Salting kinetics and salt diffusivities in farmed Pantanal caiman muscle

A criação de jacaré do Pantanal (Caiman crocodilus yacare) em cativeiro tem sido estimulada, e entre as técnicas de processamento de sua carne, a salga é um processo de conservação relativamente simples e de baixo custo. O objetivo deste trabalho foi estudar a cinética de difusão de cloreto de sódio em carne de jacaré do Pantanal criado em cativeiro, durante a salga úmida. Foram utilizados volumes limitados de salmoura e os experimentos foram realizados com relações salmoura/músculo de 3, 4 e 5, com concentrações de salmoura de 15%, 20% e 25% em peso e temperaturas de 10, 15 e 20ºC. A solução analítica da segunda lei de Fick, considerando difusão unidimensional em uma placa infinita em contato com uma solução bem agitada de volume limitado, foi utilizada para calcular os coeficientes de difusão efetivos de sal e estimar o conteúdo de cloreto de sódio nos filés. Obteve-se boa concordância entre o modelo analítico considerado e os dados experimentais. As difusividades do sal nos filés ocorreram na faixa de 0,47x10-10 a 9,62x10-10 m²/s.

Transfer coefficient measurements of uranium to the organs of Wistar rats, as a function of the uranium content in the food

Groups of animals (Wistar rats) were fed with rations doped with uranyl nitrate at concentrations ranging from 0.5 to 100 ppm. The uranium content in the ashes of the organs was measured by the neutron-fission track counting technique. The most striking result is that the transfer coefficients, as a function of the uranium concentration, exhibit a concave shape with a minimum around 20ppm-U for all organs. Explanations to interpret this finding are tentatively given. (C) 2001 Elsevier B.V. Ltd. All rights reserved.

Laminar forced convection to a pseudoplastic fluid food in circular and annular ducts

In this manuscript we investigated experimentally the steady-state heat transfer to an important pseudoplastic fluid food, the soursop juice, flowing in laminar regime through circular and concentric annular ducts. The mean convection heat transfer coefficients, determined by measuring the bulk temperatures before and after the heating sections with constant temperatures of the tube walls, were used to correlate simple new empiric expressions to estimate the average Nusselt number in the thermal entrance of the considered geometries. In addition, the thermophysical properties of the tested fluid food, as well as the rheological behavior, being essential for the heat transfer analyses, were experimentally determined. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Solid mass falling into the reservoirs shallow water equations validity from the engineering point of view

Water waves generated by a solid mass is a complex phenomenon discussed in this paper by numerical and experimental approaches. A model based on shallow water equations with shocks (Saint Venant) has developed. It can reproduce the amplitude and the energy of the wave quite well, but because it consistently generates a hydraulic jump, it is able to reproduce the profile, in the case of high relative thickness of slide, but in the case of small relative thickness it is unable to reproduce the amplitude of the wave. As the momentum conservation is not verified during the phase of wave creation, a second technique based on discharge transfer coefficient α, is introduced at the zone of impact. Numerical tests have been performed and validated this technique from the experimental results of the wave's height obtained in a flume.

Sintering and mass transport features of (Sn,Ti)O2 polycrystalline ceramics

Different (Sn,Ti)O2 compositions were sintered at 1450 °C for 2 h with the purpose of investigating their sintering and mass transport properties. Highly dense ceramics were obtained and their structural properties studied by X-ray diffraction and scanning electron microscopy. The changes in lattice parameters were analyzed by the Rietveld method and two mass transport mechanisms were observed during sintering in different temperature ranges, evidenced by the linear shrinkage rate as a function of temperature. The effect of the concentration of TiO2 on mass transport and densiffication during sintering was analyzed by considering the intrinsic defects. System densiffication was attributed to a mass transport mechanism in the SnO2 matrix, caused by the presence of TiO2, which formed a solid solution phase. The change in the mass transport mechanism was attributed to chemical bonding between SnO2 and TiO2, which improves ionic difusion as the concentration of TiO2 increased in (Sn,Ti)O2 compositions. © 2002 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Carbon dioxide evaporation in a single microchannel

Despite its importance for designing evaporators and condensers, a review of the literature shows that heat transfer data during phase change of carbon dioxide is very limited, mainly for microchannel flows. In order to give a contribution on this subject, an experimental study of CO 2 evaporation inside a 0.8 mm-hydraulic diameter microchannel was performed in this work. The average heat transfer coefficient along the microchannel was measured and visualization of the flow patterns was conducted. A total of 67 tests were performed at saturation temperature of 23.3°C for a heat flux of 1800 W/(m2°C). Vapor qualities ranged from 0.005 to 0.88 and mass flux ranged from 58 to 235 kg/(m2s). An average heat transfer coefficient of 9700 W/(m2°C) with a standard deviation of 35% was obtained. Nucleate boiling was found to characterize the flow regime for the test conditions. The dryout of the flow, characterized by the sudden reduction in the heat transfer coefficient, was identified at vapor qualities around 0.85. Flow visualization results showed three flow patterns. For low vapor qualities (up to about 0.25), plug flow was predominant, while slug flow occurred at moderated vapor qualities (from about 0.25 to 0.50). Annular flow was the flow pattern for higher vapor qualities. Copyright © 2006 by ABCM.

Osmotic Dehydration of Pineapple with Impregnation of Sucrose, Calcium, and Ascorbic Acid

Mass transfer was evaluated during osmotic dehydration of pineapple in solutions with until four components aiming to investigate the solutes concentration influence on impregnation. In the first step, the experimental trials for optimization of solution concentration were based on 23 factorial design. In the second step, effective diffusion coefficients were determined. Equations representing the influence of the concentration of sucrose, calcium lactate, and ascorbic acid in osmotic solutions on water loss and gains of sucrose, calcium, and vitamin C were found. Results showed that both calcium lactate and sucrose concentration affected calcium and sucrose gain. On the other hand, only vitamin C gain was significantly affected by the ascorbic acid concentration in the studied concentration range. However, when comparing diffusivities in pineapple immersed in sucrose solutions, with and without calcium lactate, with and without ascorbic acid, it was possible to verify that diffusivities of water, sugar, and calcium increased in presence of ascorbic acid in solution. Calcium in solution diminished the water and sucrose diffusivities. High calcium and vitamin C contents were obtained in 1 h immersion in the solutions studied. © 2013 Springer Science+Business Media New York.

Redução do volume de vinhaça através do processo de evaporação

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Modelo distribuído aplicado à análise de evaporadores do tipo tubo aletado

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

A heat transfer model of the human upper limbs

A steady state multi-segmented heat transfer model of the human upper limbs was developed. The main purpose was to evaluate the impact of blood flow through superficial veins and subcutaneous vascular structures in the palm of the hands over the heat transfer between the limbs and the environment. The distinguishing feature of the model is the inclusion of a detailed circulatory network composed of vessels with diameter larger than 1 mm. The model was validated by comparing its results from exposures to a hot, a neutral, and a cold environment to experimental data presented in the literature. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

EVOLUTIONARY TRAJECTORIES OF ULTRACOMPACT "BLACK WIDOW" PULSARS WITH VERY LOW MASS COMPANIONS

The existence of millisecond pulsars with planet-mass companions in close orbits is challenging from the stellar evolution point of view. We calculate in detail the evolution of binary systems self-consistently, including mass transfer, evaporation, and irradiation of the donor by X-ray feedback, demonstrating the existence of a new evolutionary path leading to short periods and compact donors as required by the observations of PSR J1719-1438. We also point out the alternative of an exotic nature of the companion planet-mass star.

Determination of the intrinsic kinetic parameters of sulfide-oxidizing autotrophic denitrification in differential reactors containing immobilized biomass

Nitrogen removal coupled with sulfide oxidation has potential for the treatment of effluents from anaerobic reactors because they contain sulfide, which can be used as an endogenous electron donor for denitrification. This work evaluated the intrinsic kinetics of sulfide-oxidizing autotrophic denitrification via nitrate and nitrite in systems containing attached cells. Differential reactors were fed with nitrified synthetic domestic sewage and different sulfide concentrations. The intrinsic kinetic parameters of nitrogen removal were determined when the mass transfer resistance was negligible. This bioprocess could be described by a half-order kinetic model for biofilms. The half-order kinetic coefficients ranged from 0.425 to 0.658 mg N-1/2 L-1/2 h(-1) for denitrification via nitrite and from 0.190 to 0.609 mg N-1/2 L-1/2 h(-1) for denitrification via nitrate. In this latter, the lower value was due to the use of electrons donated from intermediary sulfur compounds whose formation and subsequent consumption were detected. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Constraints on mantle melting from major and trace element systematics in residual abyssal peridotites

ZusammenfassungDie Bildung von mittelozeanischen Rückenbasalten (MORB) ist einer der wichtigsten Stoffflüsse der Erde. Jährlich wird entlang der 75.000 km langen mittelozeanischen Rücken mehr als 20 km3 neue magmatische Kruste gebildet, das sind etwa 90 Prozent der globalen Magmenproduktion. Obwohl ozeanische Rücken und MORB zu den am meisten untersuchten geologischen Themenbereichen gehören, existieren weiterhin einige Streit-fragen. Zu den wichtigsten zählt die Rolle von geodynamischen Rahmenbedingungen, wie etwa Divergenzrate oder die Nähe zu Hotspots oder Transformstörungen, sowie der absolute Aufschmelzgrad, oder die Tiefe, in der die Aufschmelzung unter den Rücken beginnt. Diese Dissertation widmet sich diesen Themen auf der Basis von Haupt- und Spurenelementzusammensetzungen in Mineralen ozeanischer Mantelgesteine.Geochemische Charakteristika von MORB deuten darauf hin, dass der ozeanische Mantel im Stabilitätsfeld von Granatperidotit zu schmelzen beginnt. Neuere Experimente zeigen jedoch, dass die schweren Seltenerdelemente (SEE) kompatibel im Klinopyroxen (Cpx) sind. Aufgrund dieser granatähnlichen Eigenschaft von Cpx wird Granat nicht mehr zur Erklärung der MORB Daten benötigt, wodurch sich der Beginn der Aufschmelzung zu geringeren Drucken verschiebt. Aus diesem Grund ist es wichtig zu überprüfen, ob diese Hypothese mit Daten von abyssalen Peridotiten in Einklang zu bringen ist. Diese am Ozeanboden aufgeschlossenen Mantelfragmente stellen die Residuen des Aufschmelz-prozesses dar, und ihr Mineralchemismus enthält Information über die Bildungs-bedingungen der Magmen. Haupt- und Spurenelementzusammensetzungen von Peridotit-proben des Zentralindischen Rückens (CIR) wurden mit Mikrosonde und Ionensonde bestimmt, und mit veröffentlichten Daten verglichen. Cpx der CIR Peridotite weisen niedrige Verhältnisse von mittleren zu schweren SEE und hohe absolute Konzentrationen der schweren SEE auf. Aufschmelzmodelle eines Spinellperidotits unter Anwendung von üblichen, inkompatiblen Verteilungskoeffizienten (Kd's) können die gemessenen Fraktionierungen von mittleren zu schweren SEE nicht reproduzieren. Die Anwendung der neuen Kd's, die kompatibles Verhalten der schweren SEE im Cpx vorhersagen, ergibt zwar bessere Resultate, kann jedoch nicht die am stärksten fraktionierten Proben erklären. Darüber hinaus werden sehr hohe Aufschmelzgrade benötigt, was nicht mit Hauptelementdaten in Einklang zu bringen ist. Niedrige (~3-5%) Aufschmelzgrade im Stabilitätsfeld von Granatperidotit, gefolgt von weiterer Aufschmelzung von Spinellperidotit kann jedoch die Beobachtungen weitgehend erklären. Aus diesem Grund muss Granat weiterhin als wichtige Phase bei der Genese von MORB betrachtet werden (Kapitel 1).Eine weitere Hürde zum quantitativen Verständnis von Aufschmelzprozessen unter mittelozeanischen Rücken ist die fehlende Korrelation zwischen Haupt- und Spuren-elementen in residuellen abyssalen Peridotiten. Das Cr/(Cr+Al) Verhältnis (Cr#) in Spinell wird im Allgemeinen als guter qualitativer Indikator für den Aufschmelzgrad betrachtet. Die Mineralchemie der CIR Peridotite und publizierte Daten von anderen abyssalen Peridotiten zeigen, dass die schweren SEE sehr gut (r2 ~ 0.9) mit Cr# der koexistierenden Spinelle korreliert. Die Auswertung dieser Korrelation ergibt einen quantitativen Aufschmelz-indikator für Residuen, welcher auf dem Spinellchemismus basiert. Damit kann der Schmelzgrad als Funktion von Cr# in Spinell ausgedrückt werden: F = 0.10×ln(Cr#) + 0.24 (Hellebrand et al., Nature, in review; Kapitel 2). Die Anwendung dieses Indikators auf Mantelproben, für die keine Ionensondendaten verfügbar sind, ermöglicht es, geochemische und geophysikalischen Daten zu verbinden. Aus geodynamischer Perspektive ist der Gakkel Rücken im Arktischen Ozean von großer Bedeutung für das Verständnis von Aufschmelzprozessen, da er weltweit die niedrigste Divergenzrate aufweist und große Transformstörungen fehlen. Publizierte Basaltdaten deuten auf einen extrem niedrigen Aufschmelzgrad hin, was mit globalen Korrelationen im Einklang steht. Stark alterierte Mantelperidotite einer Lokalität entlang des kaum beprobten Gakkel Rückens wurden deshalb auf Primärminerale untersucht. Nur in einer Probe sind oxidierte Spinellpseudomorphosen mit Spuren primärer Spinelle erhalten geblieben. Ihre Cr# ist signifikant höher als die einiger Peridotite von schneller divergierenden Rücken und ihr Schmelzgrad ist damit höher als aufgrund der Basaltzusammensetzungen vermutet. Der unter Anwendung des oben erwähnten Indikators ermittelte Schmelzgrad ermöglicht die Berechnung der Krustenmächtigkeit am Gakkel Rücken. Diese ist wesentlich größer als die aus Schweredaten ermittelte Mächtigkeit, oder die aus der globalen Korrelation zwischen Divergenzrate und mittels Seismik erhaltene Krustendicke. Dieses unerwartete Ergebnis kann möglicherweise auf kompositionelle Heterogenitäten bei niedrigen Schmelzgraden, oder auf eine insgesamt größere Verarmung des Mantels unter dem Gakkel Rücken zurückgeführt werden (Hellebrand et al., Chem.Geol., in review; Kapitel 3).Zusätzliche Informationen zur Modellierung und Analytik sind im Anhang A-C aufgeführt

An investigation into complex inorganic materials with Mössbauer spectroscopy

Mössbauer Spektroskopie ist ein unverzichtbares Instrument für die Bestimmung von Oxidationszuständen und für die Analyse von lokalen Ordnungsphänomenen von Mössbauer aktiven Atomen. Weil es sich um eine lokale Methode handelt können sowohl kristalline als auch amorphe Materialien untersucht werden. Die Kombination von lokaler Prüfung mit Mössbauer Spektroskopie und globaler Untersuchung z.B. mit Röntgendiffraktometrie ermöglicht die Studie von Ordnungseffekten von statistisch besetzten Positionen in einer geordneten Matrix. Das wurde hier eingesetzt um die lokale Umgebung in zwei Serien von Heuslerverbindungen, Co2-xFe1+xSi and Co2Mn1-xFexAl zu untersuchen. Für die Co2Mn1-xFexAl Serie wurde eine L21 geordnete Phase in einer insgesamt B2 geordneten Probe detektiert. Ein Wechsel von der AlCu2Mn zu der CuHg2Ti Struktur wurde für die Co2-xFe1+xSi Proben gefunden. Die Transformation von einem Glas zu einem keramischen Material wurde mit 119Sn Mössbauer Spektroskopie untersucht. Die höhere Ordnung in der Keramik wurde von einer kleiner werdenden Mössbauerlinienbreite begleitet. Demzufolge geben die Modifikationen der Sn Umgebungen klar die Transformation des gesamten Materials wieder. Ist die lokale Umgebung von unregelmäßig auftretenden Atomen in einer amorphen Matrix von Interesse, sind lokal prüfende Methoden die zuverlässigsten Methoden die zur Verfügung stehen. In dieser Arbeit wurde 119Sn Mössbauer Spektroskopie eingesetzt um die Oxidationszustände, die lokalen Umgebungen und relativen Intensitäten von Zinn Atomen in einer Silikatmatrix zu bestimmen. Modifikationen dieser Parameter als Funktion von Prozess bestimmenden Parametern wie der Sauerstoffpartialdruck, die Temperatur, die Behandlungsdauer und der Abkühlprozess genauso wie der SnO2 Gehalt sind von Interesse, weil durch Reduktions- und Diffusionsprozesse Änderungen des Koordinations- und des Oxidationszustands der Zinnatome auftreten. Da diese Änderungen in der Glasmatrix verursachen, die das fertige Produkt im industriellen Fertigungsprozess ruinieren können sind diese feinen Veränderungen sehr wichtig. Wenigstens zwei Mössbauerlinien korrespondierend mit zwei verschiedenen Umgebungen für Sn2+ und Sn4+ sind für eine Analyse mit ausreichender Qualität notwendig. Durch Vergleich von den bestimmten Hyperfein Parametern mit den Parametern von Modelsubstanzen werden lokale Umgebungen der Zinnatome entworfen. Für Sn2+ werden zwei auf einer trigonalen Pyramide basierende Umgebungen mit variierender Anzahl von bindenden und nicht-bindenden Sauerstoffatomen formuliert. Für Sn4+ wurde eine tetraedrische und eine oktaedrische Umgebung postuliert. Die relativen Intensitäten der vier Mössbauerlinien wurden um ein Diffusions- und Reaktionsmodell zu entwickeln und um einen Satz von Diffusions- und Transferkoeffizienten zu bestimmen eingesetzt. Die bestimmten Diffusionskoeffizienten stimmen mit den Literaturdaten überein. Der Massentransferkoeffizient ist kleiner als der bestimmte Wert, aber immer noch in der gleichen Größenordnung. Im Gegensatz zu den Erwartungen ist der präsentierte Diffusionskoeffizient für Sn4+ bestimmt als der von Sn2+. Das wiederum kann durch Berücksichtigung von Elektronhoppingprozessen erklärt werden.

Plasmonic nanoparticles as sensors : a novel approach to quantify adsorption and diffusion kinetics

Biosensors find wide application in clinical diagnostics, bioprocess control and environmental monitoring. They should not only show high specificity and reproducibility but also a high sensitivity and stability of the signal. Therefore, I introduce a novel sensor technology based on plasmonic nanoparticles which overcomes both of these limitations. Plasmonic nanoparticles exhibit strong absorption and scattering in the visible and near-infrared spectral range. The plasmon resonance, the collective coherent oscillation mode of the conduction band electrons against the positively charged ionic lattice, is sensitive to the local environment of the particle. I monitor these changes in the resonance wavelength by a new dark-field spectroscopy technique. Due to a strong light source and a highly sensitive detector a temporal resolution in the microsecond regime is possible in combination with a high spectral stability. This opens a window to investigate dynamics on the molecular level and to gain knowledge about fundamental biological processes.rnFirst, I investigate adsorption at the non-equilibrium as well as at the equilibrium state. I show the temporal evolution of single adsorption events of fibrinogen on the surface of the sensor on a millisecond timescale. Fibrinogen is a blood plasma protein with a unique shape that plays a central role in blood coagulation and is always involved in cell-biomaterial interactions. Further, I monitor equilibrium coverage fluctuations of sodium dodecyl sulfate and demonstrate a new approach to quantify the characteristic rate constants which is independent of mass transfer interference and long term drifts of the measured signal. This method has been investigated theoretically by Monte-Carlo simulations but so far there has been no sensor technology with a sufficient signal-to-noise ratio.rnSecond, I apply plasmonic nanoparticles as sensors for the determination of diffusion coefficients. Thereby, the sensing volume of a single, immobilized nanorod is used as detection volume. When a diffusing particle enters the detection volume a shift in the resonance wavelength is introduced. As no labeling of the analyte is necessary the hydrodynamic radius and thus the diffusion properties are not altered and can be studied in their natural form. In comparison to the conventional Fluorescence Correlation Spectroscopy technique a volume reduction by a factor of 5000-10000 is reached.