Otimização de multiprodutos em povoamentos florestais

O objetivo principal deste estudo foi a otimização da colheita de toras, visando a sua conversão em multiprodutos. Para isto, foram utilizados dados provenientes de povoamentos de Eucalyptus grandis, localizados no município de Sabinópolis-MG. Para realização da conversão otimizada, utilizaram-se informações a respeito das alternativas de comercialização da madeira produzida nos povoamentos e das características dos produtos. Foram consideradas três alternativas de uso para as toras: madeira para celulose, energia e serraria, com diferentes dimensões quanto aos diâmetros mínimo e máximo e ao comprimento das toras. O problema inicial foi estabelecer para cada alternativa de uso a combinação otimizada que proporcionasse maior rendimento. Os resultados da otimização demonstraram que os comprimentos de 1,1, 2,0 e 2,2 m (toras para energia, serraria e celulose, respectivamente) proporcionaram maior rendimento volumétrico. Após selecionar o comprimento ótimo da tora para cada alternativa de uso, considerou-se a combinação desses comprimentos a fim de verificar a viabilidade da destinação dos povoamentos para multiprodutos. Para constatar se as otimizações realizadas representaram as opções mais lucrativas para o povoamento em estudo, fez-se uma análise financeira da produção, através do método do valor presente líquido (VPL), para verificar se o uso da madeira para multiprodutos é mais lucrativo que a destinação da madeira para um só uso (celulose ou energia ou serraria). Os valores obtidos indicaram que a colheita florestal, visando o uso múltiplo, é mais rentável que o uso único. Assim, os multiprodutos demonstraram ser a melhor alternativa de remuneração do produto advindo de povoamentos florestais.

Leptogenesis as the origin of matter-antimatter asymmetry in extra dimensional and supersymmetric models

The Standard Model of particle physics is currently the best description of fundamental particles and their interactions. All particles save the Higgs boson have been observed in particle accelerator experiments over the years. Despite the predictive power the Standard Model there are many phenomena that the scenario does not predict or explain. Among the most prominent dilemmas is matter-antimatter asymmetry, and much effort has been made in formulating scenarios that accurately predict the correct amount of matter-antimatter asymmetry in the universe. One of the most appealing explanations is baryogenesis via leptogenesis which not only serves as a mechanism of producing excess matter over antimatter but can also explain why neutrinos have very small non-zero masses. Interesting leptogenesis scenarios arise when other possible candidates of theories beyond the Standard Model are brought into the picture. In this thesis, we have studied leptogenesis in an extra dimensional framework and in a modified version of supersymmetric Standard Model. The first chapters of this thesis introduce the standard cosmological model, observations made on the photon to baryon ratio and necessary preconditions for successful baryogenesis. Baryogenesis via leptogenesis is then introduced and its connection to neutrino physics is illuminated. The final chapters concentrate on extra dimensional theories and supersymmetric models and their ability to accommodate leptogenesis. There, the results of our research are also presented.

Otimização do layout de marcenarias no sul do espírito santo baseado em parâmetros ergonômicos e de produtividade

Este estudo foi realizado em três marcenarias no sul do Estado do Espírito Santo, com o objetivo de analisar o layout e propor mudanças que otimizem o funcionamento harmônico entre o local de trabalho e o trabalhador, considerando-se fatores ergonômicos, fluxo de produção e produtividade. A coleta de dados foi feita analisando-se as condições do ambiente de trabalho (clima, ruído, iluminação) e aplicando uma entrevista para avaliar as condições gerais e de segurança no trabalho. O layout foi avaliado por medições, observação da sequência de trabalho nas máquinas e aplicação do software AutoCAD 2000. Os resultados indicaram que o Índice de Bulbo Úmido e o Termômetro de Globo estavam de acordo com a Norma Regulamentadora nº 15 (atividade moderada), sendo de 26,38 ºC, em média. Os níveis médios de ruído foram de 87,48 dB (A), acima do permitido para uma jornada de 8 h diárias (NR 15). A luminosidade média, encontrada em duas marcenarias, ficou acima da faixa de iluminação mínima recomendada para esse trabalho de maquinarias (NBR 5413/92). Todas as marcenarias tinham disposição desordenada do maquinário em razão da sequência lógica de trabalho, presença de pilastras e resíduos na área útil e de passagem, piso desnivelado, falta de rampas para acesso aos galpões, manutenção de máquinas e equipamentos de forma incorreta, falhas no telhado e ausência de bancadas para facilitar a adoção de uma melhor postura durante o manuseio das peças.

Densidade básica e variação dimensional de um híbrido clonal de Eucalyptus urophylla x Eucalyptus grandis

Espécies de rápido crescimento como as do gênero Eucalyptus apresentam sérios problemas durante as diversas fases de processamento de desdobro, secagem e beneficiamento. Assim, este trabalho objetivou estudar as propriedades físicas da madeira de um híbrido clonal de Eucalyptus urophylla x Eucalyptus grandis de duas idades, provenientes de regeneração florestal por talhadia simples e por reforma, em diferentes intensidades de desbaste, com diâmetros entre 28,0 e 30,0 cm. Os resultados indicaram que o extrato de maior idade com intervenção de dois desbastes (E2) apresentou os maiores valores médios da densidade básica ao longo do fuste e na direção medula-casca, além de menores contrações volumétricas médias e menor fator anisotrópico médio (1,66). Apesar de o extrato E1, com talhadia e 70 meses de idade, cujo fator anisotrópico médio foi igual a 1,92, ser próximo do extrato E3, em que foi realizada apenas uma reforma aos 70 meses de idade, com fator anisotrópico igual a 2,04 ao longo do fuste, o extrato E1 apresentou os menores resultados de densidade básica média e retratibilidade média na primeira tora em relação à segunda. O mesmo comportamento foi verificado na contração volumétrica. O coeficiente de anisotropia na tora 2 foi menor do que na tora 1, nos extratos E1 e E3.

Otimização do tempo necessário para o enraizamento de miniestacas de clones híbridos de Eucalyptus grandis

Cada uma das fases do processo de miniestaquia é essencial para o sucesso da produção de mudas. O presente estudo teve como objetivo avaliar o tempo para o enraizamento em miniestacas de cinco clones híbridos de Eucalyptus grandis e ajustar modelos que melhor expressem o comportamento dos materiais genéticos durante o processo rizogênico. O processo de enraizamento das miniestacas foi conduzido em casa de vegetação climatizada, e em intervalos de tempo regulares de três dias, foram realizadas avaliações do enraizamento adventício, até o 24º dia. Pelas análises, foi possível constatar peculiaridades em relação ao comportamento de cada clone durante o enraizamento e concluir que o tempo necessário para o processo difere entre os materiais genéticos, permitindo a identificação do ponto ótimo de enraizamento das miniestacas.

Modelling of combustion and sorbent reactions in three-dimensional flow environment of a circulating fluidized bed furnace

This thesis presents a three-dimensional, semi-empirical, steady state model for simulating the combustion, gasification, and formation of emissions in circulating fluidized bed (CFB) processes. In a large-scale CFB furnace, the local feeding of fuel, air, and other input materials, as well as the limited mixing rate of different reactants produce inhomogeneous process conditions. To simulate the real conditions, the furnace should be modelled three-dimensionally or the three-dimensional effects should be taken into account. The only available methods for simulating the large CFB furnaces three-dimensionally are semi-empirical models, which apply a relatively coarse calculation mesh and a combination of fundamental conservation equations, theoretical models and empirical correlations. The number of such models is extremely small. The main objective of this work was to achieve a model which can be applied to calculating industrial scale CFB boilers and which can simulate all the essential sub-phenomena: fluid dynamics, reactions, the attrition of particles, and heat transfer. The core of the work was to develop the model frame and the required sub-models for determining the combustion and sorbent reactions. The objective was reached, and the developed model was successfully used for studying various industrial scale CFB boilers combusting different types of fuel. The model for sorbent reactions, which includes the main reactions for calcitic limestones, was applied for studying the new possible phenomena occurring in the oxygen-fired combustion. The presented combustion and sorbent models and principles can be utilized in other model approaches as well, including other empirical and semi-empirical model approaches, and CFD based simulations. The main achievement is the overall model frame which can be utilized for the further development and testing of new sub-models and theories, and for concentrating the knowledge gathered from the experimental work carried out at bench scale, pilot scale and industrial scale apparatus, and from the computational work performed by other modelling methods.

Otimização da produção do carvão vegetal por meio do controle de temperaturas de carbonização

Embora nos últimos anos diversas pesquisas tenham sido desenvolvidas com o intuito de melhorar os índices de qualidade da madeira (densidade básica, composição química), grande parte da produção brasileira de carvão ainda ocorre em fornos com baixo rendimento gravimétrico e com emissões de gases poluentes. Na tentativa de alterar esse cenário, este trabalho objetivou avaliar o funcionamento de um sistema forno-fornalha e também o ajuste de faixas de controle da carbonização em função do tempo e da temperatura, levando-se em consideração a degradação térmica da madeira, com vistas a maximizar o rendimento em carvão vegetal. Foram construídos três fornos circulares de alvenaria acoplados a uma fornalha, para queima dos gases gerados durante a carbonização. O controle da carbonização foi realizado através da mensuração da temperatura interna com sensor infravermelho. De acordo com os resultados, o controle da carbonização realizado com base nas faixas de carbonização proporcionou rendimento médio de 33% de carvão, 8% de atiço e 3% de finos. A fornalha mostrou-se eficiente na redução de emissão de fumaça para o ambiente, funcionando durante um terço do tempo de carbonização. Conclui-se que o sistema forno-fornalha apresenta produção satisfatória de carvão vegetal, com baixa emissão de fumaça durante a carbonização da madeira.

Estabilidade dimensional e resistência à tração perpendicular de painéis fabricados com partículas termorretificadas oriundas de embalagens de Pinus sp.

O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito do tratamento térmico em algumas propriedades de painéis de partículas, produzidos com resíduos de embalagens de Pinus sp. Foi utilizado o adesivo à base de ureia-formaldeído, na quantidade de 8%. O experimento foi desenvolvido em um fatorial 4 x 3 x 3, sendo quatro proporções de partículas (25, 50, 75 e 100%), termorretificadas, três temperaturas de tratamento térmico (180, 200 e 220 ºC) e três repetições, totalizando 36 painéis. Foram produzidos mais três painéis com partículas sem tratamento térmico (testemunhas), totalizando 39 painéis. A absorção de água, inchamento em espessura e resistência à tração perpendicular foram determinadas de acordo com a Norma ABNT/NBR 14810-3 (2002). Os resultados desses testes foram comparados com os valores estabelecidos nas Normas ABNT/NBR 14810-3 (2002) e DIN 68 761 (1) (1961). A estabilidade dimensional dos painéis aumentou com a adição de partículas termorretificadas, enquanto as propriedades mecânicas foram reduzidas. O efeito da adição de partículas termorretificadas nas propriedades dos painéis é maior à medida que se utilizam maiores temperaturas de tratamento térmico.

OTIMIZAÇÃO DO USO DO TRATOR FLORESTAL Forwarder EM FUNÇÃO DA PRODUTIVIDADE, CUSTOS E CAPACIDADE DE CARGA1

RESUMOEsta pesquisa analisou a operação do trator florestal Forwarder em função das variáveis produtividades, custos e potencial de carga visando à sua otimização e consequente redução dos custos de produção. Foi realizada uma análise de sensibilidade para avaliar o grau de variação da produção em relação à redução dos tempos improdutivos. A otimização do uso do compartimento de carga do forwarder foi feita por meio de um estudo de medição do volume de madeira empilhada nas margens das estradas e, em conjunto com o valor da densidade da madeira fornecida pela empresa, da determinação do peso médio (tonelada) de madeira extraída em cada ciclo operacional do forwarder. Os resultados indicaram que, com a eliminação dos tempos improdutivos, é possível aumentar a produção do forwarder e reduzir o custo final da madeira em até 8,24%. Foi verificada uma ineficiência na otimização do potencial de carga do forwarder, de modo que o aumento do compartimento de carga até o limite de peso recomendado pelo fabricante poderá elevar a produtividade da máquina em 32,0%, 44,5% e 54,7% para povoamentos com volume médio individual de 0,19 m3.arv-1, 0,15 m3.árv-1 e 0,10 m3.arv-1, respectivamente. Foi verificado ainda que, em relação às distâncias médias de extração, não houve diferença significativa na produtividade da máquina até a distância de extração de 200 m.

Modelo dinâmico de simulação e otimização da força normal de reação do solo para um mecanismo de corte basal

O modelo físico foi baseado no método de Newton-Euler, sendo o mesmo desenvolvido utilizando o programa computacional científico Mathematica®. Realizaram-se várias simulações, nas quais se procurou obter a força normal de reação do solo variando velocidades de avanço (0,69; 1,12; 1,48; 1,82 e 2,12 m s-1); perfis de solo (senoidal, rampa ascendente e descendente) e altura do camalhão (0,025 e 0,05 m). Após as simulações iniciais, o mecanismo foi otimizado utilizando o programa computacional científico Matlab®, tendo como critério (função-objetivo) a minimização da força normal de reação do perfil (F N) e como variáveis de projeto os comprimentos das barras (L1y, L2, l3 e L4), altura da operação (L7), o comprimento inicial da mola (Lmo) e a constante elástica da mola (k t). A falta de robustez do mecanismo em relação à variável altura de operação foi contornada por meio do uso de mola com baixa rigidez e grande comprimento. Os resultados demonstraram que o mecanismo otimizado obteve desempenho de flutuação muito bom, em relação ao mecanismo inicial.

Projeto de um cortador de base para colhedora de cana-de-açúcar utilizando otimização matemática

Um cortador de base representado por um mecanismo de quatro barras foi desenvolvido utilizando-se do programa Autocad. Suas partes constituintes foram pré-dimensionadas em função das características operacionais de uma colhedora de cana-de-açúcar em sistema de cana crua e inteira, colhendo uma linha de cana por passada. A força normal de reação do perfil no ponto de contato foi determinada por meio da análise dinâmica, sendo as equações de equilíbrio dinâmico baseadas nas leis de Newton-Euler. O processo de otimização teve como objetivo minimizar a força normal de reação do solo, submetida a restrições de posição, trajetória, comprimento das barras, constante da mola e da força normal. Implementou-se o Algoritmo de Programação Quadrática Seqüencial - SQP do módulo de otimização do programa computacional Matlab. Os resultados mostraram melhora significativa no desempenho de flutuação do mecanismo, representada pela força normal de reação do perfil, a qual foi reduzida de 4.250,33 para 237,13 N. Posteriormente, outras variáveis foram incorporadas ao mecanismo otimizado e um segundo processo de otimização foi implementado.

Caracterização do perfil de deposição e do diâmetro de gotas e otimização do espaçamento entre bicos na barra de pulverização

A escolha e o uso adequado de pontas de pulverização são essenciais para a correta aplicação de produtos fitossanitários, sendo, portanto, indispensável o conhecimento de suas características. Este trabalho teve o objetivo de caracterizar o perfil de distribuição e o diâmetro de gotas, oferecendo dados para otimizar o espaçamento entre bicos na barra de pulverização. Foram avaliados os perfis de distribuição da ponta de jato plano Teejet XR 110015 VS, a 0,50 m da altura da mesa de deposição, nas pressões de 200 e 300 kPa, e o diâmetro das gotas pelo método de difração de raios laser. As distâncias máximas foram de 0,85 m, calculadas para um coeficiente de variação (C.V.) aceitável para as pressões de 200 e 300 kPa , com os respectivos valores de 9,52 e 9,58%. A distância ótima foi de aproximadamente 0,70 m, para C.V. em torno de 5%. Comparando as pressões, houve diferença significativa para DV0,1 e DV0,5, não havendo diferença para o DV0,9. Embora o aumento da pressão tenha provocado diminuição do tamanho das gotas, não houve diferença significativa de uniformidade entre as duas pressões de trabalho avaliadas. Concluiu-se que o espaçamento máximo entre bicos na barra não deverá ser maior que 0,85 m e que o DV0,5 diminui com o aumento da pressão de 200 para 300 kPa, porém sem alteração significativa da uniformidade de diâmetro de gota.

Otimização da eficiência de limpeza em equipamento de beneficiamento de tomate de mesa

A etapa de limpeza no sistema de beneficiamento do tomate de mesa é essencial para a aceitação do produto pelo consumidor, pois o grau de limpeza dos frutos está diretamente relacionado com a qualidade do produto. Entretanto, a etapa de lavagem, nos atuais equipamentos de limpeza, utilizada em unidades comerciais de beneficiamento, demanda volume excessivo de água, trazendo sérias preocupações ambientais. Este trabalho teve como objetivo comparar a eficiência de limpeza em dois sistemas, avaliando diferentes configurações operacionais relacionadas com a rotação de escovas, vazão do sistema e tempo de permanência do fruto sobre o jato. Comparou-se o sistema convencional utilizado em equipamentos comerciais com o sistema composto por um bocal de spray do tipo cone cheio. Os resultados demonstraram que a eficiência de limpeza não está diretamente relacionada com o volume de água utilizado, mas, sim, à pressão da água, associado ao tempo de permanência dos frutos e à rotação das escovas. Portanto, o uso de spray em sistemas de limpeza de frutos de tomate pode trazer benefícios tanto para a eficiência de limpeza, com incrementos superiores a 13%, como para o meio ambiente, trazendo redução no consumo de água.

Modelling head loss along emitting pipes using dimensional analysis

Local head losses must be considered in estimating properly the maximum length of drip irrigation laterals. The aim of this work was to develop a model based on dimensional analysis for calculating head loss along laterals accounting for in-line drippers. Several measurements were performed with 12 models of emitters to obtain the experimental data required for developing and assessing the model. Based on the Camargo & Sentelhas coefficient, the model presented an excellent result in terms of precision and accuracy on estimating head loss. The deviation between estimated and observed values of head loss increased according to the head loss and the maximum deviation reached 0.17 m. The maximum relative error was 33.75% and only 15% of the data set presented relative errors higher than 20%. Neglecting local head losses incurred a higher than estimated maximum lateral length of 19.48% for pressure-compensating drippers and 16.48% for non pressure-compensating drippers.

A Farewell to Flat Biology. Three-dimensional Cell Culture Models in Cancer Drug Target Identification and Validation

Cells of epithelial origin, e.g. from breast and prostate cancers, effectively differentiate into complex multicellular structures when cultured in three-dimensions (3D) instead of conventional two-dimensional (2D) adherent surfaces. The spectrum of different organotypic morphologies is highly dependent on the culture environment that can be either non-adherent or scaffold-based. When embedded in physiological extracellular matrices (ECMs), such as laminin-rich basement membrane extracts, normal epithelial cells differentiate into acinar spheroids reminiscent of glandular ductal structures. Transformed cancer cells, in contrast, typically fail to undergo acinar morphogenic patterns, forming poorly differentiated or invasive multicellular structures. The 3D cancer spheroids are widely accepted to better recapitulate various tumorigenic processes and drug responses. So far, however, 3D models have been employed predominantly in the Academia, whereas the pharmaceutical industry has yet to adopt a more widely and routine use. This is mainly due to poor characterisation of cell models, lack of standardised workflows and high throughput cell culture platforms, and the availability of proper readout and quantification tools. In this thesis, a complete workflow has been established entailing well-characterised 3D cell culture models for prostate cancer, a standardised 3D cell culture routine based on high-throughput-ready platform, automated image acquisition with concomitant morphometric image analysis, and data visualisation, in order to enable large-scale high-content screens. Our integrated suite of software and statistical analysis tools were optimised and validated using a comprehensive panel of prostate cancer cell lines and 3D models. The tools quantify multiple key cancer-relevant morphological features, ranging from cancer cell invasion through multicellular differentiation to growth, and detect dynamic changes both in morphology and function, such as cell death and apoptosis, in response to experimental perturbations including RNA interference and small molecule inhibitors. Our panel of cell lines included many non-transformed and most currently available classic prostate cancer cell lines, which were characterised for their morphogenetic properties in 3D laminin-rich ECM. The phenotypes and gene expression profiles were evaluated concerning their relevance for pre-clinical drug discovery, disease modelling and basic research. In addition, a spontaneous model for invasive transformation was discovered, displaying a highdegree of epithelial plasticity. This plasticity is mediated by an abundant bioactive serum lipid, lysophosphatidic acid (LPA), and its receptor LPAR1. The invasive transformation was caused by abrupt cytoskeletal rearrangement through impaired G protein alpha 12/13 and RhoA/ROCK, and mediated by upregulated adenylyl cyclase/cyclic AMP (cAMP)/protein kinase A, and Rac/ PAK pathways. The spontaneous invasion model tangibly exemplifies the biological relevance of organotypic cell culture models. Overall, this thesis work underlines the power of novel morphometric screening tools in drug discovery.