Lignin extraction, purification and depolymerization study

280 p. : il.

Part 1: Longitudinal static and dynamic effects in semiconductor lasers. Part II: Spectral characteristics of passively mode-locked quantum well lasers

In the first part of this thesis a study of the effect of the longitudinal distribution of optical intensity and electron density on the static and dynamic behavior of semiconductor lasers is performed. A static model for above threshold operation of a single mode laser, consisting of multiple active and passive sections, is developed by calculating the longitudinal optical intensity distribution and electron density distribution in a self-consistent manner. Feedback from an index and gain Bragg grating is included, as well as feedback from discrete reflections at interfaces and facets. Longitudinal spatial holeburning is analyzed by including the dependence of the gain and the refractive index on the electron density. The mechanisms of spatial holeburning in quarter wave shifted DFB lasers are analyzed. A new laser structure with a uniform optical intensity distribution is introduced and an implementation is simulated, resulting in a large reduction of the longitudinal spatial holeburning effect.

A dynamic small-signal model is then developed by including the optical intensity and electron density distribution, as well as the dependence of the grating coupling coefficients on the electron density. Expressions are derived for the intensity and frequency noise spectrum, the spontaneous emission rate into the lasing mode, the linewidth enhancement factor, and the AM and FM modulation response. Different chirp components are identified in the FM response, and a new adiabatic chirp component is discovered. This new adiabatic chirp component is caused by the nonuniform longitudinal distributions, and is found to dominate at low frequencies. Distributed feedback lasers with partial gain coupling are analyzed, and it is shown how the dependence of the grating coupling coefficients on the electron density can result in an enhancement of the differential gain with an associated enhancement in modulation bandwidth and a reduction in chirp.

In the second part, spectral characteristics of passively mode-locked two-section multiple quantum well laser coupled to an external cavity are studied. Broad-band wavelength tuning using an external grating is demonstrated for the first time in passively mode-locked semiconductor lasers. A record tuning range of 26 nm is measured, with pulse widths of typically a few picosecond and time-bandwidth products of more than 10 times the transform limit. It is then demonstrated that these large time-bandwidth products are due to a strong linear upchirp, by performing pulse compression by a factor of 15 to a record pulse widths as low 320 fs.

A model for pulse propagation through a saturable medium with self-phase-modulation, due to the a-parameter, is developed for quantum well material, including the frequency dependence of the gain medium. This model is used to simulate two-section devices coupled to an external cavity. When no self-phase-modulation is present, it is found that the pulses are asymmetric with a sharper rising edge, that the pulse tails have an exponential behavior, and that the transform limit is 0.3. Inclusion of self-phase-modulation results in a linear upchirp imprinted on the pulse after each round-trip. This linear upchirp is due to a combination of self-phase-modulation in a gain section and absorption of the leading edge of the pulse in the saturable absorber.

Enhancing Kerr nonlinearity in an asymmetric double quantum well via Fano interference

We investigate the enhancement of Kerr nonlinearity in an asymmetric GaAs double quantum well via Fano interference, which is caused by tunneling from the excited subband to the continuum. In our structure, owing to Fano interference, the Kerr nonlinearity can be enhanced by appropriately choosing the values of the detunings and the intensity of the pump field, while cancel the linear and nonlinear absorptions.

Hatchery construction and its feasibility in the Nigerian economy

Aquaculture drive in the Niger Delta has necessitated the springing up of various forms of hatcheries in Nigeria in the area. The hatchery level is high as most fish farmers now want to produce their own fingerlings for the stocking of their production ponds for culture to market (table) size. The paper shows that there is a lot of market in the Niger-Delta for fresh fish. Majority of the numerous fish farmers are not well empowered to breed and produce fish seeds especially species most loved and eaten. The rising cost of materials in the Nigerian economy has become a bottleneck in the construction of more fish hatcheries for fingerling production. However, the assistance of multinationals has become very necessary to enhance its feasibility to encourage better involvement in the fish hatchery works. One remarkable area where assistance is being felt by the communities in the Niger-Delta is in fish farming and more so in the supply of fish fingerling to top fish farmers by The Shell Petroleum Development Company of Nigeria Limited (SPDC), a multinational oil company in the area. Few fish farmers have benefited from this. If more hatcheries are available to service and provide the needed fingerlings to stock the available water bodies such as, home backyard ponds, the 0.74 million hectares of brackish water, 1.01 million hectares of perennial swamps, and other marginal land available for aquaculture and properly managed, it will yield between 2.5 and 10 metric tones of fish depending on the species stocked and bred

Third harmonic enhancement due to Fano interference in semiconductor quantum well

We investigate the emission spectra of the semiconductor quantum well for few-cycle and sub-cycle pulse exciting. We find that Fano interference may induce third harmonic enhancement. Third harmonic enhancement varies with the magnitude and duration of the incident pulse, and may be enhanced by approximately one order of magnitude for the low intensity region of the sub-cycle incident pulse exciting.

Carrier-envelope phase control of carrier-wave Rabi flopping in asymmetric semiparabolic quantum well

We investigate the carrier-wave Rabi flopping effects in an asymmetric semiparabolic semiconductor quantum well (QW) with few-cycle pulse. It is found that higher spectral components of few-cycle ultrashort pulses in the semiparabolic QW depend crucially on the carrier-envelope phase (CEP) of the few-cycle ultrashort pulses: continuum and distinct peaks can be achieved by controlling the CEP. Our results demonstrate that by adjusting the CEP of few-cycle ultrashort pulses, the intersubband dynamics in the asymmetric semiparabolic QW can be controlled in an ultrashort timescale with moderate laser intensity. (c) 2008 Optical Society of America.

Tunneling-induced large cross-phase modulation in an asymmetric quantum well

We propose an asymmetric double AlGaAs/GaAs quantum well structure with a common continuum to generate a large cross-phase modulation (XPM). It is found, owing to resonant tunneling, that a large XPM can be achieved with vanishing linear and two-photon absorptions. (c) 2007 Optical Society of America.

Análisis del proceso de friction drilling. Viabilidad de la unión de materiales disimilares en uniones atornilladas sin tuerca, compatibilidad de la unión

[ES]En este trabajo se expone un estudio experimental del proceso de taladrado por fricción, más conocido como Friction Drilling y posterior roscado por laminación, en uniones de chapas de acero y aluminio, muy utilizadas en multitud de sectores, que se caracteriza por la ausencia de tuercas. La base de esta técnica es el calor producido por el rozamiento al entrar en contacto la herramienta rotativa con el material, causando el reblandecimiento del material, la fluencia y la deformación de éste. De este modo, se generará una copa cónica, que se roscará por laminación. En este trabajo se va a estudiar la viabilidad del proceso experimentalmente, obteniendo variables de entrada del proceso óptimas que generen una unión de calidad, atendiendo a diferentes aspectos. Sin embargo, se centra sobre todo en analizar la calidad de la unión en lo que se refiere a la compatibilidad de los materiales. Se estudiará la corrosión galvánica por una parte entre acero y aluminio y, por otra parte, entre acero, aluminio y el material del tornillo. Una vez concluido el trabajo, se espera obtener un proceso de unión de materiales disímiles sin tuerca, ofreciendo una mayor calidad que los procesos implementados actualmente.

Análisis del proceso de Friction Drilling: Análisis de la calidad de la junta atornillada

[ES]En el presente trabajo, se pretende optimizar la unión atornillada de chapas de dos materiales disimilares (acero y aluminio) mediante un proceso no convencional, el taladrado por fricción. Dicho proceso está orientado a la calderería fina, sector en el cual tiene gran número de aplicaciones. Se comenzará con una serie de ensayos iníciales y se procederá a realizar pruebas sistemáticas. Se realizarán mediciones de temperaturas, momentos torsores y fuerzas, y se analizaran las tolerancias dimensionales generadas por el proceso para la elección de los parámetros óptimos. El documento se centrará en analizar de forma teórica el comportamiento mecánico de la unión y de los ensayos de tracción correspondientes. Esto servirá para realizar los futuros ensayos de calidad y posteriormente comparar los resultados con los de las uniones convencionales.

Fundamentos da exploração de petróleo e gás natural e análise geoeconômica da matriz energética brasileira atual e projeções futuras

A análise da matriz energética mundial, assim como a brasileira, nos mostra que o gás natural representará em breve um importante insumo energético favorecendo a balança de pagamentos nacional, visto que o gás poderá ser usado tanto para consumo interno, quanto para exportação. O aumento das reservas nacionais de hidrocarbonetos se deve ao desenvolvimento de tecnologias, que favoreceram o conhecimento das bacias brasileiras quanto ao seu potencial produtor de combustíveis fósseis, permitindo a descoberta de novas jazidas. O amadurecimento do mercado nacional quanto ao consumo de gás natural passa pela construção de uma infraestrutura robusta, eficiente e que possibilite a captação, o armazenamento e distribuição do mesmo. O Brasil tem todos os requisitos necessários para adentrar ao seleto grupo de países exportadores de hidrocarbonetos, a descoberta do Pré-sal tende a incrementar a importância do gás natural para o país. Ao final do trabalho são descritos cenários futuros (quanto o consumo de energéticos), onde se vê que o consumo de energia para os próximos anos crescerá a taxas superiores as das duas últimas décadas. Análise destes cenários permite antecipar o interesse de futuros investimentos no desenvolvimento do conhecimento geológico para áreas promissoras.

Arquitetura crustal da bacia de Almada no contexto das bacias da margem lesste da América do Sul

A Bacia de Almada, localizada no estado da Bahia, compartilha características similares com as outras bacias da margem leste do Brasil, quando é analisada segundo aspectos como os processos sedimentares e o regime de esforço dominante durante a sua formação. Observa-se uma diferença marcante em relação as outras bacias quando é analisada sob a ótica da composição da crosta transicional, uma vez que não se registra atividade vulcânica durante a fase rifte. A aquisição de um extenso levantamento sísmico 3D, com cabos de 6 km de comprimento e 9.2 segundos de tempo de registro (tempo sísmico duplo), resultaram em imagens sísmicas de boa qualidade das estruturas profundas do rifte. Adicionalmente, estudos de modelagem gravimétrica foram integrados com a análise sísmica para corroborar o modelo geológico. A Bacia de Almada é parte dos sistemas de rifte continentais, desenvolvidos durante o Berriasiano até o Aptiano, que antecederam a quebra do continente do Gondwana, evoluindo posteriormente para uma margem passiva divergente. O processo do rifteamento desenvolveu cinco sub-bacias de orientação NNE-SSO, desde posições terrestres até marinhas profundas, produzindo um arcabouço estrutural complexo. Os perfis da sísmica profunda mostram o afinamento progressivo da crosta continental até espessuras da ordem de 5 km, abaixo da sub-bacia mais oriental, com fatores de estiramento crustal próximo a 7 antes do desenvolvimento de crosta oceânica propriamente dita. As imagens sísmicas de boa qualidade permitem também o reconhecimento de sistemas de falhas lístricas que se iniciam na crosta superior, evoluem atravessando a crosta e conectando as sub-bacias para finalizar em um descolamento horizontal na crosta inferior estratificada. Adicionalmente, a bacia apresenta um perfil assimétrico, compatível com mecanismos de cisalhamento simples. As margens vulcânicas (VM) e não vulcânicas (NVM), são os extremos da análise composicional das margens divergentes continentais. Na Bacia de Almada não se reconhecem os elementos arquiteturais típicos das VM, tais como são as grandes províncias ígneas, caracterizadas por cunhas de refletores que mergulham em direção ao mar e por intenso vulcanismo pré- e sin-rifte nas bacias. Embora a margem divergente do Atlântico Sul seja interpretada tradicionalmente como vulcânica, o segmento do rifte ao sul do Estado da Bahia apresenta características não-vulcânicas, devido à ausência destes elementos arquiteturais e aos resultados obtidos nas perfurações geológicas que eventualmente alcançam a seqüência rifte e embasamento. Regionalmente a margem divergente sul-americana é majoritariamente vulcânica, embora a abundância e a influência do magmatísmo contemporâneo ao rifte seja muito variável. Ao longo da margem continental, desde a Bacia Austral no sul da Argentina, até a Bacia de Pernambuco no nordeste do Brasil, podem ser reconhecidos segmentos de caráter vulcânico forte, médio e não vulcânico. Nos exemplos clássicos de margens não vulcânicas, como a margem da Ibéria, a crosta transicional é altamente afinada podendo apresentar evidências de exumação de manto. Na Bacia de Almada, a crosta transicional apresenta importante estiramento embora não haja evidências concretas de exumação de manto. Os mecanismos responsáveis pela geração e intrusão dos grandes volumes de magma registrados nas margens divergentes são ainda sujeitos a intenso debate. Ao longo da margem divergente sul-americana há evidências da presença dos mecanismos genéticos de estiramento litosférico e impacto de plumas. Alternativamente estes dois mecanismos parecem ter tido um papel importante na evolução tectônica da margem sudeste e sul, diferenciando-as da margem continental onde foi implantada a Bacia de Almada.

Determinação da viscosidade de misturas assimétricas em alta pressão usando regras de mistura

O conhecimento de propriedades de transporte de misturas a diferentes pressões e temperaturas é importante em projetos, operação, controle e otimização de processos industriais. Nestes processos, frequentemente, o fluido é uma mistura binária ou multicomponente de hidrocarbonetos, como fluidos de petróleo. Propriedades experimentais de misturas, especialmente, a viscosidade absoluta como função de temperatura e pressão, podem fornecer importantes informações sobre o comportamento do fluido em diferentes composições e são usadas no desenvolvimento de modelos e correlações e na caracterização de misturas complexas. Diversas regras de mistura têm sido propostas na literatura para cálculo de viscosidade de misturas. Estas regras de mistura preveem o comportamento da mistura à pressão atmosférica usando propriedades dos componentes puros. Porém, em diversas aplicações é necessário estimar a viscosidade de misturas a altas pressões. Neste estudo, foram avaliadas regras de mistura comumente usadas como Refutas, Fator de Mistura, Índice de Mistura, Grunberg e Nissan, Kendall-Monroe e Eyring bem como Aditividade Molar, usando dados de viscosidade experimental de misturas em altas pressões. Inicialmente, foram realizadas medidas de viscosidade absoluta para a mistura altamente assimétrica de ciclohexano e n-hexadecano na faixa de temperatura entre (318,15 a 413,15) K e pressões até 62,053 MPa e, para este sistema, um modelo foi proposto para cálculo dos componentes puros para dada temperatura e pressão. Além disso, dados experimentais de viscosidade de trinta misturas cujos componentes diferem em forma, tamanho ou flexibilidade foram selecionados na literatura e modelados empregando-se regras de mistura. As viscosidades das misturas foram estimadas a partir de dados de viscosidade experimental dos componentes puros medidos nas mesmas temperaturas e pressões. A altas pressões, Refutas, Fator de Mistura e Índice de Mistura apresentaram os melhores resultados para todos os sistemas estudados. Mesmo para moléculas bastante assimétricas, Refutas, Fator de Mistura e Índice de Mistura podem ser usados.

Modelagem do Equilíbrio de Fases entre Hidrocarbonetos Leves e Pesados

O comportamento de fases para sistemas binários com um hidrocarboneto leve e um pesado é muito importante tanto para o projeto real de um processo quanto para o desenvolvimento de modelos teóricos. Para atender a crescente demanda por informação experimental de equilíbrio de fases a altas pressões, o objetivo deste estudo é obter uma metodologia que substitua parcialmente ou maximize a pouca informação experimental disponível. Para isto propõe-se a modelagem do equilíbrio de fases em misturas de hidrocarboneto leve com um pesado, sem o conhecimento da estrutura molecular do pesado, inferindo-se os parâmetros do modelo a partir da modelagem de dados de ponto de bolha obtidos na literatura. Esta metodologia implica não só na descrição do equilíbrio de fases de um sistema como na estimação das propriedades críticas do pesado, de difícil obtenção devido ao craqueamento destes a altas temperaturas. Neste contexto, este estudo apresenta uma estratégia que estima indiretamente as propriedades críticas dos compostos pesados. Para isto, foram correlacionados dados experimentais de ponto de bolha de misturas binárias contendo um hidrocarboneto leve e um pesado, usando-se dois modelos: o de Peng-Robinson e o TPT1M (Teoria da Polimerização Termodinâmica de primeira ordem de Wertheim modificada). Os parâmetros ajustados com o modelo de Peng-Robinson correspondem diretamente às propriedades críticas do composto pesado, enquanto os ajustados com o modelo TPT1M foram usados para obtê-las. Esta estratégia fornece parâmetros dependentes do modelo, porém permite o cálculo de outras propriedades termodinâmicas, como a extrapolação da temperatura dos dados estudados. Além disso, acredita-se que a correlação dos parâmetros obtidos com as propriedades críticas disponíveis ajudará na caracterização de frações pesadas de composição desconhecida

Avaliação de diferentes estratégias de biorremediação no tratamento de solo contaminado por diesel B5

No Brasil, a contaminação do solo por derramamentos de combustíveis representa um dos mais graves problemas ambientais e o impacto da introdução de novas misturas como diesel/biodiesel na matriz energética requer investigação quanto a tecnologias apropriadas de remediação. O presente estudo teve por objetivo avaliar diferentes estratégias de biorremediação no tratamento de solo contaminado experimentalmente com óleo diesel B5. Foram conduzidos três experimentos. No primeiro, quatro microcosmos em duplicata, contendo 500 g de solo e 5% (p/p) de óleo diesel B5, todos suplementados com oxigênio através de revolvimento manual e com ajuste de umidade, tiveram como tratamentos: bioestímulo com ajuste de pH (BE1); bioestímulo com ajuste de pH e nutrientes (BE2); bioaumento com ajuste de pH, nutrientes e adição de consórcio microbiano comercial KMA (BAM) e; controle abiótico, com ajuste de pH e solo esterilizado em autoclave (PA). Paralelamente, foi conduzido tratamento por bioaumento com ajuste de pH e nutrientes, suplementação de oxigênio e consórcio KMA, em solo contaminado apenas por diesel a 5% (BAD). A população microbiana foi monitorada através da contagem de UFC e os tratamentos, avaliados pela remoção de carbono orgânico e de hidrocarbonetos de petróleo (n-alcanos C10-C36). No segundo experimento, o metabolismo microbiano aeróbio foi avaliado através da produção de CO2 em respirômetros de Bartha (triplicatas), em solo contaminado com 5% (p/p) de óleo diesel B5, ajustado para pH e umidade, nas seguintes condições: solo com adição do consórcio KMA; solo com adição de cultura microbiana obtida a partir de outro solo proveniente de um posto de combustível com histórico de vazamento de tanques (RES) e; solo esterilizado por adição de azida de sódio a 0,3% (p/p). Como controle, solo sem contaminação, com sua população microbiana autóctone. No terceiro experimento, a capacidade da microbiota autóctone (EX), assim como do consórcio KMA e da cultura RES, em biodegradar óleo diesel B5, diesel e biodiesel de soja foi testada através do uso de indicadores de oxirredução DCPIP e TTC. Os experimentos em microcosmos indicam que houve uma complementaridade metabólica entre a população nativa e o consórcio comercial de microorganismos KMA, cuja presença promoveu um decaimento mais rápido de n-alcanos nas primeiras semanas do experimento. No entanto, após 63 dias de experimento, os tratamentos BAM, BAD e BE2 apresentaram, respectivamente, em média, 92,7%, 89,4% e 81,7% de remoção dos hidrocarbonetos n-alcanos C10-C36, sendo tais diferenças, sem significância estatística. Nos respirômetros, o bioaumento com cultura microbiana RES apresentou a maior produção de CO2 e a maior remoção de hidrocarbonetos (46,2%) após 29 dias. Tanto nos ensaios em microcosmos quanto nos respirométricos, não foi possível estimar a contribuição dos processos abióticos, tendo em vista evidências da existência de atividade microbiana no solo esterilizado térmica ou quimicamente. Os ensaios com os dois indicadores redox mostraram que apenas a microbiota nativa do solo em estudo e a cultura microbiana RES apresentaram potencial para degradar óleo diesel B5, biodiesel de soja ou diesel, quando colocadas em meio mineral contendo tais combustíveis como única fonte de carbono.