Ecologia de Astyanax taeniatus na Bacia do Rio Mato Grosso, Saquarema - RJ: Dieta, uso do micro-hábitat e uma breve análise comportamental

Neste trabalho tivemos como objetivo caracterizar a dieta, uso do habitat e padrões comportamentais de Astyanax taeniatus da bacia do Rio Mato Grosso, que encontra-se na porção leste do Estado do Rio de Janeiro (22 52 S; 42 40 W e 22 53 S; 42 34 W). Para a análise da dieta, os exemplares foram coletados bimestralmente entre março de 2006 e janeiro de 2007 em três localidades que diferiram pelas variáveis físicas. As observações de uso dos recursos do habitat foram realizadas por observação subaquática, na posição focal dos exemplares avistados, enquanto a quantificação da disponibilidade foi realizada em 50 quadrats de 20x20cm (400cm2) ao longo dos mesmos 50m onde foi realizada a observação sub-aquática. A análise do conteúdo estomacal de 651 exemplares foi realizada sob microscópio estereoscópico de acordo com métodos qualitativos e quantitativos (Freqüência de Ocorrência e Volumétrica). A participação relativa de cada item registrado nos estômagos em relação à totalidade da dieta foi analisada através do Índice Alimentar (IAi). Para verificar possíveis diferenças entre as proporções dos itens de origem animal e vegetal, autóctone e alóctone, os valores proporcionais foram testados pelo 2 de contingência. A partir dos dados de comprimento padrão e comprimento do intestino, foi calculado o valor do quociente intestinal. Os itens de origem vegetal tiveram maior contribuição na dieta da espécie para as localidades com maior altitude, enquanto os itens animais tiveram maior contribuição na localidade baixa. A diferença na contribuição dos itens de origem autóctone e alóctone também foi significativa. Na dieta de jovens e adultos, houve diferença significativa na contribuição de itens de origem vegetal e animal somente na localidade mais alta, onde os adultos consumiram maior quantidade de matéria vegetal. Os valores médios de quociente intestinal em jovens e adultos foram significativamente diferentes nas localidades de maior altitude, com valores maiores para indivíduos adultos. Observamos 52% dos indivíduos em profundidades entre 30 e 45 cm, 72% em áreas de rápido, 72% em velocidades entre 0 e 0,5km/h, 66% encontravam-se distantes da margem entre 40 e 120 cm, 37,6% em substrato do tipo areia e 34,4% em substrato do tipo pedra. De todos os padrões comportamentais observados, aquele que mais se destacou foi o forrageamento, onde 70,91% dos indivíduos estavam forrageando no meio da coluna dágua. Os resultados da dieta reforçam a idéia de as espécies de Astyanax têm hábito alimentar onívoro e oportunista, onde a espécie alimentou-se dos recursos disponíveis no ambiente evidenciando sua alta plasticidade alimentar ao longo do riacho. Espécies do gênero Astyanax são consideradas generalistas em relação ao uso do habitat e altamente ativas, corroborando com os resultados do presente estudo.

Toxicidade e bioacumulação de cobre em micro-organismos fotoautotróficos

Microalgas e cianobactérias têm sido amplamente recomendadas para biomonitoração de metais pesados e outros poluentes, sendo considerados indicadores sensíveis às alterações ambientais e utilizados como organismos testes na regulamentação dos níveis de metal. Estes micro-organismos fotossintetizantes são produtores primários da base da cadeia alimentar aquática e são os primeiros a serem afetados pela poluição por metais pesados. O cobre é um metal normalmente considerado como nutriente essencial para a vida aquática mas pode ser tóxico para algumas espécies. Portanto, neste estudo foram avaliados o efeito tóxico e a bioacumulação de cobre (II) em quatro espécies de micro-organismos fotoautotróficos componentes do fitoplâncton dulcícola, duas cianobactérias filamentosas (Anabaena sp. e Oscillatoria sp) e duas microalgas da classe das clorofíceas (Monorraphidium sp. e Scenedesmus sp.). O meio de cultivo utilizado nos ensaios foi o ASM-1 com e sem a presença de cobre (0,6 mg/L a 12 mg Cu2+/L) onde, o efeito tóxico do metal foi monitorado por contagem celular para as microalgas e por peso seco para as cianobactérias. A bioacumulação do metal foi avaliada da mesma forma para todos os micro-organismos, através de coletas de amostras no decorrer do experimento e determinação da concentração de cobre em solução por espectrometria de absorção atômica com chama. Os resultados obtidos mostram que o efeito tóxico do metal é diretamente proporcional à concentração inicial para os micro-organismos estudados, mas que o cobre (II) foi mais tóxico para as cianobactérias que para as microalgas verdes. A bioacumulação teve uma relação direta com o efeito tóxico do metal sobre os micro-organismos. Os resultados obtidos permitem sugerir que cobre (II) tem efeito negativo no fitoplâncton, inibindo o crescimento e alterando parâmetros metabólicos como a fotossíntese. A bioacumulação do metal pode comprometer os níveis tróficos da cadeia alimentar, afetando seu transporte para seres superiores

Dynamic characterization of micro-particle systems

Ordered granular systems have been a subject of active research for decades. Due to their rich dynamic response and nonlinearity, ordered granular systems have been suggested for several applications, such as solitary wave focusing, acoustic signals manipulation, and vibration absorption. Most of the fundamental research performed on ordered granular systems has focused on macro-scale examples. However, most engineering applications require these systems to operate at much smaller scales. Very little is known about the response of micro-scale granular systems, primarily because of the difficulties in realizing reliable and quantitative experiments, which originate from the discrete nature of granular materials and their highly nonlinear inter-particle contact forces.

In this work, we investigate the physics of ordered micro-granular systems by designing an innovative experimental platform that allows us to assemble, excite, and characterize ordered micro-granular systems. This new experimental platform employs a laser system to deliver impulses with controlled momentum and incorporates non-contact measurement apparatuses to detect the particles’ displacement and velocity. We demonstrated the capability of the laser system to excite systems of dry (stainless steel particles of radius 150 micrometers) and wet (silica particles of radius 3.69 micrometers, immersed in fluid) micro-particles, after which we analyzed the stress propagation through these systems.

We derived the equations of motion governing the dynamic response of dry and wet particles on a substrate, which we then validated in experiments. We then measured the losses in these systems and characterized the collision and friction between two micro-particles. We studied wave propagation in one-dimensional dry chains of micro-particles as well as in two-dimensional colloidal systems immersed in fluid. We investigated the influence of defects to wave propagation in the one-dimensional systems. Finally, we characterized the wave-attenuation and its relation to the viscosity of the surrounding fluid and performed computer simulations to establish a model that captures the observed response.

The findings of the study offer the first systematic experimental and numerical analysis of wave propagation through ordered systems of micro-particles. The experimental system designed in this work provides the necessary tools for further fundamental studies of wave propagation in both granular and colloidal systems.

Real-time micro-vibration measurement in sinusoidal phase-modulating interferometry

As there exist some problems with the previous laser diode (LD) real-time microvibration measurement interferometers, such as low accuracy, correction before every use, etc., in this paper, we propose a new technique to realize the real-time microvibration measurement by using the LD sinusoidal phase-modulating interferometer, analyze the measurement theory and error, and simulate the measurement accuracy. This interferometer utilizes a circuit to process the interference signal in order to obtain the vibration frequency and amplitude of the detective signal, and a computer is not necessary in it. The influence of the varying light intensity and light path difference on the measurement result can be eliminated. This technique is real-time, convenient, fast, and can enhance the measurement accuracy too. Experiments show that the repeatable measurement accuracy is less than 3.37 nm, and this interferometer can be applied to real-time microvibration measurement of the MEMS. (C) 2007 Elsevier GmbH. All rights reserved.

Estimation of catalyst activity profiles and deactivation parameters from reactor operating data with applications to naphtha reforming

Techniques are developed for estimating activity profiles in fixed bed reactors and catalyst deactivation parameters from operating reactor data. These techniques are applicable, in general, to most industrial catalytic processes. The catalytic reforming of naphthas is taken as a broad example to illustrate the estimation schemes and to signify the physical meaning of the kinetic parameters of the estimation equations. The work is described in two parts. Part I deals with the modeling of kinetic rate expressions and the derivation of the working equations for estimation. Part II concentrates on developing various estimation techniques.

Part I: The reactions used to describe naphtha reforming are dehydrogenation and dehydroisomerization of cycloparaffins; isomerization, dehydrocyclization and hydrocracking of paraffins; and the catalyst deactivation reactions, namely coking on alumina sites and sintering of platinum crystallites. The rate expressions for the above reactions are formulated, and the effects of transport limitations on the overall reaction rates are discussed in the appendices. Moreover, various types of interaction between the metallic and acidic active centers of reforming catalysts are discussed as characterizing the different types of reforming reactions.

Part II: In catalytic reactor operation, the activity distribution along the reactor determines the kinetics of the main reaction and is needed for predicting the effect of changes in the feed state and the operating conditions on the reactor output. In the case of a monofunctional catalyst and of bifunctional catalysts in limiting conditions, the cumulative activity is sufficient for predicting steady reactor output. The estimation of this cumulative activity can be carried out easily from measurements at the reactor exit. For a general bifunctional catalytic system, the detailed activity distribution is needed for describing the reactor operation, and some approximation must be made to obtain practicable estimation schemes. This is accomplished by parametrization techniques using measurements at a few points along the reactor. Such parametrization techniques are illustrated numerically with a simplified model of naphtha reforming.

To determine long term catalyst utilization and regeneration policies, it is necessary to estimate catalyst deactivation parameters from the the current operating data. For a first order deactivation model with a monofunctional catalyst or with a bifunctional catalyst in special limiting circumstances, analytical techniques are presented to transform the partial differential equations to ordinary differential equations which admit more feasible estimation schemes. Numerical examples include the catalytic oxidation of butene to butadiene and a simplified model of naphtha reforming. For a general bifunctional system or in the case of a monofunctional catalyst subject to general power law deactivation, the estimation can only be accomplished approximately. The basic feature of an appropriate estimation scheme involves approximating the activity profile by certain polynomials and then estimating the deactivation parameters from the integrated form of the deactivation equation by regression techniques. Different bifunctional systems must be treated by different estimation algorithms, which are illustrated by several cases of naphtha reforming with different feed or catalyst composition.

Understanding Micro- and Macro-Mechanics of Soil Liquefaction: A Necessary Step for Field-Scale Assessment

Liquefaction is a devastating instability associated with saturated, loose, and cohesionless soils. It poses a significant risk to distributed infrastructure systems that are vital for the security, economy, safety, health, and welfare of societies. In order to make our cities resilient to the effects of liquefaction, it is important to be able to identify areas that are most susceptible. Some of the prevalent methodologies employed to identify susceptible areas include conventional slope stability analysis and the use of so-called liquefaction charts. However, these methodologies have some limitations, which motivate our research objectives. In this dissertation, we investigate the mechanics of origin of liquefaction in a laboratory test using grain-scale simulations, which helps (i) understand why certain soils liquefy under certain conditions, and (ii) identify a necessary precursor for onset of flow liquefaction. Furthermore, we investigate the mechanics of liquefaction charts using a continuum plasticity model; this can help in modeling the surface hazards of liquefaction following an earthquake. Finally, we also investigate the microscopic definition of soil shear wave velocity, a soil property that is used as an index to quantify liquefaction resistance of soil. We show that anisotropy in fabric, or grain arrangement can be correlated with anisotropy in shear wave velocity. This has the potential to quantify the effects of sample disturbance when a soil specimen is extracted from the field. In conclusion, by developing a more fundamental understanding of soil liquefaction, this dissertation takes necessary steps for a more physical assessment of liquefaction susceptibility at the field-scale.

Evolución de la tecnología micro-nanoelectrónica a través de patentes

El trabajo tiene como objetivos mostrar el uso de las patentes como medio de difusión de conocimiento y encontrar las claves más significativas de la evolución de la tecnología escogida.

Estimating the underwater shape of tuna longlines with micro-bathythermographs

An estimation method for the three-dimensional underwater shape of tuna longlines is developed, using measurements of depth obtained from micro-bathythermographs (BTs) attached to the main line at equally spaced intervals. The shape of the main line is approximated by a model which consists of a chain of unit length lines (folding-rule model), where the junction points are placed at the observed depths. Among the infinite number of possible shapes, the most likely shape is considered to be the smoothest one that can be obtained with a numerical optimization algorithm. To validate the method, a series of experimental longline operations were conducted in the equatorial region of the eastern Pacific Ocean, using 13 or 14 micro-BTs per basket of main line. Concurrent observations of oceanographic conditions (currents and temperature structure) were obtained. The shape of the main line can be calculated at arbitrary times during operations. Shapes were consistent with the current structure. On the equator, the line was elevated significantly by the Equatorial Undercurrent. It is shown that the shape of main line depends primarily upon the vertical shear and direction of the current relative to the gear. Time sequences of calculated shapes reveals that observed periodic (1-2 hours) oscillations in depth of the gear was caused by swinging movements of the main line. The shortening rate of the main line is an important parameter for formulating the shape of the longline, and its precise measurement is desirable.

Obtenção do copolímero de acrilonitrila e vinil-imidazol a partir da modificação química da poliacrilonitrila

Polímeros contendo anéis heterocíclicos, como o imidazol, possuem um grande interesse comercial e científico devido ao seu emprego em diversas áreas. Esses polímeros podem ser obtidos pela modificação química de polímeros comerciais como a poliacrilonitrila. Geralmente, esse tipo de reação é realizada por aquecimento convencional (térmico). Entretanto, mais recentemente, a irradiação por micro-ondas também começou a ser utilizada como fonte de energia para esse fim. Nesta Dissertação foi estudada, comparativamente, a modificação química da poliacrilonitrila comercial com etilenodiamina sob ativação de P2S5, empregando como fonte de aquecimento: o método convencional (térmico) e irradiação de micro-ondas, geradas em forno de micro-ondas doméstico e em reator de micro-ondas (Discover CEM), para produzir o copolímero de poliacrilonitrila e 2-vinil-imidazol. As reações foram efetuadas em diferentes tempos reacionais, em diferentes temperaturas no reator de micro-ondas e em diferentes potências do forno doméstico. Os copolímeros produzidos foram caracterizados por espectroscopia na região do infravermelho (FTIR) e por ressonância magnética de núcleo de hidrogênio (NMR-1H). A poliacrilonitrila foi modificada quimicamente com sucesso em todos os métodos empregados, como foi verificado pela sua análise de FTIR. Os melhores resultados obtidos foram: em 48 h de aquecimento térmico, 20 min de irradiação de micro-ondas em forno doméstico e 20 min a 80C em reator de micro-ondas, no entanto todas as análises indicaram uma derivatização abaixo de 10 %