Entrainment of fine sediments by turbulent flows

A study was made of the means by which turbulent flows entrain sediment grains from alluvial stream beds. Entrainment was considered to include both the initiation of sediment motion and the suspension of grains by the flow. Observations of grain motion induced by turbulent flows led to the formulation of an entrainment hypothesis. It was based on the concept of turbulent eddies disrupting the viscous sublayer and impinging directly onto the grain surface. It is suggested that entrainment results from the interaction between fluid elements within an eddy and the sediment grains.

A pulsating jet was used to simulate the flow conditions in a turbulent boundary layer. Evidence is presented to establish the validity of this representation. Experiments were made to determine the dependence of jet strength, defined below, upon sediment and fluid properties. For a given sediment and fluid, and fixed jet geometry there were two critical values of jet strength: one at which grains started to roll across the bed, and one at which grains were projected up from the bed. The jet strength K, is a function of the pulse frequency, ω, and the pulse amplitude, A, defined by

K = Aω^-s

Where s is the slope of a plot of log A against log ω. Pulse amplitude is equal to the volume of fluid ejected at each pulse divided by the cross sectional area of the jet tube.

Dimensional analysis was used to determine the parameters by which the data from the experiments could be correlated. Based on this, a method was devised for computing the pulse amplitude and frequency necessary either to move or project grains from the bed for any specified fluid and sediment combination.

Experiments made in a laboratory flume with a turbulent flow over a sediment bed are described. Dye injection was used to show the presence, in a turbulent boundary layer, of two important aspects of the pulsating jet model and the impinging eddy hypothesis. These were the intermittent nature of the sublayer and the presence of velocities with vertical components adjacent to the sediment bed.

A discussion of flow conditions, and the resultant grain motion, that occurred over sediment beds of different form is given. The observed effects of the sediment and fluid interaction are explained, in each case, in terms of the entrainment hypothesis.

The study does not suggest that the proposed entrainment mechanism is the only one by which grains can be entrained. However, in the writer’s opinion, the evidence presented strongly suggests that the impingement of turbulent eddies onto a sediment bed plays a dominant role in the process.

Oxygen flux through salmonid spawning gravels

Laboratory and field studies have shown that the survival of salmonid fish eggs and alevins is dependent upon the supply rate or flux of dissolved oxygen through gravel beds used for spawning. Although there have been a number of studies concerned with North American species there are few data for Atlantic salmon (Salmo salar) and the brown trout (S. trutta). For this study intragravel seepage velocities and dissolved oxygen concentrations have been measured throughout the incubation period in spawning gravels utilized by brown trout (Salmo trutta). Variation in the hatching success of batches of trout and salmon (Salmo salar) can, in part, be attributed to a critical threshold of oxygen flux through the gravels.

I. The 3.7 Å crystal structure of horse heart ferricytochrome C. II. The application of the Karle-Hauptman tangent formula to protein phasing

I. The 3.7 Å Crystal Structure of Horse Heart Ferricytochrome C.

The crystal structure of horse heart ferricytochrome c has been determined to a resolution of 3.7 Å using the multiple isomorphous replacement technique. Two isomorphous derivatives were used in the analysis, leading to a map with a mean figure of merit of 0.458. The quality of the resulting map was extremely high, even though the derivative data did not appear to be of high quality.

Although it was impossible to fit the known amino acid sequence to the calculated structure in an unambiguous way, many important features of the molecule could still be determined from the 3.7 Å electron density map. Among these was the fact that cytochrome c contains little or no α-helix. The polypeptide chain appears to be wound about the heme group in such a way as to form a loosely packed hydrophobic core in the molecule.

The heme group is located in a cleft on the molecule with one edge exposed to the solvent. The fifth coordinating ligand is His 18 and the sixth coordinating ligand is probably neither His 26 nor His 33.

The high resolution analysis of cytochrome c is now in progress and should be completed within the next year.

II. The Application of the Karle-Hauptman Tangent Formula to Protein Phasing.

The Karle-Hauptman tangent formula has been shown to be applicable to the refinement of previously determined protein phases. Tests were made with both the cytochrome c data from Part I and a theoretical structure based on the myoglobin molecule. The refinement process was found to be highly dependent upon the manner in which the tangent formula was applied. Iterative procedures did not work well, at least at low resolution.

The tangent formula worked very well in selecting the true phase from the two possible phase choices resulting from a single isomorphous replacement phase analysis. The only restriction on this application is that the heavy atoms form a non-centric cluster in the unit cell.

Pages 156 through 284 in this Thesis consist of previously published papers relating to the above two sections. References to these papers can be found on page 155.

Modelagem, simulação e otimização operacional de unidades de síntese de metanol

A indústria de processos químicos tem sofrido consideráveis transformações devido ao acirramento da competitividade. Importantes progressos tecnológicos têm sido atingidos através de técnicas de modelagem, simulação e otimização visando o aumento da lucratividade e melhoria contínua nos processos industriais. Neste contexto, as plantas de metanol, um dos mais importantes produtos petroquímicos, podem ser destacadas. Atualmente, a principal matéria-prima para obtenção de metanol é o gás natural. A produção do metanol é caracterizada por três etapas: geração de gás de síntese, conversão do gás de síntese em metanol (unidade de síntese ou loop de síntese) e purificação do produto na especificação requerida. Os custos fixos e variáveis da unidade de síntese são fortemente dependentes das variáveis operacionais, como temperatura, pressão, razão de reciclo e composição da carga. Desta forma, foi desenvolvido um conjunto de modelos e algoritmos computacionais para representar matematicamente unidades de síntese de metanol. O modelo apresenta operações unitárias associadas aos seguintes equipamentos: divisores de correntes, misturadores de correntes, compressores, trocadores de calor, vasos de flash e reatores. Inicialmente, foi proposto um simulador estacionário, que serviu como base para um pseudo-estacionário, o qual contempla a desativação do catalisador por sinterização térmica. Os simuladores foram criados segundo uma arquitetura seqüencial modular e empregou-se o método de substituição sucessiva para a convergência dos reciclos. O estudo envolveu dois fluxogramas típicos, um constituído por reatores adiabáticos em série, enquanto o outro constituído por um reator tipo quench. Uma análise do efeito das principais variáveis operacionais foi realizada para o reator e para o loop de síntese. Estudou-se também o efeito da desativação do catalisador ao longo do tempo. Uma ferramenta de otimização operacional foi empregada para alcançar a máxima produção manipulando as injeções de carga fria na entrada dos leitos catalíticos. Formulou-se também um problema de maximização do lucro em função da otimização de paradas da unidade para troca do catalisador. Os resultados obtidos apontam que a ferramenta desenvolvida é promissora para a compreensão e otimização da unidade objeto deste estudo

Friction and heat transfer coefficients in smooth and rough pipes with dilute polymer solutions

Measurements of friction and heat transfer coefficients were obtained with dilute polymer solutions flowing through electrically heated smooth and rough tubes. The polymer used was "Polyox WSR-301", and tests were performed at concentrations of 10 and 50 parts per million. The rough tubes contained a close-packed, granular type of surface with roughness-height-to-diameter ratios of 0.0138 and 0.0488 respectively. A Prandtl number range of 4.38 to 10.3 was investigated which was obtained by adjusting the bulk temperature of the solution. The Reynolds numbers in the experiments were varied from =10,000 (Pr= 10.3) to 250,000 (Pr= 4.38).

Friction reductions as high as 73% in smooth tubes and 83% in rough tubes were observed, accompanied by an even more drastic heat transfer reduction (as high as 84% in smooth tubes and 93% in rough tubes). The heat transfer coefficients with Polyox can be lower for a rough tube than for a smooth one.

The similarity rules previously developed for heat transfer with a Newtonian fluid were extended to dilute polymer solution pipe flows. A velocity profile similar to the one proposed by Deissler was taken as a model to interpret the friction and heat transfer data in smooth tubes. It was found that the observed results could be explained by assuming that the turbulent diffusivities are reduced in smooth tubes in the vicinity of the wall, which brings about a thickening of the viscous layer. A possible mechanism describing the effect of the polymer additive on rough pipe flow is also discussed.

Subwavelength imaging by a dielectric-tube photonic crystal

In contrast to previous two-dimensional coated photonic crystals, in this paper we propose a left-handed one that is made of dielectric tubes arranged in a close-packed hexagonal lattice. Without metallic cores, this structure is low-loss and convenient to fabricate. Negative refraction and its resulting focusing are investigated by dispersion characteristic analysis and numerical simulation of the field pattern. With proper modification at the interface, the image is improved. With better isotropy than that with noncircular rods, planoconcave lenses made by dielectric tubes focus a Gaussian beam exactly at R//n - 1/.

Redesenho urbanístico de assentamentos informais com vistas à conservação da água e sustentabilidade ambiental.

Essa Tese apresenta um framework para implementação de redesenho urbanístico de assentamentos informais no contexto da corrente atual do planejamento urbano integrado aos dos recursos hídricos, focado na conservação da água e na sustentabilidade ambiental. Entre outros, sugere-se a implantação do desenho urbanístico de forma participativa e colaborativa. Apresenta-se, de forma ilustrativa proposta de redesenho para a comunidade da Vila Cascatinha localizada na Baixada de Jacarepaguá, Rio de Janeiro, região de expansão da cidade, que serviu como objeto de estudo. A área do assentamento é de indefinição fundiária e atualmente é ocupada por aproximadamente 900 famílias. O framework baseia-se na corrente do urbanismo de baixo impacto, sobretudo do Low Impact Urban Design and Devolopment (LIUDD). Os dispositivos são implantados na escala local, de forma descentralizada para a conservação e manejo das águas pluviais no meio urbano. A pesquisa está inserida no Projeto HIDROCIDADES, desenvolvido dentro dos princícpios da metodologia de pesquisa-ação proposta por Thiollent. Foi realizado trabalho de campo e entrevistas guiadas, tendo sido identificado um percentual expressivo de moradores descendentes de antigos pequenos produtores agrícolas. Na pesquisa, moradores elencaram os principais problemas do assentamento. Além disso, foram diagnosticadas potencialidades dos moradores, dentro do conceito de Tecnologia Social. A prospecção entre os moradores também procurou verificar, em um contexto de colaboração, o conhecimento e a aderência dos moradores às estruturas urbanísticas praticadas no contexto da corrente Desenho Urbano de Baixo Impacto. Ao final deste processo foi gerada proposta de reurbanização sustentável do assentamento estudado, bem como proposta de moradias coletivas sustentáveis. Guardando as devidas especificidades, espera-se que a proposta apresentada possa ser aplicada a outros assentamentos de paisagem similar.

Thermal stability and crystallochemical analysis for CoII based coordination polymers with TPP and TPPS porphyrins

Artículo CrystEngComm 2013

Ensaios dinâmicos de biossorção de cobre com macroalgas em leitos-fixos contendo materiais adsorventes de natureza não-biológica

A biossorção é o termo aplicado à tecnologia de adsorção de íons metálicos em solução, por meio de materiais de natureza biológica inativa, comparável à adsorção utilizando-se adsorventes convencionais. A biossorção depende da temperatura, pH, concentração inicial do íon metálico, e tipo de biosorvente. O objetivo principal dessa dissertação é estudar e comparar os processos de adsorção de cobre iônico a partir de soluções aquosas utilizando Sargassum sp., alginato de cálcio úmido e desidratado e carvão ativo em pó e granular, em regime de batelada e contínuo. O alginato de cálcio foi preparado através de uma solução 4% (m/v) de alginato de sódio gotejada em solução 37% (m/v) de cloreto de cálcio dihidratado. O alginato de cálcio apresentou uma umidade de 89% após secagem em estufa a 100C por 24 horas. Os parâmetros da biossorção foram fixados em: a dose de adsorventes de 2 g/L; a temperatura em 30C; pH da solução em 5,0; e velocidade de rotação da chapa rotatória em 150 rpm. Para os estudos de cinética e equilíbrio, os ensaios foram feitos em regime de batelada. Nos ensaios cinéticos para duas concentrações medias (0,16 e 3,15 mmol/L) variou-se o tempo de contato (1 a 120 min) para se atingir o equilíbrio. Nos ensaios de equilíbrio variou-se as concentrações (0,16 a 15,72 mmol/L) utilizando o tempo de equilíbrio determinado nos ensaios cinéticos. Foram utilizadas duas modelagens cinéticas (a de pseudo-primeira ordem e a de segunda ordem) e duas modelagens do equilíbrio (Langmuir e Freundlich). O modelo cinético de segunda ordem ajustou melhor os resultados. O tempo de equilíbrio para adsorção do cobre foi de 60 minutos para Sargassum sp. e pellets de alginatos de cálcio úmido e desidratado. Para os carvões ativos os tempos de equilíbrio para a adsorção do cobre foram mais rápidos, mas a capacidade de remoção do cobre foram muito baixas. Com base nos resultados desfavoráveis obtidos para os carvões ativos eles foram descartados para se prosseguir com os ensaios de equilíbrio. A isoterma de Freundlich melhor ajusta os dados experimentais para Sargassum sp. e alginato de cálcio úmido. A capacidade de adsorção máxima calculada pelo modelo de Freundlich: na concentração de equilíbrio de 11,66 0,06 mmol/L foi de 1,97 0,07 mmol/g para Sargassum sp.; e na concentração de equilíbrio de 12,12 0,03 mmol/L foi de 1,69 0,04 mmol/g para alginato de cálcio úmido. O processo de biossorção em regime contínuo, com alturas de leito variável de 10 a 40 cm, teve melhor desempenho com a altura de 40 cm. Em regime de batelada, o desempenho da Sargassum sp. foi superior ao dos alginatos de cálcio (úmido melhor que o desidratado), que por sua vez foram superiores ao desempenho dos carvões ativos em pó e granular (em pó melhor que o granular). O sistema contínuo com concentração inicial de cobre de 8,5 mmol/L deve ser operado com altura de leito igual ou superior a 40 cm, ou com sistemas multicolunas para soluções mais concentradas

Uso de imagens de satélite de alta resolução (GeoEye-1) para estimativa de acúmulo de carbono em alagados de Mata Atlântica em recuperação na Reserva Ecológica Guapiaçu (Cachoeiras de Macacu, Rio de Janeiro)

Áreas alagadas são importantes devido à grande biodiversidade que sustentam e aos serviços ambientais gerados pela sua conservação. Essas áreas, quando dominadas por macrófitas, tendem a suportar grande biodiversidade e assumir grande valor de conservação. Assim, o monitoramento do estabelecimento deste importante componente do ecossistema durante um projeto de recuperação de ecossistemas é importante para avaliar o sucesso da sua recuperação. Este trabalho teve como objetivo estimar aquantidade de biomassa por área acumulada em um ecossistema ao longo de um gradiente de recuperação. Através da classificação não supervisionada gerada a partir de de imagens de satélite de alta resolução (GeoEye-1) e amostragem destrutiva foram estimadas quantidades de biomassa por área em três alagados em recuperação na Reserva Ecológica Guapiaçú. A classificação não supervisionada se mostrou uma ferramenta acurada e eficiente no mapeamento de classes de vegetação. Os alagados estudados apresentam uma taxa de acúmulo de carbono anual estimada em 1,12 MgC.hec-1 atingindo um máximo de 5.55 MgC.hec-1 no terceiro ano. Adicionalmente, foi observada uma correlação negativa entre biomassa e profundidade.

Fe−TPP Coordination Network with Metalloporphyrinic Neutral Radicals and Face-to-Face and Edge-to-Face π−π Stacking

Artículo científico Inorg. Chem. 2013, 52, 8074−8081

Influence of ocean conditions on the timing of early life history events for blue rockfish (Sebastes mystinus) off California

Settled juvenile blue rockfish (Sebastes mystinus) were collected from two kelp beds approximately 335 km apart off Mendocino in northern California and Monterey in central California. A total of 112 rockfish were collected from both sites over 5 years (1993, 1994, 2001, 2002, and 2003). Total age, settlement date, age at settlement, and birth date were determined from otolith microstructure. Fish off Mendocino settled mostly in June and fish off Monterey settled mostly in May (average difference in settlement=23 days). Although the difference in the timing of settlement followed this same pattern for both areas over the five years, settlement occurred later in 2002 and 2003 than in the prior years of sampling. The difference in the timing of settlement was due primarily to differences in birth dates for the two areas. The time of settlement was positively related to upwelling and negatively related to sea level anomaly for most of the months before settlement. Knowledge of the timing of settlement has implications for design and placement of marine protected areas because protection of nursery grounds is frequently a major objective of these protected areas. The timing of settlement is also an important consideration in the planning of surveys of early recruits because mistimed surveys (caused by latitudinal differences in the timing of settlement) could produce biased estimates.

Advantages of using crest nets to sample presettlement larvae of reef fishes in the Caribbean Sea

Identifying the spatial and temporal patterns of larval fish supply and settlement is a key step in understanding the connectivity of meta-populations (Sale et al., 2005). Because of the potentially dispersive nature of the pelagic larval phase of most reef fishes, tracking cohorts from hatching to settlement is extremely difficult (but see Jones et al., 1999). However, for many studies it is sufficient to sample larvae immediately before settlement. Many coral reef fish species use mangrove and seagrass beds as nursery habitats (Nagelkerken et al., 2001; Mumby et al., 2004) and larvae of these species must pass over the reef crest in order to arrive at their preferred settlement habitats. The ability to sample this new cohort of larval fishes provides opportunities for researchers to explore the intricacies of the transition from larva to juvenile (Searcy and Sponaugle, 2001). Quantifying the potential settlers also provides valuable information about the spatial and temporal supply of presettlement larvae (Victor, 1986). Therefore a number of larval sampling methods were developed, one of which is the use of crest nets (Dufour and Galzin, 1993).

Implications of substrate complexity and kelp variability for south-central Alaskan nearshore fish communities

Understanding the interactions between kelp beds and nearshore fish is essential because anthropogenic changes and natural variability in these beds may affect available habitat for fishes. In this study fish communities were investigated in south-central Alaska kelp beds characterized by a range of substrate complexity and varying densities of both perennial understory kelps and annual canopy kelps. Many of the observed fish species, as well as understory and canopy kelps, were positively associated with structurally complex substratum. Targeted canopy and understory kelp beds supported seasonal populations of adult and juvenile Pacific cod (Gadus macrocephalus), rockfishes (Sebastes spp.), and year-round populations of greenlings (Hexagrammos spp.). Monthly changes in kelp and fish communities ref lected seasonal changes; the densities of some species were greatest during periods with higher temperatures. This work illustrates the importance of structurally complex kelp beds with persistent understory kelp populations as important fish habitat for several commercially and recreationally important fishes.

Diversidade e aspectos bioecológicos de simulídeos (Diptera: Simuliidae) que ocorrem nos municípios adjacentes a construção da usina Hidrelétrica de Peixe-Angical, TO, Brasil

O objetivo desta Tese é realizar o levantamento taxonômico e avaliar a dinâmica populacional de Simuliidae em localidades sob influência do Aproveitamento Hidrelétrico de Peixe Angical, TO. Os simulídeos possuem abrangente distribuição geográfica, e os estágios imaturos utilizam ambientes lóticos como sítios de criação. Algumas espécies podem atuar como vetores de vírus, protozoários e helmintos, o que confere ao grupo importância médica e veterinária. O hábito hematofágico das fêmeas de simulídeos pode acarretar sérios prejuízos ao turismo; ocasiona baixa no rendimento escolar; e na agropecuária dificulta a execução do trabalho o que reduz a produtividade. Durante a construção de grandes empreendimentos ocorre em pouco tempo à introdução de contingente populacional com drástica transformação do meio. A intervenção do homem sobre os ecossistemas e o crescimento desordenado pode provocar desequilíbrio ecológico que propicia a proliferação de espécimes vetores com consequentes problemas médico sanitários. A maior parte dos trabalhos realizados com insetos vetores em áreas sob influência da construção de hidrelétricas se refere aos culicídeos. O estudo dos aspectos taxonômicos permitirá o levantamento da biodiversidade e o diferencial deste projeto está no estabelecimento da sazonalidade e dinâmica das populações de imaturos e adultos de simulídeos. As amostras foram obtidas em áreas de influência direta e indireta da UHE Peixe no rio Tocantins, em 12 pontos diferentes de coleta, nos municípios deJaú do Tocantins, Peixe, Palmeirópolis, Paranã e São Salvador do Tocantins. Foram realizadas bimestralmente de 2004 a 2007, um total de 24 campanhas para coleta em criadouros pré-selecionados, que acompanharam todas as fases de construção início das obras, formação do lago, funcionamento da Usina. OS dados abióticos foram aferidos, e os imaturos removidos do substrato manualmente por 10 minutos e posteriormente preparados para eclosão dos adultos. Parte do material foi identificado no Laboratório de Simulídeos e Oncocercose do Instituto Oswaldo Cruz, onde foram verificados novos registros específicos para a ocorrência de Simuliidae em Tocantins, além do assinalamento de espécies antropofílicas e/ou vetores de Onchocerca volvulus. Nas áreas usadas para a formação do lago houve desaparecimento de criadouros. O desmatamento ocorrido aliado ao vigor dos simulídeos que conseguem realizar voos de longas distâncias na procura de alimento ou locais adequados a oviposição devem ter contribuído para a dispersão de espécimes. Há relatos sobre a da ocorrência de oncocercose na área estudada, um foco foi demarcado na divisa de Goiás com Tocantins, municípios Paranã e Minaçu investigado a partir de um caso autóctone de oncocercose. Este estudo é relevante uma vez que o Brasil possui potencial hidroenergético e prevê a construção de inúmeras hidrelétricas nos próximos anos. É importante estudas as áreas impactadas, conhecer a sua biodiversidade e os aspectos bioecológicos de Simuliidae no país.