Supersaturation-controlled crystallization

Identification of product requirements and quality, together with the management of production are key issues in chemical engineering. Quality control of crystalline products is part of the quality of many industrially manufactured products like paper, paintings, medicines and fertilizers. In most crystallization cases, quality is described with the size, polymorph, shape and purity of the crystal. The chemical composition, hydrodynamics and driving force, together with the operating temperature are in a key position when the properties of a crystalline product are controlled with the crystallization process. This study concentrates on managing the identified properties of a crystalline product with the control of a driving force. The controlling of the driving force can be based on the change of solubility or the change of concentration. Solubility can be changed with temperature, pressure and an antisolvent. The concentration of crystallizing compound, the solute can be changed with the evaporation of the solvent and with the addition of a reagent. The present study focuses on reagent addition and temperature change as methods of changing the level of the driving force. Three control structures for direct control of supersaturation are built, one for cooling crystallization and two for reactive crystallization. Closed loop feedback control structures are based on the measurement of the solute concentration with attenuated total reflection - Fourier transform infrared spectrometer. The details of the reagent feed are analyzed with experimental studies and with results of computational fluid dynamic simulations of the inert particle pulse in the premixer and inert particle injection to the mixing tank. Nucleation in conditions of controlled reactive crystallization is analyzed with Nielsen’s equation of homogeneous nucleation. The resulting control systems, based on regulation of supersaturation, can be used to produce the desired polymorph of an organic product. The polymorph composition of product crystals is controlled repeatably with the decision of a set value of supersaturation level.

Dinâmica temporal e espacial da begomovirose causada por Tomato yellow vein streak virus em tomateiro na região de Campinas-SP

O objetivo desse trabalho foi caracterizar os padrões temporal e espacial do Tomato yellow vein streak virus (ToYVSV) em tomatais cultivados em condições de campo, no município de Sumaré, e de estufa plástica, na região de Elias Fausto, Estado de São Paulo. No ensaio de campo, plantado com a variedade Alambra, foram avaliadas 4.032 plantas, distribuídas em oito blocos. Em oito estufas plásticas, com plantios escalonados da variedade Ikram, foram avaliadas 6.016 plantas. As avaliações foram feitas com base nos sintomas característicos induzidos por esse vírus. A confirmação da identidade do vírus foi feita por meio da análise da seqüência de nucleotídeos de parte do DNA-A viral (genes AV1 e AC3). No ensaio em condições de campo, a incidência da doença evoluiu lentamente, desde um mínimo de 0,002 (proporção de plantas sintomáticas) até um máximo de 0,0497. Mesmo assim, foi possível constatar um efeito de borda, pois a incidência média de plantas doentes nos blocos situados nos bordos da área foi 2,1 vezes maior do que naqueles internos. O progresso da incidência da doença foi linear, o que indica que novas infecções foram devidas principalmente a um influxo constante de vetores virulíferos de fora para dentro da área avaliada. Nos plantios em estufas plásticas, os níveis finais de doença foram fortemente dependentes da época de plantio, com médias variando de 4,8% a 69,3%. A distribuição espacial de plantas sintomáticas nesses plantios foi fortemente agregada. Essa agregação provavelmente não se deve a infecções secundárias dentro das estufas plásticas, mas sim à concentração de plantas sintomáticas nos bordos das estufas, conseqüência da migração de vetores virulíferos a partir de áreas externas à estufa. Com base nesses resultados, sugere-se a eliminação de fontes de inóculo representadas por plantios mais velhos de tomateiro e por hospedeiras do vírus na vegetação espontânea como uma das principais medidas para o manejo da doença.

Controle e progresso temporal da ferrugem asiática da soja sob controle alternativo em campo

O objetivo deste trabalho foi avaliar o controle e o progresso temporal da ferrugem asiática da soja, causada por Phakopsora pachyrhizi, sob manejo com tratamentos alternativos. Para isso, implementou-se um ensaio em delineamento de blocos completos com tratamentos ao acaso, com 4 repetições, em Itambé-PR, durante a safra 2007/2008. Os tratamentos alternativos foram: biomassa cítrica, extrato bruto e óleo essencial de Eucalyptus citriodora e grãos de kefir. Avaliou-se também o controle químico com azoxistrobina + ciproconazole + adjuvante 0,5 v/v e a testemunha. Para comparação dos tratamentos utilizou-se a severidade da doença (em cinco avaliações), a área abaixo da curva de progresso da doença (AACPD), a taxa de progresso da doença, a produtividade e o peso de mil grãos. Foram constatadas diferenças significativas (Pd"0,05) para as avaliações de severidade, para AACPD e para a taxa de progresso da doença. De modo geral, dentre os tratamentos alternativos, a biomassa cítrica e os grãos de kefir apresentaram os maiores índices de controle e menores taxas de progresso da doença, superando os tratamentos com extrato bruto e óleo essencial de E. citriodora. Porém, o tratamento com azoxistrobina + ciproconazole foi mais eficiente para controle e proporcionou as menores taxas de progresso quando comparado aos tratamentos alternativos.

Progresso temporal da cercosporiose da beterraba em diferentes genótipos e épocas de semeadura na primavera

A cultura da beterraba tem se intensificado devido ao consumo in natura e também pelo processamento industrial de conservas. Na região do Alto Vale do Itajaí, SC, grande parte da sua produção vem de agricultores familiares que a usam em sucessão a cultura da cebola, com semeadura na primavera/verão. Entretanto, nesta época do ano a cercosporiose (Cercospora beticola) tem comprometido a produtividade. O objetivo do trabalho foi avaliar o progresso desta doença nos genótipos: All Green, Stays Green, Early Wonder, Cabernet, Boro, Modana e Itapuã e avaliar a severidade em duas épocas de semeadura, na primavera. Os dois ensaios foram conduzidos na Epagri/Estação Experimental de Ituporanga, implantados com 30 dias de diferença entre as semeaduras. O delineamento experimental foi de blocos casualizados com quatro repetições. Para avaliação da severidade da doença foi utilizada uma escala diagramática em dez plantas ao acaso previamente demarcadas. Os dados de severidade foram submetidos à análise de modelos mistos, area abaixo da curva de progresso de doença, taxa de infecção e severidade final. Não houve diferenças no progresso da doença entre os genótipos avaliados nas duas épocas de semeadura de primavera nas condições do Alto Vale do Itajaí, SC.

Uso do solo e análise temporal da ocorrência de vegetação natural na fazenda experimental Edgardia, em Botucatu-SP

Foram mapeados o uso do solo e as alterações das áreas de vegetação natural da Fazenda Experimental Edgardia, localizada em região de Cuesta no município de Botucatu-SP, em dois períodos (1978 e 1997), com o auxílio do sistema de informações geográficas ILWIS v.2.2 para Windows, de fotografia aérea e de imagens dos satélites Spot e Landsat-5. Cruzaram-se as informações de ocorrência da vegetação natural nas duas épocas, derivando-se um mapa temático que permitiu verificar a variação temporal das áreas dos fragmentos florestais, assim como foram observadas as associações da vegetação natural com a declividade e as unidades de solo. Analisado o intervalo de 19 anos, foram detectadas uma regeneração significativa de áreas de Floresta Estacional Semidecidual, na frente da Cuesta, em unidades de Neossolo Litólico, e uma pequena regeneração da tipologia cerradão, na depressão periférica, onde ocorrem solos de textura arenosa.

Avaliação temporal da florística arbórea de uma floresta secundária no município de Viçosa, Minas Gerais

Avaliou-se a composição florística, por um período de nove anos, em um fragmento de Floresta Estacional Semidecidual Secundária localizada no Município de Viçosa, Minas Gerais, com o objetivo de se avaliar a dinâmica da vegetação arbórea. A coleta dos dados dessa vegetação, com diâmetro à altura do peito (DAP a 1,3 m) igual ou superior a 5 cm, foi realizada em 10 locais, em parcelas permanentes. As espécies amostradas foram identificadas, sempre que possível, em níveis de família, gênero e espécie. Em nove anos de estudo foram amostradas 161 espécies, 114 gêneros e 48 famílias, sendo as famílias Leguminosae, Lauraceae, Euphorbiaceae, Myrtaceae, Flacourtiaceae e Meliaceae, as que tiveram a maior riqueza de espécies. O índice de diversidade de Shannon-Weaver variou de 2,26 a 3,65, quando analisado para cada local, e de 4,22 a 4,26 para o fragmento como um todo, ao longo de nove anos. O grupo ecológico que mais se destacou foi o das secundárias iniciais, seguido pelas secundárias tardias ou pelas pioneiras, a depender da abertura do dossel do local estudado, indicando que o fragmento se encontrava em estádio médio de sucessão. A variabilidade na composição florística em função dos locais estudados e na proporção de espécies em cada grupo ecológico era resultante das variações na intensidade da ação antrópica, bem como das condições fisiográficas, em especial exposição e declividade do terreno. Planos de manejo para essas florestas devem levar em conta essa variabilidade de condições ambientais.

Germination of Caesalpinia leiostachya (benth.) ducke seeds classified by size and shape

Caesalpinia leiostachya (Benth.) Ducke (Caesalpiniaceae) is a Brazilian legumenous tree whose seeds present different sizes and shapes, with dormancy imposed by a waterproof coat. In order to improve that quality of lot, seeds were classified by width in sieves of circular meshes (13, 14, 15, 16 and 17) and manually separated by shape in elongate, round and angular. Masses of 1000 seeds were determined and the thickness of each width and shape seedclass was measured, and coat permeability of the seeds classified by the width was investigated. Seeds were scarified in concentrated sulphuric acid and submitted to the germination test. Both final percentage and speed of germination index were evaluated. The classification of the seeds improved the quality of the lot, and the coat permeability was not affected by seed width. Elongated-flat seeds are of low physiological quality and should be discarded. Masses of 1000 seeds, percentage final and speed of germination increased with the width of the seeds. Both elongated and angular seeds had similar germinative behavior, and round seeds are of greater thickness and of superior physiological quality.

Análise temporal da flora nativa no entorno de unidades de conservação: APA Cachoeira das Andorinhas e FLOE Uaimii, Ouro Preto, MG

A crescente fragmentação das paisagens tem contribuído para a perda da diversidade biológica nas diversas regiões brasileiras. Isso se deve, na grande maioria dos casos, à maneira desordenada com que o homem vem usando e ocupando as terras. A criação de áreas protegidas ou unidades de conservação (UC) tem sido um dos principais mecanismos utilizados para a proteção da biodiversidade (in situ), além de assumir objetivos mais amplos como a proteção dos recursos hídricos, de espécies ameaçadas, dos recursos genéticos, do grau de endemismo, dos habitats, entre outros. Contudo, é preciso que haja instrumentos de avaliação periódica do seu estado de conservação, visando fornecer subsídios aos planos de manejo através da identificação das potenciais ameaças à funcionalidade ecológica dessas áreas protegidas. Com base em mapas temáticos de classificação da cobertura do solo, elaborados para os anos de 1989 e 2008, no intuito de analisar as alterações ocorridas na área de estudo neste mesmo período, este trabalho quantificou a dinâmica da flora nativa no interior e entorno da Área de Proteção Ambiental Estadual Cachoeira das Andorinhas e da Floresta Estadual do Uaimii, localizadas no Município de Ouro Preto (MG). Os resultados mostram que, ao longo dos 19 anos de comparação, a área ocupada pela flora nativa manteve-se praticamente a mesma, com índices de 82 a 83% no interior das UCs e 74% no seu entorno. Com os resultados da fragmentação, torna-se possível identificar as áreas mais críticas ou sujeitas a maior pressão antrópica e direcionar programas específicos, no âmbito gerencial, para minimizá-los.

Avaliação temporal da regeneração natural em uma floresta estacional semidecídua secundária, em Pirenópolis, Goiás

A regeneração natural em ambientes florestais é dinâmica, variável no espaço e no tempo, e integra o ciclo de desenvolvimento das florestas. Em florestas estacionais tropicais, devido à sazonalidade climática, a regeneração natural depende principalmente da disponibilidade de umidade no solo, que afeta tanto os padrões de produção de sementes quanto a germinação, a sobrevivência e o desenvolvimento das plântulas. O objetivo deste estudo foi analisar a dinâmica da regeneração natural em uma floresta estacional semidecídua secundária, em Pirenópolis, Goiás, verificando as mudanças na composição florística de plântulas e arvoretas ao longo do tempo, e relacionando-as a fatores ambientais das parcelas por Análises de Correspondência Canônica (CCA). Os resultados indicaram plântulas mais dinâmicas do que arvoretas, em função principalmente do clima. Isso ocorreu devido à maior susceptibilidade das plântulas com relação ao estresse hídrico do solo e ao aumento da incidência de radiação solar e da temperatura na estação seca. Foi encontrada alta similaridade florística (±50%) entre as populações da regeneração natural e a comunidade adulta, indicando estágio avançado de regeneração da floresta, com Índices de Diversidade superiores a 3,0 nats.indv-¹. A CCA agrupou as espécies em função do gradiente ambiental de umidade e sombreamento versus cobertura do solo, posicionando próximas as espécies preferenciais de ambientes úmidos versus as preferenciais de ambientes mais secos de cerrado típico.

Análise temporal dos processos erosivos na microbacia hidrográfica do córrego da fazenda Glória, Taquaritinga, SP, Brasil

Este estudo teve como principal objetivo avaliar os estados de erosão acelerada do solo da microbacia hidrográfica do córrego da Fazenda Glória, Município de Taquaritinga, SP. Para tanto, foram utilizadas técnicas de sensoriamento remoto e geoprocessamento para análise em fotografias aéreas verticais, coloridas, na escala aproximada de 1:30.000, do aerolevantamento realizado pela BASE - Aerolevantamentos, dos anos de 1983 e 2000. Os processos erosivos foram identificados nas fotografias aéreas da microbacia hidrográfica e observados nas visitas em campo. Como resultado, o aspecto erosivo predominante na área foi o 3, áreas onde ocorria erosão com intensidade que afetava severamente a cobertura vegetal. O estado de erosão 2, com média intensidade, aumentou durante o período analisado. Este trabalho servirá de base para implementar programas de preservação de recursos naturais e de manejo conservacionista na microbacia.

Análise espaço-temporal da cobertura vegetal e uso da terra na Interbacia do Rio Paraguai Médio-MT, Brasil

O objetivo deste estudo foi realizar uma análise espaço-temporal da cobertura vegetal e do uso da terra na Interbacia do Rio Paraguai Médio-MT, Brasil, pelo geoprocessamento de imagens Landsat TM, dos anos 1991, 2001 e 2011. As imagens foram georreferenciadas, classificadas e processadas no software Spring e as classes temáticas, quantificadas e editadas no software ArcGis. Foram mapeadas sete classes, sendo as mais expressivas a vegetação nativa, a pastagem e a cana-de-açúcar. Os resultados indicaram alterações em todas as classes durante os últimos 20 anos, com a diminuição de 22,89% da vegetação nativa, relacionada com o aumento de 58,42% da pastagem e 490,26% de monocultura de cana-de-açúcar. Foi verificado o conflito de uso da terra, principalmente em áreas de mata ciliar, fato que pode influenciar negativamente na conservação da interbacia e, consequentemente, do pantanal mato-grossense.

Uso do produto MOD13Q1 do sensor Modis para análise temporal e mapeamento das florestas nas Serras do Sudeste e Campanha Meridional do Rio Grande do Sul

Imagens NDVI (Índice de Vegetação por Diferença Normalizada) do sensor Modis foram utilizadas para mapear as classes de uso e cobertura da terra nas Serras do Sudeste e Campanha Meridional do Rio Grande do Sul. A metodologia compreendeu a elaboração de um banco de dados espaciais e a aplicação de técnicas de processamento digital (contraste linear, classificação digital e operações aritméticas) sobre imagens dos satélites Landsat e Terra de diversas datas. Os resultados indicaram que a cobertura florestal passou de 8,6% para 11,6% e 14,3% da área total da microrregião Serras do Sudeste, entre os anos 2000, 2004 e 2008. Na Campanha Meridional, a expansão da cobertura florestal passou de 11,1% para 11,2% e 11,5% da área total no mesmo período. Conclui-se que imagens MOD13Q1, de baixa resolução espacial (250 m), podem ser usadas em grandes áreas para mapear florestas e os demais temas adequadamente.

Application of Computational Fluid Dynamics in Modeling Blood Flow in Human Thoracic Aorta

The aim of this study was to simulate blood flow in thoracic human aorta and understand the role of flow dynamics in the initialization and localization of atherosclerotic plaque in human thoracic aorta. The blood flow dynamics in idealized and realistic models of human thoracic aorta were numerically simulated in three idealized and two realistic thoracic aorta models. The idealized models of thoracic aorta were reconstructed with measurements available from literature, and the realistic models of thoracic aorta were constructed by image processing Computed Tomographic (CT) images. The CT images were made available by South Karelia Central Hospital in Lappeenranta. The reconstruction of thoracic aorta consisted of operations, such as contrast adjustment, image segmentations, and 3D surface rendering. Additional design operations were performed to make the aorta model compatible for the numerical method based computer code. The image processing and design operations were performed with specialized medical image processing software. Pulsatile pressure and velocity boundary conditions were deployed as inlet boundary conditions. The blood flow was assumed homogeneous and incompressible. The blood was assumed to be a Newtonian fluid. The simulations with idealized models of thoracic aorta were carried out with Finite Element Method based computer code, while the simulations with realistic models of thoracic aorta were carried out with Finite Volume Method based computer code. Simulations were carried out for four cardiac cycles. The distribution of flow, pressure and Wall Shear Stress (WSS) observed during the fourth cardiac cycle were extensively analyzed. The aim of carrying out the simulations with idealized model was to get an estimate of flow dynamics in a realistic aorta model. The motive behind the choice of three aorta models with distinct features was to understand the dependence of flow dynamics on aorta anatomy. Highly disturbed and nonuniform distribution of velocity and WSS was observed in aortic arch, near brachiocephalic, left common artery, and left subclavian artery. On the other hand, the WSS profiles at the roots of branches show significant differences with geometry variation of aorta and branches. The comparison of instantaneous WSS profiles revealed that the model with straight branching arteries had relatively lower WSS compared to that in the aorta model with curved branches. In addition to this, significant differences were observed in the spatial and temporal profiles of WSS, flow, and pressure. The study with idealized model was extended to study blood flow in thoracic aorta under the effects of hypertension and hypotension. One of the idealized aorta models was modified along with the boundary conditions to mimic the thoracic aorta under the effects of hypertension and hypotension. The results of simulations with realistic models extracted from CT scans demonstrated more realistic flow dynamics than that in the idealized models. During systole, the velocity in ascending aorta was skewed towards the outer wall of aortic arch. The flow develops secondary flow patterns as it moves downstream towards aortic arch. Unlike idealized models, the distribution of flow was nonplanar and heavily guided by the artery anatomy. Flow cavitation was observed in the aorta model which was imaged giving longer branches. This could not be properly observed in the model with imaging containing a shorter length for aortic branches. The flow circulation was also observed in the inner wall of the aortic arch. However, during the diastole, the flow profiles were almost flat and regular due the acceleration of flow at the inlet. The flow profiles were weakly turbulent during the flow reversal. The complex flow patterns caused a non-uniform distribution of WSS. High WSS was distributed at the junction of branches and aortic arch. Low WSS was distributed at the proximal part of the junction, while intermedium WSS was distributed in the distal part of the junction. The pulsatile nature of the inflow caused oscillating WSS at the branch entry region and inner curvature of aortic arch. Based on the WSS distribution in the realistic model, one of the aorta models was altered to induce artificial atherosclerotic plaque at the branch entry region and inner curvature of aortic arch. Atherosclerotic plaque causing 50% blockage of lumen was introduced in brachiocephalic artery, common carotid artery, left subclavian artery, and aortic arch. The aim of this part of the study was first to study the effect of stenosis on flow and WSS distribution, understand the effect of shape of atherosclerotic plaque on flow and WSS distribution, and finally to investigate the effect of lumen blockage severity on flow and WSS distributions. The results revealed that the distribution of WSS is significantly affected by plaque with mere 50% stenosis. The asymmetric shape of stenosis causes higher WSS in branching arteries than in the cases with symmetric plaque. The flow dynamics within thoracic aorta models has been extensively studied and reported here. The effects of pressure and arterial anatomy on the flow dynamic were investigated. The distribution of complex flow and WSS is correlated with the localization of atherosclerosis. With the available results we can conclude that the thoracic aorta, with complex anatomy is the most vulnerable artery for the localization and development of atherosclerosis. The flow dynamics and arterial anatomy play a role in the localization of atherosclerosis. The patient specific image based models can be used to diagnose the locations in the aorta vulnerable to the development of arterial diseases such as atherosclerosis.

Análise espaço temporal da evapotranspiração na área de preservação ambiental da Ilha de Santa Rita, Alagoas, Brasil

A evapotranspiração (ET) é uma das principais componentes do ciclo hidrológico. Nesse contexto, este trabalho teve como objetivo analisar o comportamento espaço-temporal do Balanço de Energia e da Evapotranspiração Real Diária na Área de Preservação Ambiental da Ilha de Santa Rita, Alagoas, Brasil, tomando como subsídio as possíveis alterações no uso e cobertura do solo. A metodologia utilizada envolve o uso do algoritmo SEBAL, imagens do satélite Landsat 5 - TM e dados complementares de estação meteorológica localizada na área de estudo. A estimativa diária de ET24h real variou de 0 a 1 mm dia-1 no solo exposto e na cidade; a 6 mm dia-1, em corpos d'água e mangue, com um valor médio de 3,78 mm dia-1, 3,45 mm dia-1 e 4,75 mm dia-1, nos dias 03/09/2003, 26/08/2006 e 17/03/2011, respectivamente, em toda a área estudada. Os resultados por meio do algoritmo SEBAL (SURFACE ENERGY BALANCE ALGORITHMS FOR LAND) podem ser utilizados em condições climáticas semelhantes às da Área de Preservação Ilha de Santa Rita/Alagoas. As distribuições de cada componente do balanço de energia: saldo de radiação, fluxo de calor no solo, sensível e latente, apresentaram influência significativa nos diferentes tipos de uso e cobertura do solo. Além disso, constataram-se diferenças evidentes entre os fluxos em zona rural e área urbana. A abordagem utilizada é muito adequada para uma exploração real de dados de satélite, podendo ser útil para estimar um número de parâmetros no contínuo solo-planta-atmosfera.