Atualmente, existe uma grande variedade de metodologias de controle que poderiam ser utilizadas e aplicadas a processos industriais. Algumas destas metodologias têm um projeto complexo, exigindo um estudo extra de engenharia para projetar um controlador com um desempenho excelente. Outros controladores não apresentam um desempenho tão bom, embora apresentem um projeto extremamente simples. Entre a mais simples e a mais complexa metodologia, existem soluções de controle intermediárias, baseadas nas teorias de controle ótimo, que apresentam uma relativa simplicidade de projeto combinada com um desempenho superior. A presente tese apresenta a aplicação de duas técnicas de controle aplicadas a uma Rede de Trocadores de Calor (RTC) com bypasses: o controle LQR (Regulador Linear Quadrático) e o controle H-Infinito, apresentando os resultados obtidos em simulação no Matlab/Simulink e também resultados experimentais. Além disso, foi desenvolvido um procedimento para a validação experimental de um modelo matemático do trocador de calor casco e tubo 1-1 proposto por NOVAZZI (2006). A obtenção dos resultados experimentais foi realizada através de uma RTC em escala piloto, projetada e construída no Laboratório de Engenharia Química do Centro Universitário da FEI, com a instrumentação necessária e devidamente interconectada a um computador PC através de uma placa de aquisição de dados. A simulação e os ensaios experimentais realizados com os controladores LQR e H-Infinito aplicados na RTC apresentaram resultados adequados quando comparados à dinâmica da RTC em malha aberta (600s.), pois exigiram em torno de 200s. para impor uma mudança de setpoint ou rejeitar os distúrbios aplicados na vazão fria e na temperatura quente de entrada. Além disso, os controladores foram capazes de eliminar as interações entre as variáveis de processo. / Nowadays, there are a lot of different control methodologies that could be used on industrial processes. Some of these methodologies have a complex design and also demands an extra engineering effort to design the controller with a superior performance. Some other controllers may not lead to a desirable performance although they are too easy to design. Midway between the simplest and the most complex controller designs, there are an intermediate solutions based on optimal control theory, that present a relative simplicity in design combined with a superior performance. The contribution of this work is to apply the LQR control (Linear Quadratic Regulator) and the H-Infinity control on a Heat Exchanger Network (HEN) with bypasses, presenting the simulations and the experimental results. An experimental validation of the shell and tube heat exchanger mathematical model was successfully developed based on a procedure proposed. The experimental results were obtained with an HEN assembled on the Chemical Engineering Laboratory located at Centro Universitario da FEI. The instrumentation was adequately performed and the signals were interconnected on PC computer by using a data acquisition card. The simulation and the experimental results with the LQR and the H-Infinity control demanded 200s. to achieve a new steady state hen disturbances or set point variation were applied on the HEN. Compared with the HEN setting time (600s.), the controllers demonstrated reasonable results to perform a disturbance rejection and a set point variation.

O principal objetivo do trabalho foi o desenvolvimento de um modelo matemático de um pasteurizador a placas visando a determinação da distribuição de temperatura e de letalidade ao longo dos canais do trocador de calor em todas as suas seções, nas conexões tubulares e no tubo de retenção para a avaliação do decaimento logarítmico da concentração de um microorganismo alvo ou da atividade de uma enzima alvo em um processo de pasteurização contínua. A modelagem matemática foi composta pelo balanço diferencial de energia e letalidade nos canais do trocador, no tubo de retenção e nas suas conexões, levando em conta a perda de calor para o ambiente nos tubos. O modelo construído apresentou um conjunto de equações diferenciais ordinárias de primeira ordem e sua resolução foi feita pelo método das diferenças finitas usando o software gPROMS. Um estudo de caso foi analisado e a modelagem descreveu de forma coerente o processo térmico e a letalidade e futuramente ela poderá ser utilizada para a otimização do processo de pasteurização em trocadores de calor a placas, visando a obtenção de produtos seguros e de alta qualidade. A verificação do processo de pasteurização que o modelo desenvolvido contempla foi realizada a partir da validação experimental utilizando um integrador tempo-temperatura e ensaios laboratoriais com indicador enzimático (fosfatase alcalina em tampão fosfato), que mostraram que o modelo desenvolvido se aproxima de maneira satisfatória dos resultados reais. / The main objective of this study was to develop a mathematical model in a plate pasteurizer in order to determine the temperature and lethality distribution along the channels of the heat exchanger in all its sections, in tubular connections and holding tube evaluating the logarithmic decay in concentration of a target microorganism or enzyme activity in a continuous pasteurization process. Mathematical modeling was composed of the differential energy balance and lethality in the channels of the exchanger, the holding tube and its connections, taking into account the heat loss to the environment in the tubes. The constructed model presented a set of ordinary differential equations of first order and its resolution was made by the finite difference method using the gPROMS software. A case study was analyzed and the modeling described the thermal and the lethality process very well and in the future it can be used to optimize the process of pasteurization in plate heat exchangers, aiming the achievement of safe and with high quality products. A verification of the pasteurization process that the model developed contemplates has been performed based on experimental validation using time-temperature integrator and testing with enzymatic indicator (alkaline phosphatase in phosphate buffer), which showed that the model developed satisfactorily approximates the actual results.

Nas últimas décadas a soldagem em estado sólido vem se demonstrando como uma ótima alternativa perante os métodos tradicionais de união, os quais envolvem fusão dos materiais. O presente trabalho avalia a aplicação de um novo processo de união em estado sólido, a soldagem híbrida por difusão através de fricção (Hybrid Friction Diffusion Bonding - HFDB). O HFDB pode ser utilizado na união entre chapas finas ou também de chapas finas em substratos de materiais similares ou dissimilares. Através de calor e pressão os mecanismos de difusão são ativados gerando a união entre os materiais. Uma variante do processo de HFDB padrão pode ser utilizada para a fabricação das uniões de tubos e flanges-tubo de trocadores de calor de tubo espiral produzidos em alumínio. Utilizando como materiais duas ligas de alumínio dissimilares da série 5XXX, as amostras foram soldadas e caracterizadas. Visando a aplicação industrial do HFDB, o processo foi desenvolvido e sua viabilidade foi avaliada através de testes de estanqueidade, resistência à tração e análise metalográfica. Em seguida, visou-se a otimização dos parâmetros de soldagem (rotação, força axial e tempo de processo). Através de técnicas estatísticas de projeto de experimentos (DoE) os três fatores foram avaliados por meios de ensaios de tração para maximizar a resposta, limite de resistência. Investigações posteriores relacionadas aos mecanismos de união foram realizadas por meio da medição dos parâmetros de resposta, análise em microscópio ótico, aquisição de temperatura, espectroscopia de energia dispersiva de raios-x (EDX) e análise em elementos finitos (FEA). A primeira e mais importante premissa, a produção de soldas livres de vazamento, foi atingida. Em seguida, através da análise de uma equação de regressão e gráficos de superfície o conjunto de parâmetros otimizado – 1500 min-1 de rotação, 3 kN de força axial e 30 segundos de tempo de processo - atingiu resultados equivalentes a 95% de resistência quando comparados ao material base. O presente trabalho mostra que o processo de HFDB é promissor para aplicações industriais e indica vantagens perante os métodos tradicionais de união utilizados hoje na fabricação de trocadores de calor de alumínio. / In past few decades solid state welding has been demonstrating to be a great alternative compared to the traditional joining methods, which involve melting of the materials. This study evaluates the application of a new soliid state joining process called Hybrid Friction Diffusion Bonding (HFDB). The HFDB can be used to join thin plates or thin plates on substrates of similar or dissimilar materials. Through heat and pressure diffusion mechanisms are activated generating the bonding between the materials. A variant of the standard HFDB process can be used to manufacture tubes and tube-sheets of Coil-Wound Heat Exchangers made of aluminum. Using two dissimilar aluminum alloys from the 5XXX series, the samples were welded and characterized. Intending an industrial application of the HFDB, the process was developed and its feasibility was assessed by leak tightness tests, tensile strength tests and metallographic analysis. Subsequently, it was aimed to optimize the welding parameters (speed, axial force and process time). Through statistical analysis of design of experiments (DoE), the three factors were evaluated by tensile tests to maximize the response, ultimate tensile stress. Further investigation related to bonding mechanisms were carried out by measuring the response parameters, optical microscope analysis, temperature acquisition, energy dispersive x-ray spectroscopy (EDX) and finite element analysis (FEA). The first and most important target, the production of leakage free welds was achieved. Then, through the analysis of a regression equation and surface plots, the optimized parameter set – 1500 min-1 of rotational speed, 3kN of Axial force and 30 seconds of process time - achieved 95% of resistance when compared to the base material. This study shows that the HFDB process is very promising for industrial applications and indicates advantages compared to the traditional joining methods used today to manufacture aluminum heat exchangers.

Uma alternativa à utilização de tubos de alto custo, resistentes a erosão por partículas sólidas, nos trocadores de calor ar/gases de usinas termelétricas a carvão, é o revestimento por aspersão térmica com ligas especiais de média a alta dureza. Dentre os processos de aspersão térmica, os mais usualmente empregados para a deposição de revestimentos contra desgaste são por HVOF (High-Velocity Oxyfuel), PS (Plasma Spraying) e AS (Arc Spraying). O processo aspersão térmica a arco (AS) propicia alta produtividade devido a uma maior taxa de deposição quando comparado com os outros processos, além do custo operacional significantemente mais baixo para a fabricação de revestimentos. Neste trabalho, foram depositadas por AS quatro ligas metálicas contra o desgaste erosivo a base de carboneto de tungstênio, superligas de níquel, ligadas ao boro e aço inoxidável martensítico em comparação ao aço ASTM 178 grau A, o qual é atualmente empregado nos tubos do trocador de calor. A avaliação foi feita a partir de ensaios de erosão acelerada (norma ASTM G76), metalografia e MEV. Verificou-se que o comportamento dos revestimentos contendo grande quantidade de defeitos, principalmente porosidade, quando expostos ao desgaste acelerado numa temperatura de 370°C, apresentaram uma maior taxa de desgaste em relação ao aço ASTM A178, e que o melhor comportamento dentre as ligas analisadas foi do aço inoxidável AISI 420 aspergido, o qual apresentou aproximadamente 2% de porosidade e um mecanismo de remoção de material predominantemente dúctil. / An alternative to using tubes of expensive materials, resistant to erosion by solid particles in air-gases heat exchangers of coal power plants, is the thermal spray coatings with special alloys of medium to high hardness. Among the thermal spray processes, the most commonly employed for coatings against wear are HVOF (High-Velocity Oxyfuel), PS (Plasma Spraying) and AS (Arc Spraying). The arc thermal spray process (AS) provides high productivity, due to a higher deposition rate compared to other processes, in addition to the significantly lower operational cost. In this study four different alloys were deposited to evaluate the erosive wear resistance in comparison to the ASTM 178 Grade A steel (currently employed in the tubes of the heat exchanger): 1) with basis of tungsten carbide, 2) nickel superalloys 3) alloyed to Boron, and 4) martensitic stainless steel. The evaluation was made from accelerated erosion tests (ASTM G76), OM, SEM and Vickers micro hardness tests. It was found that the behavior of coatings containing large amounts of defects, mainly porosity, when exposed to accelerated wearing in a temperature of 370 °C showed a higher wear rate than the ASTM A178 and that the best performance among the alloys sprayed was the stainless steel AISI 420, which showed about 2% of porosity and a material removal mechanism predominantly ductile.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:39Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-02-27Bitstream added on 2014-06-13T18:10:04Z : No. of bitstreams: 1 lima_rs_me_ilha.pdf: 1489215 bytes, checksum: ed4f819bbee11e72c48fb349bb496fc5 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Neste trabalho apresenta-se um modelo numérico para a simulação do escoamento transiente de fluidos refrigerantes ao longo de condensadores do tipo arame-sobre-tubo, comumente usados em refrigeradores domésticos que empregam o ciclo de compressão de vapor. A análise envolve o escoamento do fluido refrigerante no interior do tubo e a transferência de calor por convecção natural e radiação entre a superfície externa do tubo, as aletas em forma de arames cilíndricos e o ar externo. No interior do tubo o escoamento é considerado unidimensional e dividido em uma região monofásica de vapor superaquecido, uma região bifásica líquido-vapor e outra em que o refrigerante encontra-se no estado de líquido subresfriado. A queda de pressão no interior do tubo é também considerada. Na região bifásica o escoamento é considerado homogêneo, ou seja, são consideradas condições de equilíbrio térmico e hidrodinâmico entre as fases. Inicialmente, condições de regime permanente serão assumidas e posteriormente será analisada a resposta dinâmica do condensador às variações das condições de operação do sistema. A simulação do escoamento ao longo do condensador é obtida a partir da solução numérica das equações de conservação da massa, da quantidade de movimento e de conservação de energia. Para a parede do condensador, a equação de conservação de energia é resolvida para determinar a sua distribuição de temperatura. O método de Volumes Finitos é usado na discretização das equações governantes. O modelo permite a determinação, nos regimes permanente e transiente, das distribuições de pressão, título, temperatura do refrigerante e temperatura do tubo ao longo do condensador, em função da geometria do condensador e das condições de operação. O modelo proposto é analisado e os resultados obtidos são discutidos e comparados... / This work presents a numerical model to simulate the unsteady refrigerant fluid flow along wire-on-tube condensers, commonly used in vapor compression cycle based domestic refrigerators. The model considers the refrigerant flow inside the tube and the heat transfer from the outer surfaces of the wires and tubes to the surrounding air by free convection and radiation. The refrigerant flow along the condenser is divided into a vapor superheated singlephase region, a two-phase liquid-vapor flow region and a subcooled liquid region. The refrigerant pressure drop is taking into account. The homogeneous model is employed for the two-phase flow region, i.e. the hydrodynamic and thermal equilibrium between the phases are considered. Initially the steady state condition is considered and later condenser unsteady behavior is analyzed. The mass conservation, momentum and energy conservation equations for the refrigerant flow are solved in order to evaluate the distributions of mass flux, pressure and temperature of the refrigerant fluid, respectively. Also, the energy conservation equation for the tube wall is solved to determine the wall temperature distribution. The system of differential equations is solved using the Finite Volume method. The model is analyzed and the obtained results are compared with data available in the open literature.

Uma alternativa à utilização de tubos de alto custo, resistentes a erosão por partículas sólidas, nos trocadores de calor ar/gases de usinas termelétricas a carvão, é o revestimento por aspersão térmica com ligas especiais de média a alta dureza. Dentre os processos de aspersão térmica, os mais usualmente empregados para a deposição de revestimentos contra desgaste são por HVOF (High-Velocity Oxyfuel), PS (Plasma Spraying) e AS (Arc Spraying). O processo aspersão térmica a arco (AS) propicia alta produtividade devido a uma maior taxa de deposição quando comparado com os outros processos, além do custo operacional significantemente mais baixo para a fabricação de revestimentos. Neste trabalho, foram depositadas por AS quatro ligas metálicas contra o desgaste erosivo a base de carboneto de tungstênio, superligas de níquel, ligadas ao boro e aço inoxidável martensítico em comparação ao aço ASTM 178 grau A, o qual é atualmente empregado nos tubos do trocador de calor. A avaliação foi feita a partir de ensaios de erosão acelerada (norma ASTM G76), metalografia e MEV. Verificou-se que o comportamento dos revestimentos contendo grande quantidade de defeitos, principalmente porosidade, quando expostos ao desgaste acelerado numa temperatura de 370°C, apresentaram uma maior taxa de desgaste em relação ao aço ASTM A178, e que o melhor comportamento dentre as ligas analisadas foi do aço inoxidável AISI 420 aspergido, o qual apresentou aproximadamente 2% de porosidade e um mecanismo de remoção de material predominantemente dúctil. / An alternative to using tubes of expensive materials, resistant to erosion by solid particles in air-gases heat exchangers of coal power plants, is the thermal spray coatings with special alloys of medium to high hardness. Among the thermal spray processes, the most commonly employed for coatings against wear are HVOF (High-Velocity Oxyfuel), PS (Plasma Spraying) and AS (Arc Spraying). The arc thermal spray process (AS) provides high productivity, due to a higher deposition rate compared to other processes, in addition to the significantly lower operational cost. In this study four different alloys were deposited to evaluate the erosive wear resistance in comparison to the ASTM 178 Grade A steel (currently employed in the tubes of the heat exchanger): 1) with basis of tungsten carbide, 2) nickel superalloys 3) alloyed to Boron, and 4) martensitic stainless steel. The evaluation was made from accelerated erosion tests (ASTM G76), OM, SEM and Vickers micro hardness tests. It was found that the behavior of coatings containing large amounts of defects, mainly porosity, when exposed to accelerated wearing in a temperature of 370 °C showed a higher wear rate than the ASTM A178 and that the best performance among the alloys sprayed was the stainless steel AISI 420, which showed about 2% of porosity and a material removal mechanism predominantly ductile.

Nas últimas décadas a soldagem em estado sólido vem se demonstrando como uma ótima alternativa perante os métodos tradicionais de união, os quais envolvem fusão dos materiais. O presente trabalho avalia a aplicação de um novo processo de união em estado sólido, a soldagem híbrida por difusão através de fricção (Hybrid Friction Diffusion Bonding - HFDB). O HFDB pode ser utilizado na união entre chapas finas ou também de chapas finas em substratos de materiais similares ou dissimilares. Através de calor e pressão os mecanismos de difusão são ativados gerando a união entre os materiais. Uma variante do processo de HFDB padrão pode ser utilizada para a fabricação das uniões de tubos e flanges-tubo de trocadores de calor de tubo espiral produzidos em alumínio. Utilizando como materiais duas ligas de alumínio dissimilares da série 5XXX, as amostras foram soldadas e caracterizadas. Visando a aplicação industrial do HFDB, o processo foi desenvolvido e sua viabilidade foi avaliada através de testes de estanqueidade, resistência à tração e análise metalográfica. Em seguida, visou-se a otimização dos parâmetros de soldagem (rotação, força axial e tempo de processo). Através de técnicas estatísticas de projeto de experimentos (DoE) os três fatores foram avaliados por meios de ensaios de tração para maximizar a resposta, limite de resistência. Investigações posteriores relacionadas aos mecanismos de união foram realizadas por meio da medição dos parâmetros de resposta, análise em microscópio ótico, aquisição de temperatura, espectroscopia de energia dispersiva de raios-x (EDX) e análise em elementos finitos (FEA). A primeira e mais importante premissa, a produção de soldas livres de vazamento, foi atingida. Em seguida, através da análise de uma equação de regressão e gráficos de superfície o conjunto de parâmetros otimizado – 1500 min-1 de rotação, 3 kN de força axial e 30 segundos de tempo de processo - atingiu resultados equivalentes a 95% de resistência quando comparados ao material base. O presente trabalho mostra que o processo de HFDB é promissor para aplicações industriais e indica vantagens perante os métodos tradicionais de união utilizados hoje na fabricação de trocadores de calor de alumínio. / In past few decades solid state welding has been demonstrating to be a great alternative compared to the traditional joining methods, which involve melting of the materials. This study evaluates the application of a new soliid state joining process called Hybrid Friction Diffusion Bonding (HFDB). The HFDB can be used to join thin plates or thin plates on substrates of similar or dissimilar materials. Through heat and pressure diffusion mechanisms are activated generating the bonding between the materials. A variant of the standard HFDB process can be used to manufacture tubes and tube-sheets of Coil-Wound Heat Exchangers made of aluminum. Using two dissimilar aluminum alloys from the 5XXX series, the samples were welded and characterized. Intending an industrial application of the HFDB, the process was developed and its feasibility was assessed by leak tightness tests, tensile strength tests and metallographic analysis. Subsequently, it was aimed to optimize the welding parameters (speed, axial force and process time). Through statistical analysis of design of experiments (DoE), the three factors were evaluated by tensile tests to maximize the response, ultimate tensile stress. Further investigation related to bonding mechanisms were carried out by measuring the response parameters, optical microscope analysis, temperature acquisition, energy dispersive x-ray spectroscopy (EDX) and finite element analysis (FEA). The first and most important target, the production of leakage free welds was achieved. Then, through the analysis of a regression equation and surface plots, the optimized parameter set – 1500 min-1 of rotational speed, 3kN of Axial force and 30 seconds of process time - achieved 95% of resistance when compared to the base material. This study shows that the HFDB process is very promising for industrial applications and indicates advantages compared to the traditional joining methods used today to manufacture aluminum heat exchangers.

Atualmente, existe uma grande variedade de metodologias de controle que poderiam ser utilizadas e aplicadas a processos industriais. Algumas destas metodologias têm um projeto complexo, exigindo um estudo extra de engenharia para projetar um controlador com um desempenho excelente. Outros controladores não apresentam um desempenho tão bom, embora apresentem um projeto extremamente simples. Entre a mais simples e a mais complexa metodologia, existem soluções de controle intermediárias, baseadas nas teorias de controle ótimo, que apresentam uma relativa simplicidade de projeto combinada com um desempenho superior. A presente tese apresenta a aplicação de duas técnicas de controle aplicadas a uma Rede de Trocadores de Calor (RTC) com bypasses: o controle LQR (Regulador Linear Quadrático) e o controle H-Infinito, apresentando os resultados obtidos em simulação no Matlab/Simulink e também resultados experimentais. Além disso, foi desenvolvido um procedimento para a validação experimental de um modelo matemático do trocador de calor casco e tubo 1-1 proposto por NOVAZZI (2006). A obtenção dos resultados experimentais foi realizada através de uma RTC em escala piloto, projetada e construída no Laboratório de Engenharia Química do Centro Universitário da FEI, com a instrumentação necessária e devidamente interconectada a um computador PC através de uma placa de aquisição de dados. A simulação e os ensaios experimentais realizados com os controladores LQR e H-Infinito aplicados na RTC apresentaram resultados adequados quando comparados à dinâmica da RTC em malha aberta (600s.), pois exigiram em torno de 200s. para impor uma mudança de setpoint ou rejeitar os distúrbios aplicados na vazão fria e na temperatura quente de entrada. Além disso, os controladores foram capazes de eliminar as interações entre as variáveis de processo. / Nowadays, there are a lot of different control methodologies that could be used on industrial processes. Some of these methodologies have a complex design and also demands an extra engineering effort to design the controller with a superior performance. Some other controllers may not lead to a desirable performance although they are too easy to design. Midway between the simplest and the most complex controller designs, there are an intermediate solutions based on optimal control theory, that present a relative simplicity in design combined with a superior performance. The contribution of this work is to apply the LQR control (Linear Quadratic Regulator) and the H-Infinity control on a Heat Exchanger Network (HEN) with bypasses, presenting the simulations and the experimental results. An experimental validation of the shell and tube heat exchanger mathematical model was successfully developed based on a procedure proposed. The experimental results were obtained with an HEN assembled on the Chemical Engineering Laboratory located at Centro Universitario da FEI. The instrumentation was adequately performed and the signals were interconnected on PC computer by using a data acquisition card. The simulation and the experimental results with the LQR and the H-Infinity control demanded 200s. to achieve a new steady state hen disturbances or set point variation were applied on the HEN. Compared with the HEN setting time (600s.), the controllers demonstrated reasonable results to perform a disturbance rejection and a set point variation.

Proteínas de membrana estão envolvidas em processos fisiológicos essenciais como, por exemplo, a manutenção do equilíbrio iônico e sinalização intracelular. No entanto, apesar do envolvimento em inúmeros processos fisiológicos e de grande interesse farmacêutico, o estudo estrutural de proteínas de membrana ainda é um processo custoso e muito mais complexo do que o estudo estrutural de proteínas solúveis. Os trocadores de Na+/Ca2+ são proteínas de membrana que atuam na manutenção da homeostase de Ca2+ intracelular e estão envolvidos em processos patológicos como doenças cardíacas. Estes trocadores estão presentes em diversas espécies de mamíferos (NCX) e insetos, por exemplo, na mosca Drosophila melanogaster (CALX). A topologia destas proteínas é constituída de dois domínios. O domínio transmembranar, que contém dois segmentos de 5 hélices transmembranares (TMH) e é responsável por promover o transporte específico de íons Ca2+ e Na+ através da membrana, e o domínio citoplasmático, responsável por regular a atividade do trocador. O domínio citoplasmático consiste de uma alça que contém dois domínios sensores de Ca2+ intracelular (CBD1 e CBD2). Trabalhos mostraram que o trocador CALX é inibido pela ligação de Ca em CBD1, enquanto que trocadores NCX são ativados. As regiões citosólicas que conectam CBD1 e CBD2 à TMH5 e TMH6 são conservadas e ainda não foram caracterizadas estruturalmente. Adjacente à TMH5 há um segmento anfipático, denominado exchanger inhibitory peptide (XIP), que está envolvido no mecanismo de regulação do trocador. Na ausência de dados estruturais do CALX completo, o estudo de TMH5-XIP poderá aumentar a compreensão sobre a estrutura e o funcionamento do trocador. A construção TMH5-XIP foi fusionada à MBP no N-terminal e a uma sequência de 8 histidinas no C-terminal. Apesar da expressão da proteína de fusão ter sido bem sucedida, problemas de precipitação e ineficiência durante a clivagem da conexão com a MBP impediram a conclusão dos estudos estruturais. Logo, uma construção menor, contendo apenas a região equivalente ao XIP, foi estudada por espectroscopia de RMN em solução e dicroísmo circular. XIP forma uma 310-hélice a baixa temperatura, 7 oC, que se desestabiliza a maior temperatura, 27 oC. Estes dados permitem a formulação de hipóteses sobre o papel de XIP no mecanismo de regulação do domínio transmembranar de CALX. / Membrane proteins are involved in essential physiological processes such as maintenance of the ionic balance and intracellular signaling. However, despite their role in numerous physiological processes of well-recognized pharmaceutical relevance, structural studies of membrane proteins remain being more complex than structural studies of globular proteins. Na+/Ca2+ exchangers (NCX) are membrane proteins that play essential roles in the maintenance of the intracellular Ca2+ homeostasis. Not surprisingly, the NCXs are involved in pathologies such as heart diseases. These exchangers are present in several species of mammals (NCX) and insects, for example, in the fly Drosophila melanogaster (CALX). The topology of these proteins consists of a transmembrane and a hydrophilic domain. The transmembrane domain corresponds to two segments of 5 transmembrane helices (TMH) forming a 10-helix bundle that is responsible for the specific transport of Ca2+ and Na+ across the cellular membrane. The hydrophilic domain is composed of a large cytoplasmic loop, which is associated with the regulation of the ion exchange activity of the transmembrane domain. The loop contains two Ca2+-sensors domains, CBD1 and CBD2, and uncharacterized regions. Studies showed that Ca2+ binding to CBD1 inhibits the CALX, whereas it activates the NCX. The juxtamembrane cytosolic regions linking the CBD1 and CBD2 domains to the TMH5 and TMH6, respectively, are highly conserved but have not yet been structurally characterized. The segment near TMH5 is amphipathic, and it is also called exchanger inhibitory peptide (XIP). In the absence of a three-dimensional structure of the complete CALX, the study of TMH5-XIP may contribute to our understanding of the structure and operation of the exchanger. In order to study TMH5-XIP, it was fused to an MBP tag at the N-terminus, and to a sequence of 8 histidines at the C-terminus. Although the expression of the fusion protein was successful, precipitation and inefficient MBP-tag cleavage prevented the isolation of pure TMH5-XIP for structural studies. Hence, a smaller construct, containing only the region equivalent to XIP, was studied by NMR spectroscopy in solution and circular dichroism. The structure assumed by XIP in solution is temperature dependent, being intrinsically disordered at 27 C or a 310-helix at 7 C, respectively. These findings allowed us to infer how XIP could participate in the CALX regulation mechanism.

A pasteurização é um processo térmico para inativar micro-organismos patogênicos e deterioradores em alimentos líquidos. O controle do processo é fundamental para a manutenção da temperatura de pasteurização, de forma que a modelagem dinâmica se torna útil no desenvolvimento, nos testes de controladores e nos procedimentos de operação. O objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento e a validação experimental da modelagem dinâmica de um pasteurizador a placas com três seções de troca térmica para estudar sua operação em regime transiente. A modelagem consiste em balanços diferenciais de energia entre canais e placas do trocador, perda de calor para o ambiente do tubo de retenção e conexões e as respectivas condições iniciais e de contorno. Os coeficientes de troca térmica do equipamento foram determinados experimentalmente. Na simulação foram adotados métodos de diferenças finitas e a resolução matemática foi realizada através do software gPROMS. O modelo foi aplicado para representar o comportamento de um pasteurizador a placas de escala laboratorial (Armfield FT43A), operando em duas condições: sem e com a influência da incrustação na seção de aquecimento do trocador. Para a validação do modelo foram realizados ensaios experimentais da partida e de perturbação das vazões de alimentação do processo. Foram inseridos termopares em diversos pontos do equipamento e as temperaturas foram registradas com um sistema de aquisição de dados. Para estudar a influência da incrustação na pasteurização, foram realizados ensaios experimentais com dois tipos de leite para se ter alta e baixa incrustação. As placas do trocador foram pesadas e fotografadas antes e depois dos ensaios de incrustação para avaliar o depósito formado. Foram utilizados modelos genéricos de incrustação para a simulação desse efeito sobre o processo de pasteurização. Através da comparação dos resultados experimentais e simulados foi verificada que a modelagem matemática para a operação transiente do processo de pasteurização analisado foi muito satisfatória. / Pasteurization is a thermal process used to inactivate pathogenic and deteriorative microorganisms in liquid foods. Process control is essential for the temperature maintenance of pasteurization, so that the dynamic model is an important tool in the development, controller tests, and also in the procedure of operation. The aim of this work was the development and experimental validation of the dynamic model of a plate pasteurizer with three sections of heat exchange studying the transient state operation. The model consists of differential equations of thermal energy balance between channels and plates of heat exchanger, heat loss to the environment of the holding tube and connections and their respective initial and boundary conditions. The heat transfer coefficients of plate heat exchanger and tubes were determined experimentally. In the simulation, finite difference methods were adopted and the math solving was performed using the gPROMS software. The model was applied to represent the behavior of a plate pasteurizer in laboratory scale (Armfield FT43A), operating in two conditions: free of fouling and with fouling influence on the heating section of the heat exchanger. Experimental tests of the start-up and of disturbances in flow rates of the process were performed for the model validation. Thermocouples were inserted at various points of the equipment and the temperatures were recorded with a data acquisition system. In order to study the influence of the fouling, experimental tests were performed with two kinds of milk to obtain high and low fouling. Plates of the heat exchanger were weighed and photographed before and after of the fouling tests for evaluate the deposit formed. Generic models of fouling were used to simulate the effect of fouling on the pasteurization process. Through the comparison of experimental and simulated results, it was verified that the mathematical modeling for the transient operation of the pasteurization process was very satisfactory.