Um estudo de percolação em barragens de terra, em regimes permanente e transiente, com a aplicação do método de elementos finitos

Este trabalho apresenta um estudo de fluxo de água em barragens de terra, em regimes permanente e transiente, com a utilização do Método de Elementos Finitos. No estudo de fluxo em regime permanente duas formas de abordar o problema são apresentadas e comparadas. A primeira considera, para a discretização da malha de elementos finitos, somente a região saturada, de maneira que a linha freática é obtida através de ajustes desta malha de elementos finitos. A segunda considera toda a região saturada-insaturada, sendo discretizado todo o domínio físico da barragem. A malha de elementos finitos não é modificada ao longo das iterações e a linha freática é obtida por interpolação dentro dos elementos, em função dos valores nodais do potencial de pressões. O desenvolvimento teórico das equações utilizadas para as duas formas de abardagem é apresentado, mostrando onde elas diferem entre si. No estudo de fluxo em regime transiente é utilizado apenas o esquema de malha fixa de elementos finitos.

Lipídios catiônicos anfifílicos, como neutralizadores da carga elétrica do DNA para transfecção in vitro de células eucarióticas.

A transfecção gênica tem sido eficientemente realizada a partir de diferentes formulações de lipídios catiônicos e neutros. Este trabalho teve como objetivo verificar a viabilidade de uma teoria que propõem utilizar moléculas anfifílicas como neutralizadoras da carga do DNA para a transfecção gênica in vitro. Foram realizadas transfecções utilizando o surfactante brometo de dodeciltrimetil amônio (DOTAB) ou o lipídio catiônico brometo de dimetildioctadecil amônio (DDAB) com o pCH110 (plasmídeo que expressa a enzima β-galactosidase) nas formas linear e circular. Em paralelo, foram realizadas transfecções com Lipofectamine (lipossomo formado por DOSPA e DOPE) com o mesmo plasmídeo. O DDAB, que é mais hidrofóbico, apresentou-se mais eficiente e menos tóxico que o DOTAB. O DDAB transfectou com semelhante eficiência o pCH110 circular e linear em células de linhagem VERO, diferente de Lipofectamine que não transfectou o pCH110 linear na quantidade utilizada para o circular. Foi necessário utilizar Lipofectamine em um volume cinco vezes superior para formar o complexo com o DNA linear em relação ao plasmídeo circular. Através da eletroforese em gel de agarose, verificou-se que o DDAB não alterou a estrutura dos plasmídeos linear e circular na proporção em que foram utilizados para transfectar. Na Microscopia de Força Atômica, verificou-se diferentes estruturas formadas entre o DDAB e o plasmídeo circular, onde predominaram esferas de 50-100 nm, sendo possivelmente DNA na forma toroidal. Embora não tenha sido identificado o mecanismo de transfecção, este sistema mostrou-se simples, econômico e eficiente para transfectar células de linhagem, utilizando-se tanto plasmídeo linear como circular.

Solução da equação de difusão unidimensional transiente para o estudo da dispersão de poluentes na camada limite planetária

Neste trabalho apresenta-se uma solução analítica para a dispersão vertical turbulenta em uma Camada Limite Convectiva e em uma Camada Limite Estável. A equação analisada considera a difusão com velocidades finitas, o que representa o transporte turbulento fisicamente correto. Considerando o caráter não-local, adicionam-se na equação que representa uma fonte área instantânea, termos como: o tempo de relaxação, a assimetria, a escala de tempo Lagrangeana e a velocidade turbulenta vertical. A solução é obtida utilizando-se a técnica da Transformada de Laplace. Os parâmetros que encerram a turbulência são derivados da teoria de difusão estatística de Taylor combinada com a teoria de similaridade. Foram utilizados coeficientes de difusão especáficos para cada uma das camadas. A transformada inversa é obtida através do esquema numérico de quadratura Gaussiana. São apresentadas várias simulações para diferentes alturas de fonte área e obtém-se o valor da concentração para alturas próximas ao solo e próximas ao topo da Camada Limite Planetária. A inserção do termo de contra-gradiente na equação resultou em uma pequena influência na concentração de poluentes, observada de forma mais expressiva na Camada Limite Convectiva.

Simulador em regime transiente de alguns equipamentos de um ciclo de Rankine regenerativo

Este trabalho apresenta um modelamento computacional dos diversos componentes de um ciclo de Rankine regenerativo em operação transiente, utilizando as leis fundamentais de balanço de massa e energia, além de algumas equações constitutivas. O cálculo das propriedades termodinâmicas foi realizado através de rotinas desenvolvidas no Grupo de Estudos Térmicos e Energéticos (GESTE) da UFRGS. Os componentes com comportamento inercial são o condensador e o tanque de água de alimentação. Os demais respondem instantaneamente. O método de solução das equações algébricas é seqüencial e o avanço no tempo é totalmente implícito. Primeiramente o sistema é colocado em regime permanente, a partir do qual é introduzida uma mudança de carga na turbina em um determinado intervalo de tempo. Algumas variáveis prescritas foram obtidas a partir de dados reais de uma usina termelétrica. A partir desse modelamento foi possível investigar o comportamento dinâmico do condensador e do tanque de alimentação e de que maneira estes efeitos eram percebidos pelos demais componentes. Os resultados obtidos demonstram que ambos possuem um comportamento dinâmico, sendo que o condensador apresenta uma constante de tempo menor que o tanque de alimentação. O condensador, por rejeitar o calor necessário, acaba por perceber rapidamente as oscilações introduzidas no ciclo Além disto é apresentado um método para determinação de coeficientes globais de troca térmica em condensadores e regeneradores. Os resultados obtidos neste trabalho foram utilizados na modelagem desses componentes durante a construção de um simulador em regime permanente da UTE Presidente Médici - Fase B. Também foi realizada uma pesquisa sobre os diversos programas simuladores de plantas de potência, assim como uma discussão das vantagens introduzidas por simuladores dinâmicos e em regime permanente nas decisões de engenharia.

Solução analítica do problema bidimensional transiente de dispersão de poluentes atmosféricos pelo método GITT dupla

Neste trabalho é apresentada uma solução analítica de um problema bidimensional e transiente de dispersão de poluentes atmosféricos. O modelamento utilizado é conhecido na literatura como modelo Kzz para dispersão de poluentes atmosféricos e é representado por uma equação difusivo-advectiva com coeficientes de difusão e advecção variáveis. São utilizados três diferentes coeficientes de difusão nas simulações, bem como as componentes horizontal e vertical do vento são tomadas como variáveis. A solução analítica é gerada através da aplicação da técnica GITT (Generalized Integral Transform Technique) dupla com problema transformado resolvido por Transformada de Laplace e diagonalização de matrizes. Filtros matemáticos são usados para homogenizar as condições de contorno viabilizando o uso da técnica citada. Além disso, o tipo de filtro matemático utilizado permite a sensível diminuição do custo computacional. Resultados numéricos são obtidos e comparados com dados experimentais e outras soluções da literatura.

Simulação numérica do processo de fusão e solidificação da água no interior de cilindros

Durante a realização de projetos de sistemas de refrigeração assistidos por sistemas de armazenagem de energia, na forma latente, é necessário que se saiba de antemão as taxas de transferência de energia dos mesmos. Na literatura soluções para este problema são escassos e não abordam todas as geometrias utilizadas para o armazenamento de energia latente, inexistindo correlaçõesmatemáticas que permitam aos projetistas prever o comportamento da fusão e da solidificação do material de mudança de fase (MMF) e as taxas de transferência de energia térmica. Na solução destes problemas são usualmente adotadas hipóteses simplificativas para amenizar o grau de complexidade da descrição matemática do problema Uma destas hipóteses constitui-se em desconsiderar o processo advectivo na transferência de calor no MMF, em sua fase líquida. Outra hipótese adotada, quando o MMF é a água pura, consiste em utilizar um comportamento linear para a massa específica ou um comportamento médio, consistindo em um afastamento da realidade. Este trabalho descreve esforços no sentido de aproximar estas soluções cada vez mais da realidade fisica do problema. São apresentadas simulações para a mudança de fase da água pura levando em conta a inversão da massa específica, em geometria polar, na forma transiente, utilizando o método de Volumes Finitos para solução das equações governantes. As soluções apresentadas, otimizadas quanto às malhas espacial e temporal, envolvem condições de contorno de primeira e terceira espécies Como resultado das soluções são apresentados o Nusselt local, ao longo da parede do cilindro além do Nusselt médio. Correlações matemáticas para o número de Nusselt médio durante a fusão e para o volume de MMF fundido, são propostos e apresentados. A evolução geométrica da fronteira de mudança de fase também é avaliada para as duas condições de contorno e diversos números de Rayleigh. Comparações entre o volume fundido considerando apenas o processo difusivo e o volume fundido utilizando a convecção são realizadas. Para a verificação da independ~encia de malha aplica-se o índice de convergência de malha (GCI) . Algumas comparações qualitativas com soluções experimentais disponíveis na literatura são apresentadas.

Modelagem física e matemática dos processos de extração de óleo de soja em fluxos contracorrente cruzados

Este trabalho visa desenvolver um modelo físico e matemático geral para os processos de extração sólido-líquido em fluxos contracorrente cruzados (CCC) que são utilizados na indústria de alimentos. Levam-se em consideração os processos principais (o transporte de massa entre as fases, difusão e convecção) envolvidos por todo o campo de extração, com uma abordagem bidimensional evolutiva, incluindo as zonas de carregamento, drenagem e as bandejas acumuladoras. O modelo matemático é formado por equações diferenciais parciais que determinam a alteração das concentrações nas fases poro e “bulk” em todo o campo de extração e equações diferenciais ordinárias (que refletem as evoluções das concentrações médias nas bandejas). As condições de contorno estabelecem as ligações entre os fluxos CCC da micela e matéria-prima e consideram, também, a influência das zonas de drenagem e carregamento. O algoritmo de resolução utiliza o método de linhas que transforma as equações diferenciais parciais em equações diferenciais ordinárias, que são resolvidas pelo método de Runge-Kutta. Na etapa de validação do modelo foram estabelecidos os parâmetros da malha e o passo de integração, a verificação do código com a lei de conservação da espécie e um único estado estacionário. Também foram realizadas a comparação com os dados experimentais coletados no extrator real e com o método de estágios ideais, a análise da influência de propriedades da matéria-prima nas características principais do modelo, e estabelecidos os dados iniciais do regime básico (regime de operação) Foram realizadas pesquisas numéricas para determinar: os regimes estacionário e transiente, a variação da constante de equilíbrio entre as fases, a variação do número de seções, a alteração da vazão de matéria-prima nas características de um extrator industrial e, também foram realizadas as simulações comparativas para diferentes tipos de matéria-prima (flocos laminados e flocos expandidos) usados amplamente na indústria. Além dessas pesquisas, o modelo também permite simular diferentes tipos de solventes. O estudo da capacidade de produção do extrator revelou que é necessário ter cuidado com o aumento da vazão da matéria-prima, pois um pequeno aumento desta pode causar grandes perdas de óleo tornando alto o custo da produção. Mesmo que ainda seja necessário abastecer o modelo com mais dados experimentais, principalmente da matéria-prima, os resultados obtidos estão em concordância com os fenômenos físico-químicos envolvidos no processo, com a lei de conservação de espécies químicas e com os resultados experimentais.

Análise teórico-experimental da extração de óleo de soja em instalação industrial do tipo Rotocell

O presente trabalho apresenta o desenvolvimento de um estudo da extração de óleo vegetal em instalações industriais do tipo Rotocell. O extrator tem forma cilíndrica e possui um eixo principal no qual estão fixos vagões que transportam os sólidos através do extrator, e, abaixo desses existem reservatórios responsáveis pelo recebimento da micela. Acima dos vagões há seções de distribuição de micela que é despejada sobre os sólidos dos vagões, que extrai o óleo. Possui também seções de carregamento e drenagem. Um modelo físico-matemático e um programa para simular a operação do extrator foram desenvolvidos considerando os seguintes fenômenos: difusão de óleo pela micela; transferência de óleo entre as fases bulk e poro; variação da massa específica e viscosidade da micela; os processos nas seções de drenagem e de carregamento. Na forma final, o modelo acoplado apresenta-se em termos de redes neurais artificiais, que possibilita operar com tempos discretos e contínuos, permitindo a simulação numérica deste extrator industrial, o treinamento favorável da rede, sua identificação, e o acompanhamento em tempo real. Foram determinadas características da matéria-prima através de um trabalho experimental em laboratório. Através dos resultados obteve-se a validação do modelo por meios teóricos e experimentais Os resultados teóricos foram comparados com os dados experimentais e com cálculos feitos através do método de estágios ideais. As simulações numéricas revelam propriedades do campo de extração para o regime transiente com distribuição uniforme e regime transiente industrial, onde verifica-se que o modelo descreve corretamente o comportamento real do campo de percolação do extrator. Também foram realizadas simulações numéricas com o objetivo de avaliar as principais características do extrator em função da sua geometria e características da matéria-prima, variando a altura e o número de vagões do extrator verificou-se que é possível simular o comportamento do extrator para diferentes formas e tipo de qualidades da matéria-prima. Foram feitas simulações utilizando um solvente alternativo(álcool) e mudando parâmetros do extrator, onde observou-se que o solvente exige alterações na dimensão do extrator.

Estudo do potencial carcinogênico de poluentes utilizando simulação molecular

Substâncias carcinogênicas são diariamente lançadas no meio ambiente, tanto na atmosfera quanto em corpos hídricos. Estas são capazes de ligar-se a proteínas constituintes de tecidos vivos produzindo um carcinoma, cuja probabilidade de formação depende da afinidade do poluente com os grupos funcionais presentes nos substratos protéicos. Contudo, os mecanismos pelos quais ocorre a formação do carcinoma não estão totalmente esclarecidos. Alguns modelos baseados em propriedades moleculares foram formulados na tentativa de prever quais serão os mecanismos, compostos intermediários e produtos finais de reação. Porém, esses modelos apresentam sérias limitações por não levarem em conta a dinâmica do processo reativo. Para que se possa estimar os mecanismos, é preciso detectar a formação ou ruptura de ligações ao longo do tempo, o que torna necessário utilizar modelos transientes. O presente trabalho apresenta um modelo que resolve a equação de Schrödinger dependente do tempo para verificar qual o mecanismo de reação entre uma substância carcinogênica e um aminoácido. A simulação do cenário transiente proposto requer um baixo tempo de processamento e possibilita uma fácil interpretação dos resultados obtidos.

Uso da função de transferência em problemas de condução do calor com a lei de Fourier modificada

Este trabalho visa o uso da função de transferência, a qual relaciona distribuição de temperatura e fluxo de calor, na comparação no domínio freqüência, entre o modelo de difusão usual (parabólico) e um modelo ondulatório (hiperbólico) que inclue o efeito de propagação do calor não instantâneo, sendo avaliados os casos de meio semi-infinito e finito. Para o caso de meio semi-infinito, são determinadas as expressões para as características de amplitude e de fase, considerando tanto a abordagem parabólica quanto hiperbólica. É observada a relação entre estas duas abordagens, mostrando que a abordagem parabólica é uma caso particular da abordagem hiperbólica, podendo ser obtida através de um processo de limite envolvendo o tempo de relaxação r . Para o caso de meio finito, são determinadas as expressões para as caracteríısticas de amplitude de ambas as faces da placa unidimensional, considerando tanto a abordagem parabólica quanto hiperbólica. Estas expressões são transformadas para a forma adimensional quando então são deduzidas as expressões correspondentes das características de amplitude. Mais uma vez, todos os resultados para o caso parabólico podem ser determinados a partir dos resultados do caso hiperbólico, através de um processo de limite envolvendo o tempo de relaxação r São apresentados resultados numéricos referentes às características de amplitude, onde é apontada a existência de uma freqüência limite, acima da qual a diferença entre os dois modelos, do tipo parabólico ou hiperbólico, aumenta rapidamente. Também é apresentada uma forma alternativa de cálculo da distribuição de temperatura transiente que faz uso da função de transferência do sistema.

Formulação semi-analítica para a equação transformada resultante da aplicação da GITT em problemas difusivos-advectivos

Neste trabalho se propõe um avanço para a Técnica Transformada Integral Generalizada, GITT. O problema transformado, usualmente resolvido por subrotinas numéricas, é aqui abordado analiticamente fazendo-se uso da Transformada de Laplace. Para exemplificar o uso associado destas duas transformadas integrais, resolvem-se dois problemas. Um de concentração de poluentes na atmosfera e outro de convecção forçada com escoamento laminar, entre placas planas paralelas, com desenvolvimento simultâneo dos perfis térmico e hidrodinâmico. O primeiro é difusivo, transiente e com coeficientes variáveis. Sua solução é obtida de forma totalmente analítica. Além de mostrar o uso da técnica, este exemplo apesar de ter coeficientes variáveis, é resolvido com o auxílio de um problema de autovalores associado com coeficientes constantes. No segundo, obtém-se a solução da Equação da Energia analiticamente. Já a Equação da Conservação do Momentum é linearizada e resolvida de forma iterativa. A solução de cada iteração é obtida analiticamente.

Um método para abordar todo o ciclo de desenvolvimento de aplicações tempo real

Neste trabalho apresenta-se um método de desenvolvimento integrado baseado no paradigma de orientação a objetos, que visa abordar todo o ciclo de desenvolvimento de uma aplicação tempo real. Na fase de especificação o método proposto baseia-se no uso de restrições temporais padronizadas pelo perfil da UML-TR, sendo que uma alternativa de mapeamento destas restrições para o nível de programação é apresentada. Este mapeamento serve para guiar a fase de projeto, onde utilizou-se como alvo a interface de programação orientada a objetos denominada TAFT-API, a qual foi projetada para atuar junto ao ambiente de execução desenvolvido no âmbito desta tese. Esta API é baseada na especificação padronizada para o Java-TR. Este trabalho também discute o ambiente de execução para aplicações tempo real desenvolvido. Este ambiente faz uso da política de escalonamento tolerante a falhas denominada TAFT (Time-Aware Fault- Tolerant). O presente trabalho apresenta uma estratégia eficiente para a implementação dos conceitos presentes no escalonador TAFT, que garante o atendimento a todos os deadlines mesmo em situações de sobrecarga transiente. A estratégia elaborada combina algoritmos baseados no Earliest Deadline, sendo que um escalonador de dois níveis é utilizado para suportar o escalonamento combinado das entidades envolvidas. Adicionalmente, também se apresenta uma alternativa de validação dos requisitos temporais especificados. Esta alternativa sugere o uso de uma ferramenta que permite uma análise qualitativa dos dados a partir de informações obtidas através de monitoração da aplicação. Um estudo de caso baseado em uma aplicação real é usado para demonstrar o uso da metodologia proposta.

Desenvolvimento de metodologias para análise direta de óleos vegetais empregando microemulsões de água em óleo e meios não aquosos

Amostras de óleo vegetal foram preparadas na forma de microemulsão de água em óleo (w/o) utilizando dodecil sulfato de sódio (SDS) como surfactante e um álcool como co-surfactante. As microemulsões foram caracterizadas através de medidas de viscosidade, índice de refração, condutividade elétrica, espalhamento de luz dinâmico e voltametria. Ensaios preliminares para a quantificação de analitos por análise direta foram realizados por voltametria linear e eletroforese capilar. As microemulsões de água em óleo de soja apresentaram gotículas de dimensões nanométricas e estabilidade termodinâmica dependente da temperatura, da concentração dos eletrólitos dissolvidos e da natureza do co-surfactante empregado. Por outro lado, o raio hidrodinâmico das gotículas (Rh) diminui com o aumento da temperatura. Quanto aos valores de condutividade, maiores do que os obtidos para o óleo de soja e para a água deionizada, aumentam com a temperatura, na faixa de 20 a 65 oC, e com o teor de água na microemulsão, entre 5 e 7,5 % de água. A maior estabilidade termodinâmica foi alcançada para uma microemulsão contendo 40,0 % de óleo, 43,2 % de pentanol, 10,8 % de SDS e 6,0 % de água, em massa, na razão 1:4 [SDS]:[álcool] Medidas voltamétricas com um ultramicroeletrodo de Pt em microemulsões contendo ferroceno ou ácido oléico dissolvidos evidenciaram a dependência linear das correntes limite anódica e catódica com a concentração da espécie eletroativa. Já a oxidação do ferroceno por voltametria cíclica, usando o mesmo ultramicroeletrodo, mostrou que a diminuição dos coeficientes de difusão nestes meios permite realizar medidas em estado transiente, empregando velocidades convencionais de varredura em potencial. Experimentos por cromatografia eletrocinética em microemulsão reversa (RMEEKC) com n-pentanol como fase contínua permitiram a separação de solutos neutros e aniônicos em amostras de óleo vegetal e gordura animal. Finalmente, foi desenvolvido um procedimento rápido para a separação e identificação dos biofenóis presentes em óleos, utilizando como eletrólito de corrida uma mistura de metanol e 1-propanol contendo KOH. Os resultados evidenciam a possibilidade de análise direta de óleos vegetais empregando métodos eletroanalíticos em microemulsões w/o, e métodos por eletroforese capilar, quer em microemulsões, quer em meio não aquoso.

Papel da MRP1/bomba GS-X na regulação do potencial redox celular, e a influência do estado redox celular na expressão e atividade da MRP1/bomba GS-X

Uma das complicações que levam o paciente terminal de câncer à morte é a imunossupressão. Por sua vez, a superprodução de prostaglandinas ciclopentenônicas (CP-PGs) no plasma desses indivíduos é um fator de risco para depressão imunológica já que as CP PGs bloqueiam inúmeras interações entre células imunológicas. Estudos de nosso grupo revelaram que células tumorais apresentam alta atividade da ATPase bomba GS X/MRP que exporta conjugados sulfidrila, inclusive CP PG na forma de S-conjugados de glutationa. A glutationa é uma das, ou a mais importante substância para manutenção do estado redox celular. Como o acúmulo de proteínas de choque térmico (HSP) induzidas pelas CP PGs em células imunológicas é indicativo do grau de estresse ao qual cada célula está sendo submetida, neste trabalho, buscamos determinar qual a influência da MRP1/bomba GS-X na presença de estresse celular causado por desbalanço redox e os parâmetros de estresse celular necessários para influenciar a expressão e/ou a atividade da MRP1/bomba GS-X. Nossos resultados sugerem que linfócitos respondem bem a transfecção por eletroporação com o gene da MRP1/bomba GS-X e que a presença desta proteína possa conferir resistência ao tratamento com substâncias eletrofílicas de maneira a ajustar o estado redox celular mais rapidamente, o que impede o efeito citotóxico destas substâncias.