Orientador: Munemasa Machida / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-17T22:07:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Arsioli_BrunoSversut_M.pdf: 7832170 bytes, checksum: 4c771ec7e75b395d3088ed5f46d63820 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O desenvolvimento deste trabalho ocorreu em duas frentes distintas relacionadas à grande área de pesquisa: Fusão Termonuclear Controlada em dispositivos do tipo tokamak. A primeira fase abordou estudos de espectroscopia, tendo como principal motivação o aprimoramento dos métodos de medida e tratamento de dados na área de diagnósticos de plasmas quentes. Os trabalhos consistem no diagnóstico por espectroscopia na região do ultravioleta do vácuo (UVV), realizados nos tokamaks TCABr-USP (Lab. Plasmas USP) e Nova-Unicamp (Lab. de Plasmas IFGW-UNICAMP), e concentraram-se na utilização do detector multicanal do tipo MCP-CCD, acoplado a um espectr ômetro de grade simples McPherson-225 operando na região espectral de 500 a 3200 °A, buscando ordens superiores de difração para o cálculo da temperatura iônica (Ti) via medida do alargamento Doppler (??D). A ideia para o cálculo da Ti é a utilização da relação entre os sinais de ordens superiores de difração (OSD), a fim de reduzir a influência do alargamento instrumental no cálculo do parâmetro ??D, do qual depende a medida de Ti. Também foram coletados dados com fotomultiplicadora, explorando a possibilidade de registrar a evolução temporal (com resolução de 1ms) da intensidade das emissões de algumas das principais impurezas presentes no plasma. Numa segunda fase, realizaram-se estudos do aquecimento do plasma por meio de injeção de partícula neutras (IPN) de alta energia (42-93 keV) no tokamak ASDEX Upgrade (Max-Planck-Institut fur Plasmaphysik; Garching- Alemanha). Tal atividade foi desenvolvida dentro do programa de mestrado em fusão nuclear da União Europeia, ErasmusMundus Fusion-EP, que esteve sob orientação de Dr. Ryter Fran¸cois, e supervisão de Prof. Dr. Stroth Ulrich (Universitat Stuttgart) e Jose Ramon Martin Solis (Universidad Carlos III de Madrid). O tokamak ASDEX Upgrade geralmente opera com plasma de Deutério, sendo a Injeção de Partículas Neutras de Deutério (IPN-D) a principal forma de aquecimento. Para este esquema de operação usual, os perfis de deposição de energia do feixe, ao longo da direção radial, foram extensivamente documentados por meio de cálculos com o código computacional FAFNER. Formulas gerais para os principais parâmetros relacionados à potência depositada e confinamento dos íons rápidos foram desenvolvidas e são rotineiramente utilizadas. No entanto, plasmas de Hélio aquecido por injeção de hidrogênio (IPN-H) e deutério (IPN-D), ocasionalmente são utilizados no ASDEX Upgrade. Uma das motivações para o estudo desse cenário reside na possibilidade de operação do ITER com plasma de hélio, ao menos na fase inicial de baixa ativação. Tal escolha permitiria comissionar os sistemas de controle e diagnóstico sem a necessidade de ativação radioativa das estruturas que compõe o reator, já que as taxas de fusão nuclear seriam mínimas. Até então, a documentação da deposição de potência por IPN em plasma de hélio no tokamak ASDEX Upgrade ainda não havia sido realizada. O objetivo do presente trabalho é a documentação das propriedades de aquecimento por IPN-H e IPN-D em plasma de hélio, utilizando o código FAFNER, sendo de grande interesse viabilizar o uso de uma nova base de dados chamada ADAS. Esta, contém tabelas com coeficientes de atenuação ?s??i adicionais, permitindo levar em conta a presença de átomos excitados no feixe de partículas neutras interagindo com o plasma, o que tem impacto direto sobre a deposição de potência por IPN / Abstract: The development of the present work has happened in two frames strictly related with the research on Thermonuclear Fusion in tokamaks. The first phase was dedicated to studies with spectroscopy, which had as main motivation the development of measurement and data treatment methods concerning hot plasmas diagnostic. Basically, it consisted in UV spectroscopic measurements carried on at TCABr-USP (Lab. Plasmas USP - São Paulo, Brazil) and Nova-Unicamp (Lab. de Plasmas do IFGW-UNICAMP - Campinas, Brazil) tokamaks. The activities were concentrated on the use of a multichannel detector MCP-CCD type, coupled with a single grating spectrometer McPherson-225, allowing VUV spectroscopy at the 500 - 3200°A spectra. The main objective was to look for signals of high diffraction orders aiming to calculate ion temperature via Doppler broadening (??D). The idea for getting precise Ti measurements was to make a relation between high diffraction order (HDO) signals to reduce the influence of the instrumental broadening, which has been accomplished with success. A series of data with photomultiplier was collected at the UV region, exploring the possibility of getting the time evolution of the emission intensity of the main impurities from the plasma. All work carried out on spectroscopy in small size experiments like NOVA tokamak are of great importance. In a second phase, studies related with plasma heating by Neutral Beam Injection (NBI) 42-93 keV were carried out in ASDEX Upgrade tokamak (at Max-Planck-Institut fur Plasmaphysik; Garching-Germany). This activity was developed in the frame of European Union Master Program, ErasmusMundus Fusion-EP, oriented by Dr. Ryter Fran¸cois, and supervised by Prof. Dr. Stroth Ulrich (Universitat Stuttgart) and Prof. Dr.Jose Ramon Martin Solis (Universidad Carlos III de Madrid). The ASDEX Upgrade tokamak is generally operated in deuterium plasma with deuterium Neutral Beam Injection (D-NBI) as main heating. For this usual operation scheme, the heating power deposition has been extensively documented by calculations with the code FAFNER. General fit formulas for the most important parameters related to the power deposition and fast ion content have been developed and are routinely used. However, helium plasmas heated by H-NBI or D-NBI are also occasionally performed in ASDEX Upgrade. One of the motivation for using helium resides in the fact that the low activation phase of ITER might be, at least partly, carried out in helium plasmas. So far, the documentation of the NBI deposition in helium plasmas in ASDEX Upgrade has not been made. The aim of the present work was to document the heating properties of H-NBI and D-NBI for helium plasmas, using the FAFNER code, being of great interest to get FAFNER running with new libraries (ADAS) for the calculation of the stopping rate coefficients ?s??i, allowing to evaluate the influence of excited atoms in the neutral beam. The final goal was to provide a reliable estimate of the main quantities linked to NBI heating in a set of helium discharges, in particular absorbed power, fast ion losses and fast ion energy content / Mestrado / Física de Plasmas e Descargas Elétricas / Mestre em Física

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:41:57Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:04:43Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O 68Ga é um radionuclídeo promissor para a medicina nuclear, decaindo por emissão de pósitrons com abundância de 89%, apresentando tempo de meia vida física de 68 minutos, o que é compatível com a farmacocinética de muitas biomoléculas e substratos de baixo peso molecular. Outra característica importante é a sua disponibilidade por um sistema de gerador, onde o radionuclídeo pai, 68Ge (t1/2 = 270,95 dias) é adsorvido em uma coluna e o filho, 68Ga, é eluído na forma iônica 68Ga3+. O desenvolvimento dos geradores de 68Ge/68Ga teve início na década dos anos 60, mas o seu uso clínico começou a ser aceitável e relevante apenas recentemente. O método de separação do 68Ge do 68Ga mais utilizado é o sistema cromatográfico de troca iônica, devido sua praticidade de operação, mas outros sistemas de geradores já foram propostos, como de extração por solvente e técnica de evaporação. Atualmente, os geradores de 68Ge/68Ga são disponíveis comercialmente tanto com colunas utilizando matrizes inorgânicas preparadas com TiO2 ou SnO2 como também usando resina orgânica. A eficiência de eluição do 68Ga varia de 70 % a 80 %, apresentando uma queda ao longo do tempo. Os níveis de contaminação do 68Ge vão de 10-2 a 10-3 %, porém ocorre um aumento nos níveis de contaminação após longos períodos de uso. Mesmo com todos os avanços tecnológicos, ocorridos nas últimas décadas, no desenvolvimento dos geradores de 68Ge/68Ga, o eluato de 68Ga dos geradores comerciais ainda não é adequado para uso direto em seres humanos e algumas melhorias nos sistemas precisam ser feitas para diminuir os níveis de contaminação de 68Ge e impurezas químicas. O objetivo principal deste trabalho foi desenvolver um sistema de gerador de 68Ge/68Ga com o qual se pudesse eluir o 68Ga com qualidade necessária para uso clínico. O comportamento químico do Ge e do Ga foi avaliado em vários materiais adsorvedores inorgânicos. Foram desenvolvidos dois tipos de sistemas de geradores de 68Ge/68Ga utilizando o TiO2 como material adsorvedor: sistema de eluição com pressão manual e sistema de eluição a vácuo, controlado. As eficiências dos geradores foram similares às encontradas nos geradores comerciais, assim como os níveis de impurezas no eluato. Um novo método para o controle radionuclídico foi desenvolvido e apresentou resultados satisfatórios para determinação da contaminação do 68Ge no eluato do gerador. Foi proposto um protótipo de gerador capaz de fornecer 68Ga com a qualidade necessária para ser utilizado em aplicações médicas. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Orientador: Marco Antonio Robert Alves / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-09T17:44:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tirolli_MarceloNogueira_M.pdf: 2758197 bytes, checksum: 08f6e633be3e083c0e72c41959dd296d (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Este trabalho tem como objetivo o estudo do comportamento elétrico de uma ponteira de emissão de campo, modelada na forma de um hemisfério sobre um poste, através de recursos computacionais (simulações). Escolhemos o software comercial Ansys, que utiliza o método dos elementos finitos nas análises dos fenômenos físicos para obtenção do campo elétrico na superfície da ponteira. Em seguida, foi desenvolvido também um programa computacional que realiza o cálculo da corrente de emissão baseado na teoria de emissão de campo de Fowler-Nordheim (F-N). Para calcular a corrente, o programa faz uso dos resultados das simulações do campo elétrico obtidos no software Ansys. Apresentamos também os resultados da influência que as dimensões como o raio de curvatura do hemisfério, a altura da ponteira e a distância entre anodo e catodo exercem sobre o comportamento do campo elétrico, da corrente de emissão e de outras grandezas físicas que envolvem emissão de campo / Abstract: This work aims to study the electrical behavior of a field emission tip, shaped in the form hemisphere on a post, through computational resources (simulations). We chose the Ansys commercial software that uses the finite element methods in the analyses of the physical phenomena to obtain the electric field in the surface of the tip. After that, a computational program was also developed to perform the calculation of emission current based on Fowler-Nordheim (F-N) field emission theory. To calculate the current, the program uses the results of the electric field simulations gotten in Ansys software. We also show the results of influences that dimensions such as the hemisphere curvature radius, the height of the tip and the distance between anode and cathode exert on the behavior of the electric field, emission current and other physical quantities that involve field emission / Mestrado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Marco Antonio Robert Alves, Gilberto Medeiros Ribeiro / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-11T09:04:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fiorentini_GiovanniAlessandro_M.pdf: 8940577 bytes, checksum: aa3711a9b5e0821a30c942ef0760c8f7 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: O crescimento epitaxial de nanoestruturas semicondutoras e metálicas é algo de grande interesse atualmente em ciência e tecnologia devido às propriedades singulares apresentadas pela matéria na escala nanométrica. Esta dissertação teve como objetivo principal a construção de um sistema de crescimento epitaxial baseado na técnica de epitaxia por feixe molecular (MBE, do inglês Molecular Beam Epitaxy). Inicialmente, aspectos básicos sobre a física e a tecnologia envolvidas em um sistema de MBE foram analisados. O que é MBE e quais são os princípios que governam seu funcionamento são perguntas intrigantes a um aluno do curso de engenharia elétrica. No decorrer do trabalho, todo o complexo sistema vácuo (bombeamento e monitoramento) teve de ser cuidadosamente montado e ajustado até que se obtivesse as condições ótimas de trabalho dados os componentes disponíveis bem como suas características e limitações. Conceitos teóricos e práticos foram aplicados de forma a tornar o sistema o mais simples, eficiente e amigável possível. As evaporadoras por feixe de elétrons foram montadas, testadas e ajustadas até que se pudesse alcançar os parâmetros de funcionamento desejados para estes dispositivos tão importantes dentro de um sistema de MBE. Toda a instrumentação envolvida no acionamento e no monitoramento destas fontes foi desenvolvido com base em conceitos simples de eletrônica analógica e, em alguns momentos, digital, além de soluções de software, sempre usando LabView. Os resultados do trabalho de construção do sistema puderam ser caracterizados posteriormente de maneira a aferir a confiabilidade dos parâmetros utilizados e das amostras crescidas. Estes resultados foram baseados em técnicas de microscopia de varredura por pontas (SPM, do inglês Scanning Probe Microscopy), as quais forneceram informações detalhadas sobre as nanoestruturas formadas e as superfícies dos substratos, dados estes muito importantes e que podem ser utilizados como indicadores das codições de funcionamento do sistema de crescimento / Abstract: The epitaxial growth of semiconductor and metallic nanostructures is a target of great interest nowadays in science and technology due to the unique properties presented by the matter at the nanometer scale. This dissertation had as the main goal the construction of a system for epitaxial growth based on the Molecular Beam Epitaxy (MBE) technique. First of all, basic aspects about the physics and the technology involved in a MBE system were analyzed. What is MBE and what are the principles that govern its operation are intriguing questions for an electrical engineering student. During this work, the entire complex vacuum system (pumping and monitoring) had to be carefully mounted and adjusted until the optimum conditions were obtained for the available components as well as their characteristics and limitations. Theoretical and practical concepts were applied so that the system become as simple, efficient and friendly as possible. The electron beam evaporation sources were mounted, tested and adjusted until the desired working parameters for these important devices were achieved. The whole instrumentation involved in the driving and in the monitoring of these sources was developed based on simple concepts of analog and, in some cases, digital electronics, besides software solutions, always using LabView. The performance of the system was evaluated by structural characterization using scanning probe microscopy techniques (SPM), which gave detailed information about the formed nanostructures and the substrates surfaces. These data can be used as indicators of the growth system operation conditions / Mestrado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Mestre em Engenharia Elétrica

Submitted by Edineia Teixeira (edineia.teixeira@unioeste.br) on 2017-09-05T14:43:57Z No. of bitstreams: 2 Bruna_Tavares2017.pdf: 2153442 bytes, checksum: ea6c6cfdeca0f49e80dfdd1246cc0ea3 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-05T14:43:57Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Bruna_Tavares2017.pdf: 2153442 bytes, checksum: ea6c6cfdeca0f49e80dfdd1246cc0ea3 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-02-20 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Kluyveromyces marxianus yeast has been arousing importance in the Biotechnology area due to its high metabolic diversity and high degree of polymorphism. Its potentialities have been under study for several applications such as enzymes production of great interest in the food industry such as β-galactosidases, β-glucosidase and polygalactosidase, in the production of aromatic compounds and higher alcohols such as phenyl ethanol, also in biorefineries to produce the second generation ethanol. This yeast has great interest due to bioethanol production and its ability on assimilating different carbohydrates from lignocellulosic biomass as well as its broad spectrum of thermotolerance. Cellulosic ethanol has been presented as a possibility for increasing yield in sugarcane mills and as one of the alternatives to decrease the crisis that affects this sector. Sugarcane biomass, just like all lignocellulosic material, is formed by three main fractions: cellulose, hemicellulose and lignin. The lignocellulosic fiber, after going through pretreatments for separation and break this complex, originates fermentable sugars that can be biotransformed into ethanol. Acid hydrolysis pretreatment is a well-established process, in which monomers are released, and xylose is released from hemicellulose in higher rate, in order to obtain the cellulignin. After biomass delignification, cellulose must be submitted to acid hydrolysis or enzymatic processes to solubilize glucose. Enzymatic hydrolysis and fermentation can occur separately (SHF) or simultaneously (SSF), and this last one has an advantage of performing these two steps in the same reactor. Furthermore, this process requires thermotolerant yeasts able to withstand near to 50 °C, an optimized range for cellulase performance. In addition, another obstacle to produce ethanol is its accumulation in the medium, leading to inhibition by the product during the fermentation process and toxicity for the yeast. K. marxianus yeast has interesting metabolic characteristics that are able of overcoming such difficulties during cellulosic ethanol production. So, it requires more studies, since there is no knowledge about the optimal initial concentrations of substrate for ethanol production by this yeast and on its endurance to the product. Thus, this trial aims at evaluating the fermentative behavior of K. marxianus ATCC 36907 yeast in semi-defined medium with variations in substrate and temperature concentrations using phenomenological modeling, as well as evaluating the effect of ethanol removal on its fermentative activity. In the first step of this trial, fermentations were obtained in a shaking incubator using a semi-defined medium supplemented with peptone, malt extract and yeast extract, with variations in glucose concentrations (50, 120 and 190 g L-1) and temperature (30, 35, 40 and 45 °C). The experimental results were put mathematically together to obtain a theoretical model of the process by the phenomenological modeling with Scilab software. The obtained models represented satisfactorily cell development curves, substrate consumption and ethanol production. The optimization ethanol fermentation process indicated 40 °C as temperature and a substrate concentration of 90 g L-1 to maximize the product concentration, resulting in an average of 22.5 g L-1 ethanol and 0.24 g g-1 yield. During its second step, the fermentations were carried out in triplicates under the optimized conditions in a 1.2-L volume fermenter. Control fermentations were carried out in triplicate without ethanol extraction by vacuum and fed after 36 hours, while the other fermentations, also in triplicate, were carried out under the same conditions, but with the product extraction by vacuum. After the first 36-hour cycle, ethanol concentration was 34.13 g L-1 (YP/S 0.38 g g-1 and QP 0.94 g L-1 h-1), reaching 40.90 g L -1 ethanol (YP/S 0.18 g g-1 and QP 0.43 g L-1 h-1) at the end of the second cycle. A different behavior was observed in the control experiment, in which ethanol production occurred in the first cycle (36.37 g L-1, YP/S 0.4 g g-1 and QP 1.01 g L-1 h-1), whereas in the second cycle, the substrate consumption was 8% and ethanol production was not observed. The phenomenological modeling showed that the experimental data were better represented by the model that took into account the occurrence of a latency phase at ix the beginning of the second cycle and strongly indicated a metabolism inhibition by product accumulation. K. marxianus yeast recovered its fermentative metabolism and produced ethanol again, demonstrating the relevant role of product removal in improving such process. / A levedura Kluyveromyces marxianus vem despertando interesse na área da Biotecnologia por sua grande diversidade metabólica e elevado grau de polimorfismo. Suas potencialidades estão sendo investigadas para diversas aplicações, como a produção de enzimas de interesse do setor alimentício como as β-galactosidases, β-glucosidase e poli-galactosidase, na produção de compostos aromáticos e álcoois superiores como o fenil-etanol e, também, no setor das biorrefinarias na produção de etanol de segunda geração. Assim, essa levedura torna-se interessante para a produção de bioetanol devido à capacidade em assimilar diferentes carboidratos da biomassa lignocelulósica, e ao seu amplo espectro de termotolerância. O etanol celulósico desponta como uma possibilidade para o aumento da produtividade nas usinas sucroalcooleiras e como uma das alternativas para aliviar a crise que afeta o setor. A biomassa da cana-de-açúcar, um subproduto da indústria sucroalcooleira, como todo o material lignocelulósico, é formada por três frações principais: celulose, hemicelulose e lignina. As fibras lignocelulósicas após passarem por pré-tratamentos para a separação e quebra desse complexo originam açúcares fermentescíveis que podem ser biotransformados em etanol. O pré-tratamento por hidrólise ácida é um processo bem estabelecido, em que há a liberação de monômeros, em maior proporção a xilose, a partir da hemicelulose, tendo em vista a obtenção de celulignina. Após a deslignificação, a celulose deve ser submetida a processos de hidrólise ácida ou enzimática para a solubilização da glicose. A hidrólise enzimática e a fermentação podem ocorrer separadamente (SHF) ou de forma simultânea (SSF), tendo esta última a vantagem de realizar essas duas etapas no mesmo reator. Por outro lado, a condução desse processo requer leveduras termotolerantes capazes de suportar temperaturas próximas de 50ºC, faixa otimizada para atuação das celulases. Além disso, outro entrave para a produção de etanol é o seu acúmulo no meio, o qual acarreta na inibição pelo produto durante o processo fermentativo e toxicidade para as leveduras utilizadas. A levedura K. marxianus possui características metabólicas interessantes capazes de superar tais dificuldades encontradas na produção de etanol celulósico. Porém, são necessários maiores estudos, uma vez que não se tem conhecimento sobre as concentrações iniciais ótimas de substrato para a produção de etanol pela levedura e sobre sua tolerância ao produto. Por essa razão, este trabalho teve como objetivos avaliar o comportamento fermentativo da levedura K. marxianus ATCC 36907 em meio semi-definido, com variações nas concentrações de substrato (glicose) e temperatura utilizando a modelagem fenomenológica bem como avaliar o efeito da remoção de etanol sobre sua atividade fermentativa. Na primeira etapa do trabalho, as fermentações foram conduzidas em incubadora com agitação pelo emprego do meio semidefinido suplementado com peptona, extrato de malte e extrato de levedura, com variações nas concentrações de glicose (50, 120 e 190 g L-1) e temperatura (30, 35, 40 e 45 ºC). Os resultados experimentais foram agregados matematicamente para obtenção de um modelo teórico do processo por meio de modelagem fenomenológica com auxílio do software Scilab. Os modelos obtidos representaram, de forma satisfatória, as curvas de crescimento celular, consumo de substrato e produção de etanol. O processo de otimização da fermentação etílica indicou a utilização da temperatura de 40 ºC e concentração de substrato de 90 g L-1 para maximização da concentração de produto, com isso, foram obtidos, em média, 22,5 g L-1 de etanol e rendimento de 0,24 g g-1. Na segunda etapa do trabalho, as fermentações foram conduzidas em triplicatas nas condições otimizadas em fermentador com volume de 1,2 L. As fermentações-controle foram realizadas em triplicata sem a extração de etanol por vácuo e alimentadas após 36 horas. Todavia, as outras fermentações, também em triplicata, foram conduzidas nas mesmas condições, porém com extração do produto por vácuo. Nas fermentações com vácuo, após o primeiro ciclo de 36 horas, a concentração de etanol foi de 34,13 g L-1 (YP/S 0,38 g g -1 e QP 0,94 g L-1 h-1), atingindo 40,90 g L -1 de etanol (YP/S 0,18 g g-1 e QP 0,43 g L-1 h-1) no final do segundo ciclo. vii Um comportamento diferente foi observado no experimento controle, no qual a produção de etanol ocorreu apenas no primeiro ciclo (36,37 g L-1, YP/S 0,4 g g-1 e QP 1,01 g L-1 h-1), enquanto no segundo ciclo o consumo do substrato foi de apenas 8% e a produção de etanol não foi observada. A modelagem fenomenológica mostrou que os dados experimentais foram melhor representados pelo modelo, o qual considerou a ocorrência de uma fase de latência no início do segundo ciclo e indicou fortemente a inibição do metabolismo pelo acúmulo do produto. A levedura K. marxianus recuperou seu metabolismo fermentativo e voltou a produzir etanol, demonstrando o papel relevante da remoção do produto na melhoria do processo.

As perdas pós-colheita de alimentos hortícolas justificam a adoção de técnicas de conservação. Uma vez beneficiados, esses produtos permitem agregar valor à produção primária e se tornam de conveniência ao consumidor. Essa pesquisa teve como objetivo definir as metodologias do processamento mínimo de cenoura, pimentão e salada mista (batata e vagem), quanto ao tipo e intensidade de adoção das técnicas de barreiras e monitorar o processamento, via controle microbiológico, sensorial, físico-químico e nutricional. As hortaliças foram lavadas em água corrente, descascadas e cortadas com facas afiadas de aço inoxidável. Para a sanificação, foram imersas por 15 min em água refrigerada (± 7ºC) com 100 mg L-1 de cloro livre a pH ajustado para 7,0; a seguir foram centrifugadas a 550-900 G, por 5 min. As hortaliças foram acondicionadas, manualmente, em sacos plásticos de filme multicamada laminado, do tipo BOPP/PEBD (polipropileno biorientado/polietileno de baixa densidade). As embalagens foram fechadas em seladora modelo AP-500, marca Tec Maq, sob ar atmosférico, vácuo e atmosfera modificada (2% de O2, 10% CO2 e 88% de N2) e a seguir foram armazenados sob refrigeração a 1ºC ± 1ºC. A vitamina C não foi afetada em nenhum dos tratamentos nos três produtos. Os teores de b-caroteno mantiveram-se praticamente constantes em cenoura e salada mista; no pimentão, após a primeira semana de armazenamento, sofreram um decréscimo, permanecendo praticamente inalterados ao longo do armazenamento. Quanto à análise sensorial, os resultados para a cenoura e salada mista, foram satisfatórios até 21 dias de armazenamento para todos os tratamentos; exceto para o pimentão. Os três produtos obtiveram em todos os tratamentos, contagens para psicrotróficos variando de 10 2 a 10 5 UFC/g, 10 1 a 10 3 UFC/g e 10 3 a 10 6 UFC/g, respectivamente. Anaeróbios mesófilos e coliformes totais, foram constatados em pimentões minimamente processados. Porém, as baixas contagens obtidas, em todos os tratamentos, mostraram que a vida útil destes prolongou-se até o 14º dia de armazenamento. Para a cenoura e salada mista minimamente processadas, não foram constatados coliformes totais e fecais, anaeróbios mesófilos e Salmonella em nenhum dos tratamentos. / The postharvest losses of horticultural products justify the adoption of preservation techniques. Once these products are processed, they add value to the primary products and they become convenient to the consumer. This research had the purpose of defining the methodologies for minimal processing of carrot, green pepper and mixed salad of potato and string bean in relation to the type and intensity of adoption of the barrier techniques. In addition, it was our objective to monitor the processing, through by microbiological, sensory, physical-chemical and nutritional evaluation. The vegetables were washed in running water, peeled and cut with sharp stainless steel knives. For the sanitization they were submerged, for 15 min, in cold water (± 7ºC) with 100 mg L -1 of free chlorine at pH 7,0; next, they were centrifuged at 550-900 G, for 5 min. The product was hand packed in plastic bags BOPP/LDPE (biorientated polypropylene/low-density polyethylene). The packages were sealed under air, vacuum and modified atmosphere (2% O2, 10% CO2 and 88% N2) and stored under refrigeration at 1ºC±1ºC. The vitamin C content was not affected in any of the treatments. The values for b-carotene remained stable for carrot and mixed salad. For the green pepper, the values decreased after the first week of storage. In relation to the sensory analysis, carrot and mixed salad were considered satisfactory until 21 days of storage for all treatments; but for green pepper. In all treatments, counts for the three products ranged psychrotrophic ranging from 10 2 to 10 5 UFC g -1 , 10 1 to 10 3 UFC g -1 , 10 3 to 10 6 UFC g -1 , respectively. Anaerobic mesophiles and total coliforms were observed in minimally processed green peppers. However, the low count obtained in all treatments indicated a shelf life of 14 days. For the minimally processed carrot and mixed salad, no total or fecal coliforms, anaerobic mesophiles and Salmonella were observed in any of the treatments.

La connaissance d’un système gaz/solide requiert l’analyse de l’adsorption, du premier stade jusqu’à saturation. C’est la motivation de l’analyse des surfaces sous vide. L’approche des surfaces divisées est souvent tronquée. Pratiquée à des pressions suffisamment élevées pour être compatible avec un temps de réaction raisonnable, elle ne permet pas l'analyse de la surface nue à la monocouche. L’objectif du présent travail a été d’établir une continuité d’observation par FTIR, de l’UHV à la pression ambiante, de poudres de MgO, ZnO et ZnxMg1-xO exposées à l’eau ou à l’hydrogène. Il a été montré que les fumées de ZnO se comparent à des cristaux présentant les faces (0001), (0001̅), (101̅0), (112̅0), avec un rapport non-polaire/polaire de 75/25. Par FTIR combinée à la photoémission et à la désorption thermique, trois étapes de l’hydroxylation des fumées de MgO ont été identifiées : défauts ponctuels (10-8 mbar), marches (10-6 mbar) puis terrasses (> 10-5 mbar), avec une restructuration qui prouve que l’eau change la structure de surface de MgO. La représentation commune de la surface de MgO par une suite de facettes (100) est mise en cause. Aux faibles teneurs en zinc, l’oxyde mixte ZnxMg1-xO est formé de cristallites cubiques de même structure que MgO. Le zinc en substitution tend à ségréger vers les sites de basse coordinence où il affecte les propriétés d’adsorption d’eau et d’hydrogène. Par ailleurs, le mélange ZnO-MgO obtenu par combustion d’alliage ZnMg offre une possibilité d’application grâce aux propriétés bactéricides de ZnO et de faible toxicité de MgO. L’ensemble des résultats montre la pertinence de l’étude des poudres pratiquée dans les conditions de l’UHV. / The analysis of adsorption from the first stage to saturation is necessary to understand gas/solid interactions. This is the motivation for surface analysis under vacuum. The common approach of dispersed materials surfaces is incomplete since working pressures, that are high enough to achieve reasonable reaction times, do not allow studies of powder surfaces from bare to fully covered. The aim of the present work is to examine the successive changes of ZnO, MgO and ZnxMg1-xO nanopowders upon exposure to water or hydrogen from UHV to the ambient by FTIR. It is shown that ZnO smokes behave in a same way as a collection of single crystals which exhibit (0001), (0001̅), (101̅0) and (112̅0) faces with a non-polar/polar ratio of 75/25. Combining FTIR with XPS and TPD techniques, three stages of hydroxylation were identified on MgO smokes: point defects (10-8 mbar), steps (10-6 mbar) then terraces (> 10-5 mbar). Results indicate a reorganisation of surface structure showing that water adsorption on MgO(100) is an irreversible process. The common model of MgO as a series of (100) facets is questioned. At low concentrations of zinc, the mixed oxide ZnxMg1-xO consists of crystals with similar structure as MgO. A segregation of Zn2+ toward low coordinated surface sites is suggested to explain the changes in reactivity of the ZnxMg1-xO with respect to water and hydrogen at low coverages. Furthermore, the mixture ZnO-MgO produced by combustion of ZnMg alloy combines the antibacterial properties of ZnO and the biocompatibility of MgO, interesting for potential applications. The overall results demonstrate the relevance of the study of powders in ultra-high vacuum conditions.

Le but de ce travail était d'étudier le comportement des cristaux de théophylline lors de la déshydratation statique en monocouche dans différentes conditions hygrothermiques et le comportement du même produit lors de la déshydratation séchage en lit agité dans un séchoir par contact sous vide dans des conditions hygrothermiques semblables. Tout d'abord, la forme hydratée et les formes déshydratées de la théophylline ont été identifiées par DSC, ATG et DRXP. Ensuite, des essais gravimétriques statiques à température et humidité relative constantes ont été effectués et les évolutions de teneur en eau au cours du temps ont été enregistrées à des températures de 20 à 80 °C et des humidités relatives de 4 à 50%. Les données à l'équilibre thermodynamique ont été utilisées pour tracer les isothermes de désorption et établir le diagramme de phase solide-solide de la théophylline. Enfin, les cinétiques de déshydratation ont été étudiées. Il a été constaté que la constante de vitesse de déshydratation augmente exponentiellement avec la température et diminue de façon exponentielle avec l'humidité relative. Un modèle semi-empirique permettant la prédiction de l'évolution dans le temps de la teneur en eau du produit pour différentes conditions opératoires a été développé. Dans la seconde partie du travail, il a été d'abord démontré que la SPIR couplée avec la régression PLS permet de suivre en ligne et in situ la composition exacte du mélange des différentes formes de la théophylline (et d'eau) pendant le séchage. Ensuite, l'influence des paramètres de fonctionnement (température et l'activité de l'eau) sur les cinétiques de transformation de l'état solide a été étudiée. Il a été observé que la déshydratation commence d'abord par la formation de la forme anhydre métastable puis, après un temps de latence, continue par la formation de la forme anhydre stable. Il s'est avéré aussi que la température a été le principal facteur contrôlant la vitesse globale du procédé, mais aussi la teneur finale de la forme anhydre stable et de la forme métastable, ceci étant valable pour le séchoir étudié et pour les conditions opératoires considérées. Finalement, un modèle semi-empirique permettant la simulation de l'état du produit (température, teneur en eau, teneur en forme hydratée, anhydre métastable et stable) au cours du temps pour différentes conditions opératoires du séchage (pression dans la cuve et température du fluide caloporteur) a été proposé / The aim of this work was to investigate the dehydration process of a single static layer of theophylline's crystals under different hygrothermal conditions and the dehydration-drying process of a stirred bed of theophylline in a vacuum contact dryer in nearly the same hygrothermal conditions. First of all, the hydrated and dehydrated forms of theophylline were identified using DSC, TGA and PXRD devices. Next, the static gravimetric experiments at constant temperature and relative humidity were carried out and the water content evolutions with time were recorded at temperatures from 20 to 80°C and humidities from 4 to 50%. Then, the thermodynamic equilibrium data were reported as desorption isotherms and solid-solid phase diagrams. Finally, the dehydration kinetics were analyzed. The dehydration rate constant was found to increase exponentially with temperature and to decrease exponentially with relative humidity. A simple semi-empirical model allowing for prediction of the product water content time evolution time for different processing parameters was developed. In the second part of the work, it was first proven that NIRS coupled with PLS regression enabled to monitor inline and in-situ the exact composition of the mixture of different forms of theophylline (and of water) during drying. Second, the influence of operating parameters (temperature and water activity) on the kinetics of solid state transformations was investigated. It was observed that the dehydration begun by the formation of the metastable anhydrate and, after a time delay, continued by the formation of the stable one. It was also pointed out that the temperature was the main process factor controlling not only the overall process rate but also the final contents of the stable and metastable anhydrates, this observation being valid for the considered dryer and for the considered operating conditions. Finally, a semi-empirical model allowing for simulation of the product state (temperature, hydrate content, metastable and stable anhydrate contents and water content) time evolution for different processing parameters (pressure in the vessel and temperature of the heating fluid) was proposed

Les évaporateurs à flot tombant (EFT) sont largement utilisés dans les industries chimiques, de la réfrigération, du raffinage du pétrole, et alimentaires. Dans l'industrie laitière, les EFT sont appliqués pour la concentration de solutions avant l'étape de séchage. Malgré l'importance économique du procédé d'évaporation sous vide dans la fabrication de produits laitiers déshydratés, la connaissance du procédé est essentiellement empirique. Des recherches visant à améliorer l'efficacité du procédé sont donc nécessaires. L'objectif de ce projet de doctorat est de caractériser expérimentalement un EFT lors de la concentration de produits laitiers, par des approches thermo et hydro-dynamiques, afin d'étudier les interactions entre les propriétés des produits et les paramètres opérationnels. Un évaporateur à flot tombant, simple effet, à l’échelle pilote, qui décrit le même processus que celui à l'échelle industrielle, d'un point de vue hydrodynamique, a été instrumenté et utilisé pour établir les bilans massiques et énergétiques. La capacité évaporatoire et le coefficient global de transfert de chaleur ont été calculés à partir des données expérimentales. Une méthodologie pour la détermination expérimentale des fonctions distribution des temps de séjour (DTS) a été développée. En effet, les fonctions de DTS fournissent des informations essentielles sur l'écoulement des produits lors de la concentration dans un EFT. L'augmentation de la concentration, du débit massique et de la distance parcourue par le produit entraîne une augmentation de la dispersion des particules dans le flux. Ces fonctions ont été modélisées par une combinaison de réacteurs en cascade, parfaitement agités. D’après l'interprétation de ce modèle, deux flux, un principal et un secondaire, correspondant à deux couches superposées de produit circulant à travers des tubes d'évaporateur, a été proposé. La méthodologie développée pour le calcul des fonctions de DTS a été appliqué pour la concentration de produits laitiers (lait écrémé, lactosérum doux et acide). Par la suite, l'étude a été étendue à la formation de l'encrassement pendant la concentration par évaporation sous vide. Il a été montré que le temps de séjour moyen était plus sensible pour identifier l'encrassement que le coefficient global de transfert de chaleur et la capacité évaporatoire. Ainsi, cette étude a souligné le rôle crucial de l’importance de la caractérisation des EFT sous vide afin d’en améliorer leurs performances et la qualité des produits qui en sont issu. / Falling film evaporators (FFE) are widely used in the chemical, refrigeration, petroleum refining, desalination and food industries. In the dairy industry FFE is applied for the concentration of solutions prior to the drying step. Despite the economic importance of the vacuum evaporation process in the manufacture of dairy dried products, the knowledge about the process is mostly empirical. Research aiming to improve the efficiency of the process is therefore necessary. The objective of this PhD project was to characterize experimentally a FFE during the concentration of dairy products by means of thermodynamic and hydrodynamic approaches, in order to study the interactions between the products properties and the operating parameters. A pilot-scale, single-stage falling film evaporator that describes the same process as that of an industrial scale from a hydrodynamic point of view was instrumented and used to establish the mass and energy balances. The evaporation rate and the overall heat transfer coefficient were calculated from the experimental data to follow up the process. A methodology for the determination of the experimental residence time distribution (RTD) functions was developed. RTD functions provide global information about the flow of the products during concentration in a FFE. Increasing of the concentration of skim milk, mass flow rate and the distance covered by the product resulted in an increase in the dispersion of the products particles. The experimental RTD functions were modelled by a combination of two perfectly mixed reactor tanks in series. From the interpretation of this model, two different flows, a main and a minor flow, were identified. The RTD methodology developed on skim milk was applied to sweet whey and lactic acid whey and the study was extended to the formation of fouling during a 5-hour concentration. The mean residence time was more sensitive to identify fouling than the overall heat transfer coefficient and the evaporation rate. This study emphasized the crucial role of process characterization to improve the performance of FFE and product quality.

Dans le domaine pétrolier, l'exploitation de pétroles bruts de plus en plus lourds nécessite de développer des procédés de conversion de ces coupes lourdes en bases carburants valorisables. Parmi ces procédés, l'hydrocraquage permet d'obtenir à partir d'une coupe distillat sous vide (DSV) des gazoles de grande qualité. Afin d'améliorer la compréhension de ce procédé catalytique, une caractérisation détaillée des charges et effluents de ce procédé est nécessaire. Les techniques existantes n'étant pas assez performantes, ce travail de thèse s'est focalisé sur l'utilisation de la chromatographie en phase gazeuse bidimensionnelle haute température (GC×GC-HT) et de la spectrométrie de masse haute résolution à transformée de Fourier (FT-ICR/MS). Il a ainsi été montré que la GC×GC-HT pouvait être utilisée pour éluer des composés ayant des points d'ébullition équivalents au nC68 (641 °C). Ce travail a également permis de proposer une méthode de caractérisation des composés soufrés par familles en GC×GC-HT-SCD dont les résultats sont cohérents avec les données obtenues par FT-MS. Pour les composés azotés, les limites de la GC×GC en terme de séparation ont été atteintes malgré la mise en place d'une pré-séparation en ligne par SFC. Une méthodologie de quantification par famille à partir de la FT-MS a alors été proposée pour étudier sélectivement les composés azotés basiques (mode ESI+) ou neutres (mode ESI-). Ce travail a permis de proposer de nouveaux outils analytiques de caractérisation des DSV et de confirmer la nature chimique des familles les plus réfractaires à l'hydrotraitement, à savoir les composés fortement alkylés de type dibenzothiophène et carbazole. / Converting heavy petroleum cuts into valuable fuels becomes a strong necessity for the refining industry as crude oil quality globally decreases. Among all the conversion processes, vacuum gas oil (VGO) hydrocracking is certainly the most suitable process to convert VGOs into high quality diesel fuel.In order to improve the understanding of this catalytic process, a detailed characterization of VGO feeds and products is needed. As existing analytical methods are not currently powerful enough, this work focused on the use of high-temperature comprehensive bidimensional gas chromatography (HT-GC×GC) and Fourier-transform high resolution mass spectrometry (FT-ICR/MS). First, it was shown that HT-GC×GC can elute heavy boiling point compounds up to nC68 (641 °C). Moreover, a HT-GC×GC-SCD method was developed to characterize sulfurcontaining compounds according to their chemical family. The obtained results were in accordance with parallel FT-ICR/MS measurements for sulfur compounds. For nitrogen-containing compounds, separation limits of HTGC×GC-NCD were reached despite the use of an additional online pre-separation by supercritical fluid chromatography (SFC). Therefore, a FT-MS based methodology was proposed to quantify nitrogen-containing chemical families and study basic and neutral compounds with ESI(+) and ESI(-) respectively.Hence, this work proposed innovative analytical tools for the characterization of vacuum gas oils. It also confirmed that highly-alkylated dibenzothiophenes and carbazoles were the most refractory sulfur and nitrogen-containing compounds towards hydrotreatment.