibilidades) de sistemas de tubos aletados utilizados em satélites artificiais. Para o estudo da radiação é utilizado o chamado "modelo de duas bandas", que permite uma análise fisicamente realista de sistemas radiantes, melhor que os modelos de corpos negros ou cinzas. A condução nas aletas é considerada acopladamente à radiação, como também a interação radiativa entre os tubos e a aleta. A formulação matemática do problema conduz a um sistema não linear de equações íntegro-diferenciais que é resolvido numericamente. São estudados vários tipos de sistemas (radiadores e coletores) variando-se parâmetros físicos e geométricos. A geração de entropia nas aletas, cuja origem é a transferência de calor nos componentes do equipamento, é quantificada e exemplos de um projeto otimizado, em relação às irreversibilidades, são dados.