Comprehensive Characterization of Measurement Data Gathered by the Pressure Tube to Calandria Tube Gap Probe

Multi-frequency eddy current measurements are employed in estimating pressure tube (PT) to calandria tube (CT) gap in CANDU fuel channels, a critical inspection activity required to ensure fitness for service of fuel channels. In this thesis, a comprehensive characterization of eddy current gap data is laid out, in order to extract further information on fuel channel condition, and to identify generalized applications for multi-frequency eddy current data. A surface profiling technique, generalizable to multiple probe and conductive material configurations has been developed. This technique has allowed for identification of various pressure tube artefacts, has been independently validated (using ultrasonic measurements), and has been deployed and commissioned at Ontario Power Generation. Dodd and Deeds solutions to the electromagnetic boundary value problem associated with the PT to CT gap probe configuration were experimentally validated for amplitude response to changes in gap. Using the validated Dodd and Deeds solutions, principal components analysis (PCA) has been employed to identify independence and redundancies in multi-frequency eddy current data. This has allowed for an enhanced visualization of factors affecting gap measurement. Results of the PCA of simulation data are consistent with the skin depth equation, and are validated against PCA of physical experiments. Finally, compressed data acquisition has been realized, allowing faster data acquisition for multi-frequency eddy current systems with hardware limitations, and is generalizable to other applications where real time acquisition of large data sets is prohibitive.

Engineering properties of alkali-activated natural pozzolan concrete

The development of alkali-activated binders with superior engineering properties and longer durability has emerged as an alternative to ordinary portland cement (OPC). It is possible to use alkali-activated natural pozzolans to prepare environmentally friendly geopolymer cement leading to the concept of sustainable development. This paper presents a summary of an experimental work that was conducted to determine mechanical strength, modulus of elasticity, ultrasonic pulse velocity, and shrinkage of different concrete mixtures prepared with alkali-activated Iranian natural pozzolans—namely Taftan andesite and Shahindej dacite, both with and without calcining. Test data were used for Taftan pozzolan to identify the effects of water-binder ratios (w/b) and curing conditions on the properties of the geopolymer concrete, whereas the influence of material composition was studied by activating Shahindej pozzolan both in the natural and calcined states. The results show that alkali-activated natural pozzolan (AANP) concretes develop moderate-to-high mechanical strength with a high modulus of elasticity and a shrinkage much lower than with OPC.

Biomass, quality traits and methane production of extensive grassland: biodiversity effects and sensor approaches

Energy policies around the world are mandating for a progressive increase in renewable energy production. Extensive grassland areas with low productivity and land use limitations have become target areas for sustainable energy production to avoid competition with food production on the limited available arable land resources and minimize further conversion of grassland into intensively managed energy cropping systems or abandonment. However, the high spatio-temporal variability in botanical composition and biochemical parameters is detrimental to reliable assessment of biomass yield and quality regarding anaerobic digestion. In an approach to assess the performance for predicting biomass using a multi-sensor combination including NIRS, ultra-sonic distance measurements and LAI-2000, biweekly sensor measurements were taken on a pure stand of reed canary grass (Phalaris aruninacea), a legume grass mixture and a diversity mixture with thirty-six species in an experimental extensive two cut management system. Different combinations of the sensor response values were used in multiple regression analysis to improve biomass predictions compared to exclusive sensors. Wavelength bands for sensor specific NDVI-type vegetation indices were selected from the hyperspectral data and evaluated for the biomass prediction as exclusive indices and in combination with LAI and ultra-sonic distance measurements. Ultrasonic sward height was the best to predict biomass in single sensor approaches (R² 0.73 – 0.76). The addition of LAI-2000 improved the prediction performance by up to 30% while NIRS barely improved the prediction performance. In an approach to evaluate broad based prediction of biochemical parameters relevant for anaerobic digestion using hyperspectral NIRS, spectroscopic measurements were taken on biomass from the Jena-Experiment plots in 2008 and 2009. Measurements were conducted on different conditions of the biomass including standing sward, hay and silage and different spectroscopic devices to simulate different preparation and measurement conditions along the process chain for biogas production. Best prediction results were acquired for all constituents at laboratory measurement conditions with dried and ground samples on a bench-top NIRS system (RPD > 3) with a coefficient of determination R2 < 0.9. The same biomass was further used in batch fermentation to analyse the impact of species richness and functional group composition on methane yields using whole crop digestion and pressfluid derived by the Integrated generation of solid Fuel and Biogas from Biomass (IFBB) procedure. Although species richness and functional group composition were largely insignificant, the presence of grasses and legumes in the mixtures were most determining factors influencing methane yields in whole crop digestion. High lignocellulose content and a high C/N ratio in grasses may have reduced the digestibility in the first cut material, excess nitrogen may have inhibited methane production in second cut legumes, while batch experiments proved superior specific methane yields of IFBB press fluids and showed that detrimental effects of the parent material were reduced by the technical treatment

Ultrassonic Analysis of UO2 Pellets

Ceramic materials have been widely used for various purposes in many different industries due to certain characteristics, such as high melting point and high resistance to corrosion. In the nuclear area, ceramics are of great importance due to the process of fabrication of fuel pellets for nuclear reactors. Generally, high accuracy destructive techniques are used to characterize nuclear materials for fuel fabrication. These techniques usually require costly equipment and facilities, as well as experienced personnel. This paper aims at presenting an analysis methodology for UO2 pellets using a non-destructive ultrasonic technique for porosity measurement. This technique differs from traditional ultrasonic techniques in the sense it uses ultrasonic pulses in frequency domain instead of time domain. Therefore, specific characteristics of the analyzed material are associated with the obtained frequency spectrum. In the present work, four fuel grade UO2 pellets were analyzed and the corresponding results evaluated.

Analysis of cohesion calls in "Orcinus orca" (Linnaeus, 1758)

[EN]The killer whales emit emit vocal signals to maintain group cohesion. It is assumed discrete calls are used as cohesion calls, nevertheless has not been tested if any of them could be used for other reason. Combining different stereotyped discretes calls into specific sequences increases the probability to happen a call with response. The acoustic activity of five orcas (Orcinus orca) was monitored during five different nights and distributed in three pools, leaving one orca in pool A and the rest of the group between pools B and C. Out of 4311 classified vocalizations were obtained 632 call-response sequences between different pools.

Sistemas auxiliares de desinfeção em Endodontia

Introdução: O objetivo da terapia endodôntica é eliminar a infeção presente nos canais radiculares e prevenir a reinfeção dos mesmos, criando assim as condições para a manutenção da peça dentária em função e livre de patologia pulpar ou peri-apical. A complexa anatomia dos canais faz com que seja impossível uma limpeza completa dos mesmos. Para se conseguir um bom resultado clínico é de extrema importância utilizarmos técnicas e procedimentos que visem uma utilização combinada de instrumentação mecânica e desinfeção com soluções de irrigação. Objetivo: Revisão bibliográfica sobre sistemas auxiliares de desinfeção em Endodontia, abordando as suas principais vantagens e limitações e apresentando estudos que provam a sua importância para o sucesso do tratamento endodôntico. Materiais e métodos: Realizou-se uma pesquisa eletrónica nos principais motores de busca online tais como PubMed, B-On, Scielo e Science Direct e em livros científicos sobre a temática, utilizando palavras-chave em inglês tais como “irrigation techniques”, “sonic irrigation”, “EndoVac”, “EDTA”, “hypoclorite sodium”, “passive ultrasonic irrigation”, “apical negative pressure irrigation”, “root canal irrigation”, “EndoAtivator”, e ainda alguns termos em português tais como “insucesso em endodontia”, “hipoclorito de sódio” “ácido cítrico” e “irrigação sónica e ultrasónica”. Da pesquisa efectuada entre Junho e Novembro de 2015 e cujo critério de inclusão foram artigos datados de 2001 a 2015, escolheu-se 65 artigos em inglês, 4 em português e 1 em espanhol, dos quais se utilizaram 44 artigos. Além dos artigos analisou-se 2 livros, dos quais se utilizou 1. Resultados: Os artigos analisados apresentam como principais resultados que a combinação de instrumentação mecânica e a irrigação reduz mas não elimina totalmente as bactérias. Até à data não existem soluções de irrigação ideais. Têm-se desenvolvido técnicas capazes de combater as dificuldades encontradas e aumentar as potencialidades da irrigação, cada uma apresentando suas vantagens e desvantagens. Dos resultados constatados, a literatura científica aparenta reconhecer o Sistema EndoVac como o melhor em termos de biossegurança e o sistema de irrigação ultrasónica passiva como o melhor em termos de desinfecção e limpeza. Conclusão: Uma combinação de soluções com uma sequência específica é aparentemente necessária para atingir o sucesso endodôntico, bem como uma escolha adequada da técnica. As novas técnicas desenvolvidas tais como a ativação dinâmica manual, irrigação ultrasónica passiva, ativação sónica e sistemas de pressão apical negativa apresentam melhores resultados quando associados a irrigantes adequados como o hipoclorito, EDTA, ácido cítrico, clorohexidina e álcool. No entanto, concluiu-se que mais investigação é necessária para melhorar o sucesso do tratamento endodôntico não-cirúrgico.

Canais calcificados

A abordagem Endodôntica tem como grandes objetivos a manutenção funcional e estética do dente no sistema estomatognático. O sucesso desta abordagem terapêutica depende da realização eficiente da desinfeção, conformação e obturação do canal radicular. Estas etapas podem tornar-se difíceis de realizar na presença de dentes calcificados. A localização e manipulação dos canais calcificados são considerados um grande desafio durante a abordagem Endodôntica. Na tentativa de localização dos canais podem ocorrer erros de procedimento, como perfurações, fraturas de instrumentos e desvios do trajeto original do canal. Atualmente, vários recursos clínicos são utilizados para auxiliar estes procedimentos, como radiografias, microscópio operatório e o ultrassom. A calcificação pode ser resultado do processo fisiológico de envelhecimento, ou da deposição de dentina como mecanismo de defesa da polpa contra agentes agressores externos. Os dentes com calcificação não costumam apresentar sintomatologia, sendo o diagnóstico muitas vezes acidental. Clinicamente, a coroa dentária apresenta coloração alterada, e radiograficamente os canais apresentam os seus limites pulpares apagados, revelando obstrução parcial ou completa da câmara pulpar e dos canais, devido à deposição excessiva de dentina. A abordagem apropriada para dentes calcificados pode ser um dilema para o clínico. Esta deve ser feita a partir de decisão prudente entre a intervenção Endodôntica para o dente envolvido e outras intervenções restauradoras estéticas disponíveis. A maioria da literatura não apoia a intervenção Endodôntica a menos que seja detetado patologia apical ou sintomatologia do dente envolvido. A observação e o exame periódico do dente calcificado são as opções geralmente adotadas.

Soluções irrigadoras em Endodontia

O principal objetivo do tratamento endodôntico não cirúrgico reside na limpeza e desinfeção do sistema tridimensional de canais radiculares, removendo os microrganismos existentes e conseguindo restituir a função do dente, em vez de o extrair. É fácil compreender que o insucesso deste tratamento deve-se, essencialmente, à sobrevivência dos microrganismos nos canais radiculares. Por isso, a irrigação e a desinfeção são essenciais para alcançar o sucesso do tratamento. Devido à morfologia do canal e à incapacidade de determinar a localização exata do ápice, as soluções irrigadoras têm de alcançar as ramificações dos canais radiculares e outras áreas inacessíveis à instrumentação. Após a pesquisa efetuada, concluiu-se que o irrigante mais utilizado universalmente é o hipoclorito de sódio. Para além disso, o hipoclorito de sódio, o EDTA e o ácido cítrico ajudam na instrumentação e no alargamento do canal, devido à desmineralização dentinária que provocam. Já a clorexidina, apesar de não provocar qualquer desmineralização, ao ser associada ao hipoclorito de sódio, origina um precipitado que vai interferir no selamento dos canais radiculares. Assim, com o presente trabalho, pretende-se realizar uma revisão bibliográfica sobre os diversos irrigantes e sistemas auxiliares de irrigação, que se encontram associados à desinfeção endodôntica.

Obtenção de concentrado proteico do farelo de arroz e avaliação das propriedades químicas e funcionais

Esta dissertação é composta por 5 artigos.

Implantation d'imagerie temps réel par ondes guidées pour écran tactile

Les techniques d'imagerie développées pour la surveillance embarquée des structures ont maintenant des applications dans d'autres domaines. Par exemple, le domaine de l'écran tactile est en pleine expansion et de nouvelles technologies commencent à apparaître pour des applications spécifiques. Au niveau médical, des surfaces tactiles pouvant fournir des données sur la répartition du poids et la posture seraient une avancée pour le diagnostique des patients et la recherche. L'écran tactile est une technologie utilisée dans un nombre croissant d'appareils. Les écrans tactiles capacitifs et résistifs dominent le marché, mais ils sont connus pour être difficiles à fabriquer, facilement cassables et coûteux pour les grandes dimensions. Par conséquent, de nouvelles technologies sont encore explorées pour les écrans tactiles de grandes tailles et robustes. Les technologies candidates comprennent des approches basées sur les ondes. Parmi eux, des ondes guidées sont de plus en plus utilisés dans la surveillance des structures (SHM) pour de nombreuses applications liées à la caractérisation des propriétés des matériaux. Les techniques d'imagerie utilisées en SHM telles que Embedded Ultrasonic Structural Radar (EUSR) et Excitelet sont fiables, mais elles ont souvent besoin d'être couplées avec du traitement d'image pour donner de bons résultats. Dans le domaine du NDT (essais non destructifs), les ondes guidées permettent d'analyser les structures sans les détériorer. Dans ces applications, les algorithmes d'imagerie doivent pouvoir fonctionner en temps réel. Pour l'écran tactile, une technique d'imagerie de la pression en temps réel doit être développée afin d'être efficace et performante. Il faut obtenir la position et l'amplitude de la pression appliquée en un ou plusieurs points sur une surface. C'est ici que les algorithmes et l'expertise par rapport aux ondes guidées seront mises de l'avant tout pensant à l'optimisation des calculs afin d'obtenir une image en temps réel. Pour la méthodologie, différents algorithmes d'imagerie sont utilisés pour obtenir des images de déformation d'un matériau et leurs performances sont comparées en termes de temps de calcul et de précision. Ensuite, plusieurs techniques de traitement d'images ont été implantées pour comparer le temps de calcul en regard de la précision dans les images. Pour l'écran tactile, un prototype est conçu avec un programme optimisé et les algorithmes offrant les meilleures performances pour un temps de calcul réduit. Pour la sélection des composantes électroniques, ce sont la vitesse d'exécution et la définition d'image voulues qui permettent d'établir le nombre d'opérations par seconde nécessaire.

Hitsauksen reaaliaikaisen NDT-tarkastuksen nykytilanne

Tämän kandidaatintyön tarkoituksena on selvittää hitsien tarkastukseen käytettyjen NDT-menetelmien nykytilannetta. Työssä kerrotaan mitä reaaliaikainen NDT-tarkastus on ja mitä menetelmiä siihen voidaan käyttää. Työn tarkoituksena on antaa lukijalle kokonaiskuva NDT-tarkastuksen nykytilasta ja siinä käytettävistä menetelmistä. Tutkimus suoritettiin kirjallisuuskatsauksena. Kirjallisuuskatsaus on luonteeltaan toteava. Lähteiden etsintä suoritettiin suurimmalta osin Internet-hakuna. NDT-tarkastusmenetelmät voidaan jakaa kahteen pääkategoriaan; pinta- ja volumetrisiin menetelmiin. Kaikki tarkastusmenetelmät eivät sovellu reaaliaikaiseen tarkastukseen. Hitsien tarkastuksessa käytetyimmät reaaliaikaiset menetelmät ovat: ultraäänitarkastus, radiografinen tarkastus, optinen spektroskopia, termografia ja pyörrevirtatarkastus. Kaikilla reaaliaikaisilla menetelmillä on omat vahvuutensa ja heikkoutensa. Työssä esitetään myös CASE-esimerkkejä reaaliaikaisesta hitsien tarkastamisesta.Tärkeimpinä johtopäätöksinä voidaan nähdä se, että hitsien NDT-tarkastuksen onnistuminen on aina hyvin tapauskohtaista ja riippuu useista muuttujista. Tästä syystä tällä hetkellä NDT-tarkastusmenetelmistä ei voi valita parasta kaikkiin käyttökohteisiin sopivaa menetelmää. Monessa prosessissa NDT-tarkastustehokkuutta ei määritä mekaanisen laitteiston mittaustarkkuus, vaan tulosten analysointiin käytettyjen algoritmien tehottomuus. Tutkimuksessa esitetään myös idea hybridi-NDT-tarkastusjärjestelmästä, jolla saataisiin havaittua tehokkaasti sekä pinta-että volumetrisia virheitä.

Recuperação de carotenóides microbianos por diferentes técnicas de ruptura celular

O objetivo deste trabalho foi utilizar diferentes técnicas químicas (dimetilsulfóxido, ácido clorídrico, acético e lático), técnicas mecânicas (banho ultrassônico, abrasão com pérolas de vidro, maceração com terra diatomácea, ruptor ultrassônico e imersão em nitrogênio líquido) e técnica enzimática (preparado enzimático comercial Glucanex®) para a recuperação de carotenoides a partir da ruptura da parede celular das leveduras Sporidiobolus pararoseus e Rhodotorula mucilaginosa isoladas de amostras ambientais. Para isso a obtenção de biomassa foi realizada através de cultivos submersos no meio YM, a 25 °C, 180 rpm por 168 h. Para a ruptura celular, a operação de congelamento da biomassa (-18°C por 48 h) foi estudada. Os métodos de secagem convencional por ar forçado (35°C/48h) e liofilização (-80°C/48h, em ultrafreezer, seguido de liofilizador até alcançar 2% de umidade da amostra) também foram avaliados. Nas técnicas químicas aplicadas, o dimetilsulfóxido apresentou os melhores resultados para as duas leveduras, porém o seu uso é limitado devido a sua toxicidade. Para S. pararoseus, os maiores valores encontrados foram para o ácido clorídrico, seguido do acético e do lático, sendo detectada diferença entre eles quando aplicado o congelamento. Com R. mucilaginosa, os maiores valores foram encontrados para os ácidos acético e lático, seguido do ácido clorídrico, no qual o congelamento da biomassa também não influenciou a recuperação dos carotenoides. Dentre as técnicas mecânicas estudadas, para a levedura S. pararoseus, o banho ultrassônico e a abrasão com pérolas de vidro apresentaram os resultados mais promissores comparados ao DMSO (84,79±2,34 e 76,87±2,06 μg/g respectivamente), onde o processo de congelamento da biomassa não influenciou positivamente no percentual de extratibilidade e na concentração específica dos carotenoides quando utilizada estas técnicas. Com Rhodotorula mucilaginosa, o banho ultrassônico propiciou a recuperação da maior concentração específica de carotenoides (193,5±25,8 μg/g), sendo que o processo de congelamento também não influenciou positivamente no percentual de extratibilidade e na concentração específica dos carotenoides. Através do Delineamento Central Composto Rotacional (DCCR) 23 foi possível avaliar que a levedura S. pararoseus não demonstrou nenhum efeito sob as variáveis pH, temperatura e concentração de enzima. Assim, a melhor condição de trabalho escolhida foi pH 7,4, 30 ºC e concentração de enzima de 1,0 g/gcs, onde apresentou a concentração específica de 42,6 μg/g e volumétrica de 308 μg/L de carotenoides. Para R. mucilaginosa, a condição ótima foi definida como 1,0 g/gcs, pH 5,0 e temperatura de 30 ºC, onde foi encontrado 115,1±8,1 μg/g e 470,1±38,8 μg/L para a concentração específica e volumétrica de carotenoides, respectivamente. A utilização de técnicas combinadas empregando banho ultrassônico e lise enzimática não proporcionou melhorias nos resultados para ambas as leveduras. A liofilização provocou um ganho de 20% e 13,7% na concentração específica dos carotenoides das leveduras S. pararoseus e R. mucilaginosa, respectivamente, onde o congelamento da biomassa não influenciou significativamente (p<0,05) a recuperação de carotenoides provenientes das duas leveduras, podendo ser eliminada do processo. Assim, para S. pararoseus o banho ultrassônico e as pérolas de vidro apresentaram os melhores resultados na recuperação de carotenoides, e para R. mucilaginosa o melhor resultado foi alcançado com o banho ultrassônico.

Ultrasound-assisted extraction of R-phycoerythrin from Grateloupia turuturu with and without enzyme addition

The aim of this study was to compare two processes for the extraction of R-phycoerythrin (R-PE) from the red seaweed Grateloupia turuturu: ultrasound-assisted extraction (UAE) and ultrasound-assisted enzymatic hydrolysis (UAEH). Process efficiencies were both evaluated by the yield of R-PE extraction and by the level of liquefaction. Experiments were conducted at 40 and 22 °C, for 6 h, using an enzymatic cocktail and an original ultrasonic flow-through reactor. R-PE appeared very sensitive to temperature, thus 22 °C is strongly recommended for its extraction by UAEH or UAE. However, the higher processing temperature (40 °C) clearly increased the extraction of water-soluble compounds (up to 91% of liquefaction). These two new processes are thus promising alternatives for the extraction of water-soluble components including R-PE, from wet seaweeds, with extraction yields at least similar to conventional solid–liquid extraction.

Produção e extração da enzima anidrase carbônica e de ficobiliproteínas a partir de microalgas

Muito interesse tem sido focado no potencial biotecnológico das microalgas, principalmente devido à identificação de diversas substâncias sintetizadas por estes organismos, dentre elas a anidrase carbônica e as ficobiliproteínas. A anidrase carbônica é uma metaloenzima que catalisa a hidratação reversível do CO2 em bicarbonato com alta eficiência, sendo utilizada para captação de CO2 através de sistemas biológicos. A C-ficocianina e a aloficocianina, corantes naturais, são os dois principais componentes das ficobiliproteínas em cianobactérias e apresentam diversas aplicações dentro da indústria alimentícia, cosmética e farmacêutica. O objetivo principal desta tese foi avaliar a produção e a extração da anidrase carbônica e das ficobiliproteínas a partir de diferentes microalgas. Para isso, primeiramente foi realizado uma investigação da produção da anidrase carbônica pela microalga Dunaliella tertiolecta, onde foi estudada a extração da enzima e sua aplicação em sistemas de captura enzimática de CO2. Posteriormente foi avaliada a produção da enzima ao longo do cultivo de diferentes microalgas marinhas e dulcícolas (Dunaliella tertiolecta, Tetraselmis sueccica, Phaeodactylum tricornutum, Nannochloropsis oculata, Isochysis galbana, Chlorella vulgaris e Scenedesmus obliquus). A produção da enzima e de ficobiliproteínas, também, foi estudada para as cianobactérias Spirulina platensis LEB 52, Spirulina sp. LEB 18 e Synechococcus nidulans. Todos os cultivos foram acompanhados em termos de biomassa e pH. Por último, foi realizado um estudo de extração da enzima de P. tricornutum e extração conjunta da anidrase carbônica e de ficobiliproteínas da cianobactéria S. sp. LEB 18. Os cultivos foram realizados em frascos erlenmeyer contendo os meios Conway (marinhas), BG-11 (dulcícolas) e Zarrouk 20% (cianobactérias). Na avaliação da ruptura celular foram testadas as técnicas de maceração em gral e pistilo, agitação em vórtex com pérolas de vidro, sonicação com pérolas de vidro, homogeneizador ultrassônico, secagem, congelamento e descongelamento e a combinação de tratamentos. Maiores rendimentos de extração da enzima a partir da microalga D. tertiolecta foram obtidos utilizando tratamento ultrassônico, juntamente com baixas concentrações de biomassa úmida (0,1 e 0,2 g/L), e a mesma apresentou potencial para aplicação em processos de captação enzimática do CO2. Durante os cultivos, a microalga C. vulgaris se destacou como maior produtora da enzima anidrase carbônica, atingindo valores de atividade enzimática de 44,0 U/L. As cianobactérias apresentaram valores de atividade entre 41,6 e 45,9 U/L, sendo que a S. sp. LEB 18 foi a que apresentou maiores produções de C-ficocianina e aloficocianina no ponto de máxima atividade volumétrica, 65,9 e 82,2 µg/mL, respectivamente. A enzima extraída da biomassa de S. platensis LEB 52 catalisou a hidratação do CO2 que precipitou na forma de CaCO3. Maiores rendimentos de extração da enzima a partir das microalgas P. tricornutum e S. sp. LEB 18 foram obtidos utilizando homogeneizador ultrassônico, que foram 31,3 U/g e 25,5 U/g, respectivamente. A biomassa de S. sp. LEB 18, também apresentou potencial para a extração de ficobiliproteínas, obtendo- se altas concentrações de C-ficocianina (100,5 mg/g) e aloficocianina (69,9 mg/g). Através dos resultados obtidos, pode-se verificar a potencialidade das microalgas e das cianobactérias para produção da enzima anidrase carbônica e das ficobiliproteínas, biomoléculas de alto valor industrial. Este trabalho apresenta processos eficientes para a extração da enzima e de ficobiliproteínas tanto para escala laboratorial como industrial.

Studies of turbulent flows in continuous casting of steel with and without magnetic field

This thesis develops and tests various transient and steady-state computational models such as direct numerical simulation (DNS), large eddy simulation (LES), filtered unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes (URANS) and steady Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) with and without magnetic field to investigate turbulent flows in canonical as well as in the nozzle and mold geometries of the continuous casting process. The direct numerical simulations are first performed in channel, square and 2:1 aspect rectangular ducts to investigate the effect of magnetic field on turbulent flows. The rectangular duct is a more practical geometry for continuous casting nozzle and mold and has the option of applying magnetic field either perpendicular to broader side or shorter side. This work forms the part of a graphic processing unit (GPU) based CFD code (CU-FLOW) development for magnetohydrodynamic (MHD) turbulent flows. The DNS results revealed interesting effects of the magnetic field and its orientation on primary, secondary flows (instantaneous and mean), Reynolds stresses, turbulent kinetic energy (TKE) budgets, momentum budgets and frictional losses, besides providing DNS database for two-wall bounded square and rectangular duct MHD turbulent flows. Further, the low- and high-Reynolds number RANS models (k-ε and Reynolds stress models) are developed and tested with DNS databases for channel and square duct flows with and without magnetic field. The MHD sink terms in k- and ε-equations are implemented as proposed by Kenjereš and Hanjalić using a user defined function (UDF) in FLUENT. This work revealed varying accuracies of different RANS models at different levels. This work is useful for industry to understand the accuracies of these models, including continuous casting. After realizing the accuracy and computational cost of RANS models, the steady-state k-ε model is then combined with the particle image velocimetry (PIV) and impeller probe velocity measurements in a 1/3rd scale water model to study the flow quality coming out of the well- and mountain-bottom nozzles and the effect of stopper-rod misalignment on fluid flow. The mountain-bottom nozzle was found more prone to the longtime asymmetries and higher surface velocities. The left misalignment of stopper gave higher surface velocity on the right leading to significantly large number of vortices forming behind the nozzle on the left. Later, the transient and steady-state models such as LES, filtered URANS and steady RANS models are combined with ultrasonic Doppler velocimetry (UDV) measurements in a GaInSn model of typical continuous casting process. LES-CU-LOW is the fastest and the most accurate model owing to much finer mesh and a smaller timestep. This work provided a good understanding on the performance of these models. The behavior of instantaneous flows, Reynolds stresses and proper orthogonal decomposition (POD) analysis quantified the nozzle bottom swirl and its importance on the turbulent flow in the mold. Afterwards, the aforementioned work in GaInSn model is extended with electromagnetic braking (EMBr) to help optimize a ruler-type brake and its location for the continuous casting process. The magnetic field suppressed turbulence and promoted vortical structures with their axis aligned with the magnetic field suggesting tendency towards 2-d turbulence. The stronger magnetic field at the nozzle well and around the jet region created large scale and lower frequency flow behavior by suppressing nozzle bottom swirl and its front-back alternation. Based on this work, it is advised to avoid stronger magnetic field around jet and nozzle bottom to get more stable and less defect prone flow.