Otimização da extração sólido-líquido de antioxidantes de subprodutos florestais pelo método de superfície de resposta

Portugal continental apresenta uma vasta área florestal, que representa cerca de 35,4% da ocupação total do solo, com predominância de espécies como o eucalipto (Eucalyptus globulus) e o pinheiro-bravo (Pinus pinaster). Estas espécies apresentam uma elevada importância a nível económico, designadamente devido à sua ampla utilização, nomeadamente na indústria de celulose e papel, gerando elevadas quantidades de resíduos. Este resíduo de biomassa florestal é utilizado, na sua totalidade, para a geração de energia, na forma de eletricidade ou aquecimento. No entanto, existem outras opções viáveis, a nível económico, tais como a valorização destes subprodutos como fonte de compostos polifenólicos tornando-os, assim, um produto de valor acrescentado. A extração de compostos fenólicos de subprodutos florestais, como folhas de eucalipto e agulhas de pinheiros tem vindo a aumentar devido, principalmente, à substituição de antioxidantes sintéticos, contribuindo para a valorização de subprodutos florestais. Contudo, apesar de todas as potenciais aplicações e vantagens, apenas algumas centenas de espécies aromáticas identificadas são utilizadas à escala comercial. Neste trabalho foi avaliada a capacidade antioxidante de subprodutos da floresta, otimizando as condições de extração através do estudo dos fatores: tempo de extração, temperatura e composição de solvente através do método de superfície de resposta. O planeamento experimental utilizado teve como base um planeamento de compósito central e a avaliação do perfil de antioxidantes das matrizes analisadas foi realizada através de métodos de quantificação total, como o teor fenólico total, a atividade anti-radicalar – método do DPPH (radical 2,2-difenil-1-picrilhidrazilo) e o método de FRAP. Estes métodos analíticos convencionais foram modificados e, devidamente validados, para a análise em leitor de microplacas. Verificou-se que os extratos de pinheiro e de eucalipto, tanto as amostras verdes com as amostras, apresentam uma promissora capacidade antioxidante. O planeamento fatorial aplicado permitiu otimizar as condições de extração em relação às matrizes verdes. Contudo, o mesmo não se verificou em relação às matrizes secas. A composição (% de água) é sem dúvida o fator com mais efeito em todas as amostras (coeficientes de primeira e segunda ordem no modelo). Também a temperatura foi identificada como um fator com efeito significativo sobre os sistemas em análise.

Otimização de um processo produtivo e formulação de um novo produto utilizando ferramentas estatísticas

Na tentativa de se otimizar o processo de fabrico associado a uma tinta base aquosa (TBA), para minimizar os desvios de viscosidade final verificados, e de desenvolver um novo adjuvante plastificante para betão, recorreu-se a métodos e ferramentas estatísticas para a concretização do projeto. Relativamente à TBA, procedeu-se numa primeira fase a um acompanhamento do processo de fabrico, a fim de se obter todos os dados mais relevantes que poderiam influenciar a viscosidade final da tinta. Através de uma análise de capacidade ao parâmetro viscosidade, verificou-se que esta não estava sempre dentro das especificações do cliente, sendo o cpk do processo inferior a 1. O acompanhamento do processo resultou na escolha de 4 fatores, que culminou na realização de um plano fatorial 24. Após a realização dos ensaios, efetuou-se uma análise de regressão a um modelo de primeira ordem, não tendo sido esta significativa, o que implicou a realização de mais 8 ensaios nos pontos axiais. Com arealização de uma regressão passo-a-passo, obteve-se uma aproximação viável a um modelo de segunda ordem, que culminou na obtenção dos melhores níveis para os 4 fatores que garantem que a resposta viscosidade se situa no ponto médio do intervalo de especificação (1400 mPa.s). Quanto ao adjuvante para betão, o objetivo é o uso de polímeros SIKA ao invés da matériaprima comum neste tipo de produtos, tendo em conta o custo final da formulação. Escolheram-se 3 fatores importantes na formulação do produto (mistura de polímeros, mistura de hidrocarbonetos e % de sólidos), que resultou numa matriz fatorial 23. Os ensaios foram realizados em triplicado, em pasta de cimento, um para cada tipo de cimento mais utilizado em Portugal. Ao efetuar-se a análise estatística de dados obtiveram-se modelos de primeira ordem para cada tipo de cimento. O processo de otimização consistiu em otimizar uma função custo associada à formulação, garantindo sempre uma resposta superior à observada pelo produto considerado padrão. Os resultados foram animadores uma vez que se obteve para os 3 tipos de cimentocustos abaixo do requerido e espalhamento acima do observado pelo padrão.

Aplicação das FPAA na realização de sistemas de ordem fraccionária

Esta tese de dissertação tem como principal objetivo a implementação de controladores fracionários utilizando diapositivos analógicos FPAA (Field Programable Analog Array). Embora estes dispositivos já não sejam um tecnologia recente, não tiveram grande aceitação comercial, daí não ter sido grande a sua evolução nesta última década. Mas para a elaboração de alguns circuitos analógicos, nomeadamente filtros, amplificadores e mesmo controladores PID (Proporcional-Integrativo-Derivativo) analógicos torna-se numa ferramenta que pode facilitar o projeto e implementação. Para a realização deste estudo, utilizou-se a placa de desenvolvimento da Anadigm AN231K04-DVLP3 juntamente com o software disponibilizado pela mesma empresa, o AnadigmDesigner2. Para a simulação e observação dos resultados foi utilizada a DAQ (Data Acquisition) Hilink da Zelton juntamente com o software Matlab. De forma a testar a implementação dos controladores fracionários nas FPAA foram realizados alguns circuitos no software e enviados para a FPAA comparando os resultados obtidos na simulação com os visualizados no osciloscópio. Por último foi projetado um controlador PIlDm recorrendo aos métodos de aproximação inteira descritos neste documento implementados na FPAA recorrendo ao uso de filtros de primeira e segunda ordem.

Sintonização de controladores difusos através de técnicas de optimização não-linear com restrições

A presente dissertação tem como objetivo principal a implementação de uma arquitetura baseada em algoritmos evolutivos para a sintonização dos parâmetros do controlador PID (Proporcional-Integral-Derivativo) difuso, sendo o conceito de desempenho em malha fechada explicitamente tido em conta. A sintonização dos parâmetros do controlador difuso é realizada tendo em conta um problema de otimização com restrições, em que a função de custo a ser minimizada é descrita em termos do desempenho em malha fechada, com a dinâmica do sistema a ser aproximada por um modelo não linear. Como nas metodologias de otimização existentes, a incorporação de mecanismos de adaptação referentes às funções de pertença não é comum, na presente dissertação é tido em conta, para além da usual sintonização dos fatores de escala, a sintonização dos fatores de escala e funções de pertença em simultâneo. Os resultados experimentais realizados num sistema de referência, visam demonstrar os benefícios de incorporar as funções de pertença no processo de otimização em diferido. É também utilizado um método analítico de segunda ordem como referência, por forma a comparar o desempenho de uma abordagem de otimização global contra uma de otimização local. Finalmente é implementada uma abordagem em-linha, usando o método analítico de segunda ordem, na otimização dos fatores de escala e funções de pertença.

Remoção em fase líquida do fármaco Diclofenac por adsorção em biocarvão

Grande parte dos resíduos de biomassa gerados na indústria agro-alimentar encontram-se subvalorizados. Como tal, é fundamental desenvolver processos capazes de converter esses resíduos em produtos de valor acrescentado. Por outro lado, os compostos farmacêuticos são considerados contaminantes emergentes das águas residuais e com efeitos nocivos para a saúde humana e dos animais. Tendo em conta este enquadramento, resíduos industriais de processamento de batata, foram convertidos em biocarvão activado e utilizados como adsorventes do fármaco Diclofenac, em fase líquida. Os resíduos de biomassa, maioritariamente casca de batata, foram submetidos a caracterização química e a análise termogravimétrica. O biocarvão foi obtido por activação química dos resíduos de biomassa com K2CO3 a 700ºC durante 1 hora, em atmosfera de azoto. Seguidamente foi submetido a caracterização textural e química. O biocarvão (CRB) foi aplicado à remoção de diclofenac sódico (DCF), em fase aquosa, e o seu desempenho foi comparado com o de um carvão activado comercial (GAC). Ambos os carvões, apresentaram-se como materiais microporosos, mas o CRB revelou possuir uma extensa rede macroporosa que se reflectiu numa cinética de adsorção do DCF significativamente mais rápida que a do GAC. Concluiu-se que a cinética de adsorção do DCF com o biocarvão obedecia a um modelo de pseudo 2ªordem e a cinética do GAC se ajustava a um modelo de pseudo 1ª ordem. Apesar do GAC apresentar uma capacidade superior de adsorção no equilíbrio, a sua constante cinética foi inferior à do CRB. No estudo das isotérmicas de adsorção, observou-se que ambos os carvões seguiam o modelo de Langmuir. Apesar da maior capacidade de adsorção do carvão comercial, a constante de Langmuir para o carvão CRB apresentou-se acentuadamente superior, revelando maior afinidade do DCF com este carvão. Para além disso, a cinética superior do CRB representa uma vantagem para processos em que este parâmetro seja determinante.

Modelação, simulação e implementação de agitação acústica para aplicações em microfluídica

Tese de Doutoramento (Programa Doutoral em Engenharia Biomédica)

Efeitos de aplicações sucessivas de lodo de esgoto em um latossolo amarelo distrófico cultivado com cana-de-açúcar: carbono orgânico, condutividade elétrica, ph e CTC

Aplicações sucessivas de lodo de esgoto em solos agrícolas podem promover alterações significativas em alguns atributos químicos dos solos. Tendo em vista essa possibilidade, o presente trabalho objetivou avaliar os efeitos de duas aplicações sucessivas de doses crescentes de lodo de esgoto sobre os teores de carbono orgânico, condutividade elétrica, pH e CTC ao pH atual de um Latossolo Amarelo distrófico cultivado com cana-de-açúcar. O experimento foi realizado nos anos agrícolas 1996/97 e 1997/98: no primeiro ano, além dos tratamentos calagem + adubação mineral e testemunha, foram aplicadas em área total doses equivalentes a 33, 66 e 99 Mg ha-1 (base seca) de lodo de esgoto. Em 1997/98, o lodo foi reaplicado em doses equivalentes a 37, 74 e 110 Mg ha-1 (base seca). As aplicações de lodo de esgoto promoveram, em ambos os anos agrícolas, aumentos imediatos nos teores de C-orgânico, condutividade elétrica e pH do solo. A partir deste ponto, foram observados decréscimos de C-orgânico no decorrer dos dois anos agrícolas, cujos dados ajustaram-se a um modelo de cinética de primeira ordem. A redução na taxa de decréscimo, por ocasião da segunda aplicação do lodo de esgoto, evidenciou o acúmulo relativo de C-orgânico no solo, decorrente das aplicações sucessivas do resíduo. Não houve indícios de efeitos cumulativos sobre a condutividade elétrica em decorrência da segunda aplicação de lodo, o que evidencia estreita relação, em função do tempo, entre o comportamento dessa variável na camada de incorporação do lodo, a ocorrência de chuvas e a lixiviação de sais, demonstrada pelos aumentos na CE nas camadas subsuperficiais do solo. Para o pH, por ocasião da segunda aplicação do lodo, os incrementos foram menores do que os observados em 1996/97, evidenciando o poder de tamponamento do solo. O lodo de esgoto aumentou a capacidade de troca de cátions do solo, porém esse aumento não foi proporcional à dose aplicada, tampouco devido à segunda aplicação. As alterações na CTC foram mais bem explicadas pelas variações no pH do que pelos acréscimos de C-orgânico.

Sorção de selênio em solos do bioma cerrado

O estudo da distribuição de Se em solos é de extremo interesse devido à estreita faixa entre níveis de deficiência e toxidez. A espécie química de Se com maior potencial toxicológico é o ânion selenato, em razão de sua alta mobilidade em solos, sendo assim de grande importância a compreensão de seu comportamento em solos tropicais. Foi realizado um experimento de adsorção, utilizando-se 2 g de solo em 20 mL de solução, contendo dez diferentes concentrações de Se na forma de Na2SeO4, com tempo de agitação de 24 h, em solução eletrolítica de NaNO3 0,03 mol L-1. Para estudar o efeito do tempo na adsorção, realizou-se um experimento nas mesmas condições das do ensaio de adsorção, porém foi utilizada somente a concentração de 1 mg L-1 Se, variando o tempo de agitação de 15 min a 72 h. A isoterma de adsorção de Freundlich foi a de melhor ajuste aos dados experimentais. Para o estudo cinético, o melhor modelo foi o de pseudossegunda ordem, e o tempo necessário para a adsorção do Se atingir o equilíbrio foi de aproximadamente 4 h. De modo geral, os valores obtidos para Kd foram baixos; assim, conclui-se que o Se tende a ficar mais em solução do que retido nas partículas do solo. Portanto, os solos mais intemperizados, gibbsíticos e goethíticos e com maior conteúdo de argila foram os que tiveram maior afinidade pelo selênio. Nos solos com textura média ou arenosa, esse elemento tende a ser menos retido, razão pela qual pode ser absorvido pelas plantas ou ser facilmente lixiviado, podendo causar malefícios ao ecossistema.

Mineralização do nitrogênio em solos tratados com lodos de curtume

O objetivo deste trabalho foi avaliar, em laboratório, a mineralização líquida do N orgânico de dois lodos de curtume em solos. Um Latossolo Vermelho acriférrico e um Latossolo Vermelho-Amarelo distrófico receberam quatro doses de cada lodo (0, 595, 1.190 e 1.785 kg ha-1 de N): do efluente de caleiro (LCL), com concentração baixíssima de crômio e do decantador primário (LCR), com 17 g kg-1 de Cr. As misturas solos+lodos foram lixiviadas após incubação por períodos crescentes até 132 dias em colunas de percolação. Um modelo cinético de primeira ordem descreveu a mineralização líquida do N (R² = 0,967** a 0,998**). Aplicações de LCR, em comparação às de LCL, diminuíram a porcentagem acumulada do N mineralizado proveniente do lodo (médias de 4 e 35,5%), reduziram o valor da taxa constante de mineralização (médias de 0,0048 e 0,028 dia-1) e aumentaram substancialmente o tempo de meia-vida (T1/2) (variação de 100 a 267 e de 19 a 29 dias), o que indica inibição da mineralização do N, possivelmente em decorrência das elevadas concentrações de Cr daquele lodo. Uma análise detalhada das curvas de mineralização com a aplicação de LCR apontou a existência de três fases, que provavelmente representam adaptações sucessivas da microbiota a diferentes frações recalcitrantes do lodo.

Estimativa dos níveis ótimos e econômicos de irrigação no mamoeiro (Carica papaya L.) cultivar Golden nas condições do norte do Espírito Santo

Objetivou-se, no presente trabalho, identificar os níveis ótimos de irrigação e adubação nitrogenada que propiciem a máxima produtividade física e econômica da cultivar de mamoeiro Golden. Na identificação dos níveis ótimos, utilizou-se a função de produção. O estudo experimental foi conduzido na fazenda Caliman Agrícola S.A., no município de Linhares-ES. Utilizou-se o delineamento estatístico experimental em blocos casualizados, com esquema fatorial 5x4, em parcelas subdivididas, sendo cinco lâminas de irrigação (0,5; 0,7; 0,9; 1,1 e 1,3 da evapotranspiração de referência), com turno de rega diário, e quatro doses de sulfato de amônio (90; 188; 288 e 377 kg ha-1mês-1). A estimativa da produtividade (t ha-1), em função da lâmina total de água aplicada, obteve ajuste estatístico significativo (p < 0,05) ao modelo de segunda ordem. A máxima produtividade econômica foi igual a 94,83 t ha-1, com lâmina máxima de 1.546,5 mm. A receita líquida operacional dos mercados interno e externo foi de 313,19 e 929,57 R$ ha-1 mês-1, respectivamente.

Morfometria de microbacias do Córrego Rico, afluente do Rio Mogi-Guaçu, Estado de São Paulo, Brasil

Este trabalho teve como objetivo avaliar as características morfométricas das microbacias (2ª, 3ª, 4ª e 5ª ordens de magnitude) da bacia hidrográfica do córrego Rico, sub-bacia do Rio Mogi-Guaçu, localizada na região administrativa de Ribeirão Preto, Estado de São Paulo, Brasil. Para tanto, foram determinados os parâmetros físicos e a configuração topográfica natural do sistema de drenagem. Os procedimentos para a obtenção dos dados foram fundamentados em técnicas de sensoriamento remoto e geoprocessamento. A partir da vetorização das cartas topográficas correspondentes à área de estudo, realizou-se a análise morfométrica quanto às características dimensionais, do padrão de drenagem e do relevo no sistema de informação geográfica ArcView. A microbacia é considerada de sexta ordem de magnitude, com área estimada de 542 km², com 85 microbacias de segunda ordem, 22 de terceira, sete de quarta ordem e duas de quinta. Utilizando o critério geométrico, na disposição fluvial das sub-bacias de cabeceiras observou-se a predominância dos modelos dendríticos e subdendríticos, enquanto a jusante predominava o modelo subparalelo, respectivamente, nas áreas de ocorrências dos arenitos Bauru e rochas efusivas básicas.

Temperatura cardeal e potencial hídrico na germinação de sementes de corda-de-viola (Ipomoea triloba)

O presente trabalho teve como objetivos avaliar o efeito da temperatura e da umidade na germinação e na emergência de corda-de-viola (Ipomoea triloba) e determinar o efeito de potenciais hídricos e de temperaturas na germinação de sementes e na elongação do hipocótilo e da radícula dessa espécie. Avaliaram-se os termoperíodos de 9,3 e 5 (7,5); 14,3 e 10 (12,5); 19,3 e 15 (17,5); 24,3 e 20 (22,5); 29,3 e 25 (27,5); 34,3 e 30 (32,5); 39,2 e 35 (37,5) e 44,2; 40 (42,5); e 49,2 e 45 (47,5) ºC, alternando-se durante 14 e 10 horas, e os potenciais hídricos de 0, -0,03, -0,06, -0,1, -0,2, -0,4, -0,6 e -0,9 MPa. A germinação de corda-de-viola foi descrita pela interação da temperatura e do potencial hídrico, e a taxa de elongação da radícula e do hipocótilo, em função da temperatura. Os parâmetros do modelo usado para estimar as temperaturas cardeais e o potencial hídrico base foram determinados por "probit" análise, para a germinação. Em se tratando dos processos de elongação, as temperaturas cardeais foram determinadas por regressão linear, e suas respostas à temperatura, descritas por equação de regressão de segunda ordem. Os modelos matemáticos usados descreveram os processos de germinação e elongação do hipocótilo e da radícula dessa espécie em termos de tempo hidrotérmico e temperatura, respectivamente.

Estabilidade da polpa de pitanga sob congelamento

Dentre as frutas tropicais, a pitanga, ainda pouco estudada, apresenta um grande apelo sensorial e uma excelente qualidade vitamínica devido ao seu elevado teor de carotenóides. Este trabalho teve como objetivo avaliar a estabilidade da polpa de pitanga preservada por congelamento (-18&deg;C) através das análises de pH, acidez total titulável, sólidos solúveis, sólidos totais, açúcares redutores e totais e aceitação sensorial nos tempos 0, 30, 60, 90 dias, carotenóides totais e cor instrumental, nos tempos 0, 15, 30, 45, 60 e 90 dias. A reação cinética da degradação do parâmetro de cor a* se ajustou melhor ao modelo cinético de 1ª ordem (R² =91,69%). No entanto, para a diferença total de cor (deltaE*) apresentou melhor adequação ao modelo de ordem zero (R² =91,91%). Na análise sensorial, a aparência variou significativamente (p<0,05) aos 90 dias de estocagem. Houve uma forte queda na aceitabilidade sensorial e na atitude positiva de compra do néctar formulado com a polpa de pitanga armazenada por 90 dias a -18&deg;C.

Determinação da vida-de-prateleira de maçã-passa por testes acelerados

Para a previsão da vida-de-prateleira de um alimento é essencial a avaliação da cinética das reações de deterioração além da orientação quanto às condições mais adequadas de conservação dos produtos. Para a estimativa da vida-de-prateleira de maçã-passa, o produto foi acondicionado em filme de PE de 140 µ, armazenado a temperaturas de 5 &deg;C (controle), 25 &deg;C (ambiente) e 35 &deg;C (acelerada) e avaliado baseado em leituras objetivas de cor L, a e b Hunter, feitas a cada 15 dias, durante 6 meses. Os dados obtidos mostram que a reação de degradação da cor se ajusta ao modelo cinético de ordem Zero. O Modelo de Arrhenius foi aplicado às velocidades de reação (k) nas diferentes temperaturas estabelecendo uma energia de ativação (Ea) de 7,6 kcal.mol-1 e um valor de Q10 = 2,0. A avaliação sensorial foi baseada em leituras subjetivas (Teste de Diferença do Controle) realizadas a cada 15 dias durante 4 meses. Os resultados sugerem que a vida-de-prateleira do produto armazenado a 35 &deg;C é de 100 dias. Sendo o Q10 = 2,0, na temperatura ambiente a vida-de-prateleira do produto deve ser de aproximadamente 200 dias.

Desenvolvimento de barras de cereais à base de aveia com alto teor de fibra alimentar

A barra de cereal é um alimento nutritivo de sabor adocicado e agradável, fonte de vitaminas, sais minerais, fibras, proteínas e carboidratos complexos. O trabalho objetivou estudar o efeito da concentração de fibra alimentar e de açúcar na calda em barras de cereais elaboradas à base de aveia com alto teor de fibra alimentar. No estudo foram utilizados flocos, farelo e farinha de aveia, do cultivar UPFA 22, selecionado com base no teor de fibras e beta-glucanas. Os ingredientes secos e ligantes foram adquiridos no comércio local e utilizados na proporção de 70 e 30%, respectivamente, em quantidades definidas a partir de testes laboratoriais. O experimento foi realizado em delineamento composto central rotacional aplicável à metodologia de superfície de resposta, sendo avaliado o efeito da concentração de açúcar na calda (70, 75 e 80 &deg;Brix) e do teor de fibra alimentar da formulação (12, 16 e 20%) na composição química, valor calórico, atividade de água, microbiologia e características sensoriais das barras de cereais. Os resultados das variáveis respostas foram tratados por análise de regressão múltipla. E foram utilizados no modelo matemático de segunda ordem os termos lineares, quadráticos e de interação, significativos. A aveia pode ser utilizada como ingrediente na elaboração de barras de cereais por apresentar textura, sabor e aparência adequados. O uso de aveia na formulação possibilita produzir barras de cereais com alto teor de fibra alimentar e fonte de beta-glucanas. As barras de cereais apresentam propriedades sensoriais agradáveis, similares às industrializadas e melhor aceitas quando elaboradas com média concentração de açúcar na calda e altos teores de fibra alimentar. As barras de cereais apresentam baixa atividade de água e atendem às especificações sanitárias, sendo estáveis durante 60 dias de armazenamento.