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Orientador: Theo Guenter Kieckbusch Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos Resumo: Existem fatores econômicos, regulamentares, mercadológicos, de estilo de vida, nutricionais e dietéticos para justificar a intensidade das pesquisas dedicadas 'a formulação de produtos isentos de colesterol ou ao desenvolvimento de tecnologias que reduzam o teor de colesterol nos alimentos. Este trabalho contempla o desenvolvimento de processos baseados na utilização de "quilaja" - extratos de grau alimentício de saponinas de Quillaja saponaria Molina. São estudadas duas alternativas: 1) o processo líquido-líquido (LL), envolvendo o contato do óleo de manteiga com uma solução aquosa de quilaja, e 2) o processo sólido-líquido-líquido (SLL), em que ao meio bifásico resultante do processo LL é adicionada a terra diatomácea; em ambos os casos, a etapa final é a separação e recuperação, por centrifugação, do óleo com teor reduzido de colesterol. A primeira etapa deste trabalho teve caráter tecnológico. Extratos de quilaja em pó e óleo de manteiga comercialmente disponíveis foram utilizados para avaliar os efeitos de variáveis nos níveis de remoção de colesterol obtidos do processo SLL; também foram comparados os processos LL e SLL. No processo SLL observou-se que: 1) ocorre uma distribuição de colesterol entre todas as três fases (oleosa, aquosa e sólida), resultando uma fase oleosa com teor de colesterol reduzido relativamente ao óleo de manteiga inicial, e 2) níveis crescentes de remoção de colesterol foram obtidos com a diminuição do pH e com o aumento tanto da concentração da solução de quilaja quanto da quantidade de terra diatomácea. As curvas de distribuição de colesterol no equilíbrio entre as fases resultantes dos processos LL e SLL indicaram que o segundo processo é mais efetivo. Observou-se que a procedência da quilaja tem importante impacto nos níveis de remoção de colesterol, e que produtos de fontes comerciais distintas apresentam diferenças substancias na sua composição química. Na segunda etapa, foram utilizadas soluções de colesterol em decano como substitutivos do óleo de manteiga e um extrato de saponinas mais purificado como sistema bifásico modelo. O objetivo foi definir a concentração de micela crítica (CMC) da solução aquosa de quilaja e a distribuição de colesterol no sistema bifásico modelo, verificando-se o efeito das variáveis no processo de formação de micelas e na remoção de colesterol. Também, buscou-se obter evidências do envolvimento de micelas na separação de colesterol. De maneira geral, a formação de micelas foi favorecida (redução da CMC) com a redução do pH e da temperatura, e com a adição de cloreto de sódio. No sistema bifásico modelo, as análises indicaram que o colesterol removido da fase decano se encontrava efetivamente solubilizado no seio da fase aquosa em concentrações de até quase mil vezes a sua solubilidade aparente em água pura. De maneira geral, a solubilização de colesterol na fase aquosa foi aumentada com o aumento da concentração de quilaja em solução, redução da temperatura e adição de cio reto de sódio; o efeito do pH depende do nível de temperatura empregado. Como regra geral, a concentração fixa de surfatante, condições que favorecem a formação de micelas (reduzindo a CMC) também favorecem a solubilização de solutos em soluções aquosas micelares. Houve coincidência nas tendências de redução da CMC e de aumento da solubilização de colesterol na fase aquosa com a variação de temperatura, pH e adição de sal em algumas condições experimentais enquanto que, em outras, tendências opostas ou conflitantes foram observadas. Em um experimento específico, observou-se que não ocorreu redução no teor de colesterol na fase decano em contato com soluções de quilaja abaixo da CMC. Na ausência de evidências diretas e considerando os resultados obtidos, a hipótese de que a solubilização em micelas seja um dos mecanismos envolvidos na separação de colesterol não pode ser rejeitada. Por outro lado, devem também ser consideradas alternativas de solubilização associadas as outras estruturas coloidais (cristais líquidos) que poderiam ser formadas em soluções aquosas pelos compostos anfifílicos dos extratos de qui/aia. Além do desenvolvimento técnico-científico, os resultados poderão colaborar para o desenvolvimento econômico através da produção de gordura de leite sem colesterol, abrindo a possibilidade de formulação de uma variada gama de produtos lácteos e não-lácteos com baixos teores ou isentos de colesterol, atraentes a segmentos específicos do mercado consumidor Abstract: There are economic, regulatory, marketing, lifestyle, nutritional and dietary factors to justify the intensive research devoted to the formulation of cholesterol-free products or to the development of technologies to reduce cholesterol content in foods. The current work considers the development of processes based on the use of "quillaja" - food grade extracts of saponins from Quillaja saponaria Molina. Two alternatives are studied: 1) the liquid-liquid (LL) process, involving the contact of butter oil with an aqueous quillaja solution, and 2) the solid-liquid-liquid (SLL) process, where diatomaceous earth is added to the two-phase medium resulting from the LL process; in both cases, the final step is the separation and recovery of the cholesterol-reduced oil by centrifugation. The first part of the current work had a technological character. Commercially available powdered quillaja extracts and butter oil were used to determine the effects of variables on the levels of cholesterol removal obtained by the SLL process; also, the LL and SLL processes were compared. It was observed that in the SLL process: 1) there is a distribution of cholesterol among ali three phases (oil, aqueous and solid), resulting in an oil phase with reduced cholesterol content relative to theoriginal butteroil, and 2) increased levels of cholesterol removal were obtained by reducing the pH and by increasing the concentration of quillaja solution as well as the amount of diatomaceous earth. The equilibrium distribution curves of cholesterol among phases resulting from the LL and SLL processes indicated that the second process is more effective. It was observed that the source of quillaja has an important impact on the levels of cholesterol removal, and that products from distinct commercial sources exhibit substantial differences in their chemical composition. In the second part, a more purified quillaja extract and cholesterol solutions in decane as replacers for the butter oil were used as a two-phase model system. The objective was to define the critical micelle concentration (CMC) of the aqueous quillaja solution and the distribution of cholesterol in the two-phase model system, to verify the effect of variables in micelle formation process and cholesterol removal. Also, evidences of the involvement of micelles in cholesterol separation were sought. In general, micelle formation was favoured (Iowering the CMC) by lowering pH and temperature and by adding sodium chloride. In the two.phase model system, analyses indicated that cholesterol removed from the decane phase was effectively solubilized in the bulk of the aqueous phase, in concentrations up to nearly one thousand times its apparent solubility in pure water. In general, cholesterol solubilization in the aqueous phase was promoted by increasing the concentration of quillaja solution, reducing the temperature and by adding sodium chloride; the pH effect depends upon the level of temperature used. As a general rule, at fixed surfactant concentration, conditíons that favour micelle formation (foweríng CMC) also promote solubilization of solutes in micellar aqueous solutions. There was coincidence in the trends of CMC reduction and cholesterol solubilization increase in the aqueous phase with varying temperature, pH and addition of salt in some experimental conditions, while in others opposing or conflicting trends were observed. In one specific experiment, it was observed that no cholesterol was removed from the decane phase in contact with quillaja solutions below the CMC. In the absence of direct evidences and considering results obtained, the hypothesis that the solubilization in micelles is one of the mechanisms operating in cholesterol separation cannot be rejected. On the other hand, solubilization alternatives associated with other colloidal structures (liquid crystals) that might be formed in aqueous solutions by amphíphilic compounds from quillaja extracts shall be considered as well. In addition to the technical and scientific development, the results may collaborate to the economic development through the production of cholesterol-free milk fat, opening the possibility for the formulation of a wide range of cholesterol reduced and cholesterol-free dairy and non-dairy products, attractíve to specific segments of the consumer market Mestrado Mestre em Engenharia de Alimentos

Orientador: Meuris Gurgel Carlos da Silva, Edson Tomaz Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: O município de Paulínia, localizado a 110 km de São Paulo e com uma população em tomo de 51.000 habitantes, possui um parque industrial expressivo e complexo que emite diariamente grandes quantidades de poluentes na atmosfera, alterando a qualidade do ar da região. Dentre estes poluentes destaca-se o material particulado inaláveI (partículas menores do que 10 J.lm, MPJO), que se constitui em partículas que penetram no sistema respiratório e podem atingir os alvéolos pulmonares levando a sérios danos à saúde. Neste trabalho, foi realizado o monitoramento e caracterização do MP1O presente na atmosfera do bairro João Aranha em Paulínia, através da coleta, quantificação e caracterização deste material. As coletas foram de 24 h com escala de amostragens do terceiro dia, e foram realizadas no período de julho de 2002 a junho de 2003. Foram utilizados dois amostradores: um de grandes volumes, High Vol, e um de pequenos volumes, Dicotômetro, que realiza o fracionamento do MPIO em duas frações: fina (MP:S: 2,5 J!m) e grossa (2,5 J!m < MP ::;; 10 J.lm). Após coleta do MPJO, a concentração do mesmo foi determinada através de análises gravimétricas. Os filtros de microfibra de quartzo usados no High Vol foram analisados através da técnica de volumetria gasosa para determinar as frações de carbono orgânico (COrg.) e carbono elementar (CE) presentes no MPIO e análises de dessorção térmica para determinação de compostos orgânicos voláteis (COV's) no material coletado. Os filtros de teflon usados no Dicotômetro foram analisados por iluorescência de raios X por energia dispersiva (EDXRF) visando à caracterização elementar do MP1O coletado. Os resultados obtidos comprovam que a concentração de material particulado no inverno, estação mais seca, é maior que no verão e que há um comportamento sazonal da concentração de MPJO ao longo do ano. Foram verificadas três ultrapassagens do padrão diário estabelecido pelo CONAMA (150 J.lglm3) e também ultrapassagem do padrão anual (50 J.lglm3). O Padrão diário (65 J.lglm3) estabelecido pelo EPA para MP2,5 foi ultrapassado três vezes durante o período e também foi observada a ultrapassagem do padrão anual que é de 15 J.lglm3. As análises das frações de carbono mostraram que as concentrações de CE foram superiores as de COrg. para o período, e através da caracterização elementar foi verificado que os elementos derivados de ressuspensão do solo são predominantes. Quanto aos resultados de dessorção de VOC's presentes no MPlO, os compostos benzeno e tolueno foram detectados em maiores quantidades. Palavras.chave: Material Particulado, MPlO, monitoramento atmosférico em Paulínia, qualidade do ar e poluição do ar Abstract: The city of Paulinia, located 110 km far from São Paulo, has a population of 51000 inhabitants and also a large and complex industrial area that discharges dayly !arge volumes of pollutants ln the atmosphere, changing the qualíty of the air in the region. Among these pollutants, the inhalable particulate matter (particles smaller than 10 }!m in diameter, PMIO) i5 of great interest since these parti eles penetrate the human respiratory system and can reach the lung alveolus causing serious damage to health. This work focused on the monitoring and characterizatioD of PMJO present iD the atmosphere of the João Aranha neighborhood in Paulínia through sampling, quantification and characterization of the inhalable particulate matter. The sampiing consisted of a 24-hour sample every three days; it was conducted between July of 2002 and June of 2003. Two sampling methods were used: a high volume sampler, also known as High Vol, and a small volume sampler, called Dichotometer, that collects the particuJate matter as two Íractions: fine (pM _ 2.5 Jlm) and coarse (2.5 Jlm < PM _ 10 Jlm). After the PMIO sampling, its concentration was deterrnined through gravimetrical anaJysis. The micro fiber quartz filters used with the High Vol were subject to gaseous volumetry technique to determine organic and elementaJ carbon fractions present in the sampled PMlO and also to therrnal desorption analysis to determine the volatile organic compounds in the sampled matter. The Teflon filters used with the Dichotometer were analyzed Energy Dispersive X-Ray Fluorescense aiming the elemental characterization of the sampled PMIO. The obtained results show that the concentration of particulate matter is higher during the winter, the dry winter season. as compared to summer and that there is a seasonal factor in the PMIO concentration behavior through the year. Three samples violated the daily standard established by the Brazilian regulatory organization CONAMA (150 Jlglm3) and the annual standard (50 Jlglm3) was also violated. The daily standard (65 /.tglm3) established by EPA for PM2,5 was violated 3 times during the period and the annual standard of 15 /.tglm3 was also violated. The carbon fraction analysis showed that the concentrations of elementary carbon surpassed the organic carbon fractions for the samp!ed period, and through elemental characterization it was verified that elements generated by resuspended soil dominated the samples. Regarding the results of desorption of volatile organic components present in the PMlO. Benzene and Toluene showed high concentrations. Keywords: Particulate Matter. PMlO, atmospheric monitoring in Paulínia, air quality and pollution Doutorado Engenharia de Processos Doutor em Engenharia Química

Orientador: Maria Regina Wolf Maciel Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: A industrialização de compostos de química fina requer muito esforço em sua manufatura, especialmente no estágio de purificação, devido às especificações rigorosas desta classe de produtos. A destilação convencional, entretanto, em muitos casos, não pode ser utilizada, devido à instabilidade térmica dos compostos envolvidos. Existem, por exemplo, produtos sensíveis ao calor, tais como, vitaminas A, E, K, muitos intermediários farmacêuticos, como a ranitidina, diversos cosméticos, óleos de origem vegetal, como o destilado da desodorização do óleo de soja (DDOS), óleos essenciais de plantas com fins terapêuticos, etc. Surge, então, a destilação molecular, processo que utiliza alto vácuo e temperaturas reduzidas. Geralmente, os equipamentos de destilação molecular têm caráter multipropósito. Desta forma, tomam-se importantes a modelagem e a simulação rigorosa de tais destiladores, para estabelecer as condições de operação de um equipamento real, e otimizar variáveis importantes, normalmente, o rendimento e a pureza do produto final. O objetivo deste trabalho, então, é o desenvolvimento da técnica de destilação molecular para compostos relacionados à química fina, como a obtenção de f3-carotenos (Próvitamina A). Para tanto, os seguintes tópicos foram estudados: desenvolvimento da modelagem e simulação de destiladores operando em cascata e em refluxo; desenvolvimento de uma metodologia para scale-up de destiladores moleculares; montagem experimental do processo de destilação molecular: destilador centrífugo e de filine descendente; desenvolvimento de uma metodologia de trabalho experimental com os destiladores moleculares; separação de carotenos do óleo de palma; purificação do álcoois de lanolina comercial. Pode ser verificado, por fim, que esta tecnologia é poderosa na obtenção de produtos de alto valor agregado, conforme foi observado neste trabalho exemplificado na obtenção de carotenos e álcoois de lanolina Abstract: The industrialization of fine chemical compounds requires a 10t of efforts in their manufacture, especial1y in the purification stage because of the rigorous especifications of these chemical products. The conventional distillation, however, in many cases, can not be utilized, because of the thennal instability of the invo1ved compounds. Since, they are heat sensitive products such as vitamines A, E, K, and many others pharmaceutical intennediaries, as for examp1e ranitidine, several cosmetics, vegetal oi1s, etc. Mo1ecular distillation, so, appears as an important separation process that utilizes high vacuum and 10w temperatures. General1y, the mo1ecular distillation apparatuses have multipurpose functions. Also for this, it becomes important the rigorous modeling and simulation of such distillators, to estabilish operating conditions, improve yie1d and purity of the final product, and to establish flexibility index. The objective of this work, than, is the deve1opment of the mo1ecular distillation tecnique for compounds re1ated to fine chemicals, as the obtention of carotenoids from palm oil and production of 1anolin alcoho1s. Therefore, the following itens were studied: deve1opment of mode1ing and simulation of mo1ecular distillators operating in cascade and in reflux; deve1opment of a metodo1ogy for scaling-up of mo1ecular distillators; validation of the modeling with the system DBF /DBS; experimental work with the mo1ecular distillation process; instalation of the centrifugal and falling film distillators; deve1opment of an experimental work methodo1ogy using both distillators; recovery of carotenoids from palm oil and purification of 1anolin alcoho1s from woo1 greases. It can be verified, finally, this techno1ogy is powerful for obtaining and for concentrating high added value products Doutorado Desenvolvimento de Processos Químicos Doutor em Engenharia Química

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Understanding the behavior of a suspension settling in fluids with shear thinning characteristics has been a subject of great interest in many industrial operations, such as in the exploratory processes of oil and gas. However, despite the importance of the topic, it appears that several quantitative information about the phenomenon have not yet been satisfactorily empirically documented. In this context, this study aimed to obtain new information about the interaction and dynamics of a group of particles settling in fluids with similar rheological behavior to those used in well drillings (shear thinning fluids). For this purpose, the y-ray attenuation technique was used, allowing the solids concentration monitoring for different positions of the recipient along the time. This technique enabled the realization of indirect measurements even in high concentrations of solids. In this work, were also proposed constitutive equations for the pressure on the solids P(Es) and permeability of porous medium k(Es) for suspensions consisting of bridging agents, which are commonly added to drilling fluids. The constitutive relations are intended to assist in the modeling and simulation of the phenomena related to filtration with filter cake formation for the static conditions. The results of this study showed that the memory effects when present in shear thinning fluids, have a significant influence in the rates of particles settling. For the shear thinning fluid, it was also found that the sediment formation was initially faster, when compared with the newtonian fluid which had similar apparent viscosity. However, the final compaction of the sediment in the non-newtonian fluid required a longer period. Overall, this study provided relevant information for the gravitational sedimentation in non-newtonian fluids, covering this way, a subject in the literature that several issue remains to be explored and better understood. A compreensão do comportamento de materiais particulados sedimentando em fluidos que exibem características reológicas pseudoplásticas tem sido objeto de grande interesse em diversas operações industriais, tais como, nos processos exploratórios de petróleo e gás. No entanto, apesar da importância do tema, verifica-se que diversas informações quantitativas sobre o fenômeno ainda não foram satisfatoriamente documentadas empiricamente. Neste contexto, este trabalho teve como objetivo principal, obter novas informações acerca da interação e da dinâmica de um conjunto de partículas sedimentando em fluidos com comportamento reológico similar aos comumente utilizados em perfuração de poços (fluidos pseudoplásticos). Para isso, a técnica de atenuação de raios-y foi utilizada, permitindo o monitoramento da variação da concentração de sólidos para diferentes posições do recipiente de testes ao longo do tempo. Tal técnica possibilitou a realização de medidas indiretas mesmo em condições de elevadas concentrações de sólidos. Neste trabalho, também foram propostas equações constitutivas para pressão nos sólidos P(Es) e permeabilidade do meio poroso k(Es) para suspensões constituídas por materiais obturantes comumente adicionados nos fluidos de perfuração. As relações constitutivas propostas visam auxiliar na modelagem e simulação dos fenômenos associados a filtração com formação de reboco para as condições de estática. Os resultados obtidos neste trabalho, mostraram que os efeitos de memória quando presentes nos fluidos pseudoplásticos influenciam de forma significativa nas taxas de sedimentação dos materiais sólidos, diferenciando-se consideravelmente do comportamento de suspensões sedimentando em fluidos newtonianos. Para o fluido pseudoplástico, verificou-se que a formação do sedimento ocorreu inicialmente mais rápida, quando comparado com o fluido newtoniano de viscosidade aparente similar. No entanto, a compactação final do sedimento no fluido não-newtoniano demandou um tempo maior. De maneira geral, este estudo forneceu informações relevantes sobre a sedimentação em campo gravitacional com fluidos não newtonianos, abordando, desta forma, um assunto na literatura em que diversas questões ainda precisam ser exploradas e melhor compreendidas. Doutor em Engenharia Química

Orientador: Waldir Antônio Bizzo Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Este trabalho apresenta uma avaliação experimental da absorção de SO2 e um estudo preliminar da absorção de NO em uma torre de nebulização. O estudo experimental de absorção de SO2 foi realizado com solução de NaOH em diferentes condições de operação, variando a vazão de solução, vazão de gás e bicos pulverizadores de pressão. Assim, foi possível avaliar a influencia do tempo de residência do gás, da relação L/G e dos bicos pulverizadores de pressão. Além disso, analisa a absorção de SO2 ao longo da coluna, retirando amostras do interior da torre. O estudo experimental de absorção de NO na torre de nebulização avalia o desempenho de uma torre projetada para absorção de SO2 na absorção de NO. Os ensaios de absorção de NO foram realizados em meio ácido com soluções de peróxido de hidrogênio (H2O2) e de peróxido de hidrogênio (H2O2) com sulfato ferroso (FeSO4), em diferentes condições de operação, a fim de avaliar a influência do tempo de residência do gás, da relação L/G, da concentração de peróxido de hidrogênio e da presença de sulfato ferroso na solução. Além do estudo experimental, este trabalho apresenta um estudo teórico da absorção de SO2, utilizando dados provenientes do estudo experimental. As simulações realizadas mostraram a importância do diâmetro de gota, a influência da vazão de gás e a evolução da velocidade e desaceleração das gotas ao longo da torre Abstract: This work presents an experimental evaluation of SO2 absorption and a preliminary study of NO absorption into a spray tower. The experimental study of the absorption of SO2 was carried out with NaOH solution in different operation conditions, varying the liquid flow rate, the gas flow rate and pressure spray nozzles. Therefore, it was possible evaluate the influence of gás residence time, L/G ratio and pressure spray nozzles. Besides, it analyses the SO2 absorption along the column, taking samples from inside of the tower. The experimental study of NO absorption in the spray tower evaluates the performance of a designed tower for SO2 absorption in the NO absorption. The NO absorption tests were carried out in acid environment, with hydrogen peroxide solutions and hydrogen peroxide (H2O2) solutions with ferrous sulfate (FeSO4), in different operation conditions, in order to evaluate the influence of gas residence time, L/G ratio, hydrogen peroxide concentration and the presence of ferrous sulfate in the solution. Besides the experimental study, this work presents a theoretical study of SO2 absorption, using data from experimental study. The performed simulations showed the importance of the diameter of the droplet, the influence of gas flow rate and the evolution of velocity and deceleration of the droplets along the tower Doutorado Térmica e Fluídos Doutor em Engenharia Mecânica

The city of Uberlândia is one of the most populous of Minas Gerais State, and has the second greatest fleet of motor-vehicles of the State. The motor-vehicles are responsible for a great amount of pollutants emitted to the atmosphere. The vehicular pollution added to the diverse sources of existing pollutants, including from industries, speeds up the concern with possible damages to human health and to environment, came from the aggrievement of this problem. By the period of 2003 to 2006, samplings of particle material in suspension were made using great volume samplers, in order to collect total particles (PTS), inhalable particles (MP10), and a sampler of small volumes collecting even more fine particles (MP2,5). The work envisioned getting the scenario of suspended particle material concentration and the and the elemental chemical characterization of the atmospheric air of Uberlândia. For PTS, the annual secondary standards of concentration, available in CONAMA 003/90 Resolution, were surpassed in the whole period of study. The primary standard were surpassed in 2004 and 2005. In the case of inhalable particles, the annual standard was surpassed in 2004. The international standards to the even more fine particles (MP2,5), was not surpassed in none of the occasions in the period of July/06 to June/07. In order to analyse the temporal behaviour of the particle material MP10 and PTS, one used semivariogram models in determining the reach of temporal dependence among data and models of temporal series were used to estimate values of the PTS and MP10 concentration variables in the period from January to June/2007. In the study of series decomposition, one realized the presence of sazonal and of tendency components. Among the temporal series models studied, the one which better represented the behaviour of the series, as for the PTS as for the MP10, was the SARIMA model. The MP10 s filters were analysed by a thermal plasma, induced with optical emission spectrometry (ICP-OES), and the elements which pointed out were Al, Ca, K, Zn and S. The re-suspension of the soil, the vehicular and industry pollution are generating sources of these chemical elements and are part of the region studied. One also made a multivaried analyses of composition data using the technique of the main components, and two of the main components explained the results in more than 86%. A cidade de Uberlândia é uma das mais populosas de Minas Gerais e possui a segunda maior frota de veículos automotores do estado. Os automóveis são responsáveis por uma grande quantidade de poluentes emitidos para a atmosfera. Somando a poluição veicular com as diversas fontes de poluentes existentes, inclusive a industrial, acelera a preocupação com os possíveis danos à saúde humana e ao meio ambiente, decorrentes do agravamento desse problema. No período de 2003 a 2006, foram realizadas amostragens de material particulado em suspensão, utilizando amostradores de grandes volumes, para coleta de partículas totais (PTS), partículas inaláveis (MP10). No período de julho de 2006 a junho de 2007 foram realizadas também medidas de concentração de partículas superfinas (MP2,5) por meio de um amostrador de pequenos volumes. O presente trabalho visou a obtenção do cenário da concentração de material particulado suspenso e a caracterização química elementar do ar atmosférico de Uberlândia. Para o PTS, os padrões secundários anuais de concentração, dispostos na Resolução do CONAMA 003/90, foram ultrapassados em todo o período de estudo. O padrão primário foi ultrapassado em 2003 e 2004. No caso das partículas respiráveis, o padrão anual (primário e secundário) foi ultrapassado em 2004 e 2005. Foram realizados testes de hipóteses para comprovar a significância estatística das diferenças das concentrações de particulados nos anos estudados, bem como nas estações de cada ano. Para analisar o comportamento temporal do material particulado MP10 e PTS, foram utilizados modelos de semivariograma na determinação do alcance da dependência temporal entre os dados e foram utilizados modelos de séries temporais para estimar valores das variáveis de concentração de PTS e MP10 no período de janeiro a junho de 2007. No estudo da decomposição da série, verificou-se a presença das componentes sazonal e de tendência. Entre os modelos de série temporais estudados, o que melhor representou o comportamento da série, tanto para o PTS quanto para o MP10, foi o SARIMA. A previsão dos dados pelo modelo ajustado, quando comparado com os dados experimentais mostrou boa concordância. Os filtros do MP10 foram analisados por um plasma térmico induzido com espectrometria de emissão ótica (ICP-OES), os elementos que se destacaram foram o Al, Ca, K, Zn e S. A ressuspensão do solo, a poluição veicular e da indústria são fontes geradoras destes elementos químicos e fazem parte da região estudada. Realizou-se, também, uma análise multivariada dos dados de composição, utilizando a técnica dos componentes principais e dois componentes principais explicaram os resultados em mais de 86%. Doutor em Engenharia Química

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Filtering cyclones are pieces of equipment used for separation of suspended solids present in gaseous streams. This equipment consists of the replacement of the metallic conical section by a porous conical section. In this work, through experimental design, it was studied the influence of four geometric variables on the cut diameter, collection efficiency and Euler s number. The studied variables were: overflow diameter (Do), underflow diameter (Du), conic part height (Zc) and vortex finder length (Sc). The filtering medium was polypropylene. Besides, computational fluid dynamics techniques (CFD) were applied for understanding in a better way the performance of conventional and filtering cyclones. From the experimental results and those obtained from of the simulation, it was concluded that the Euler s numbers for the filtering cyclone were lower than the conventional cyclones, thus indicating that the first one operates with a lower pressure drop and, consequently, with smaller energy consumption. The cut diameters obtained for the filtering cyclones were higher than in the conventional ones, thus indicating a lower efficiency in the collection of fine particles. Os ciclones filtrantes são equipamentos usados na separação de sólidos em suspensão presente em correntes gasosas. Este equipamento consiste na substituição da seção cônica metálica por uma seção cônica porosa. Neste trabalho estudou-se através de um planejamento composto central, a influência de quatro variáveis geométricas, sobre o diâmetro de corte, eficiência de coleta e número de Euler. As variáveis estudadas foram o diâmetro do duto de saída do gás do overflow (Do), o diâmetro do underflow, (Du), a altura da parte cônica (Zc) e o comprimento do tubo de saída do gás no interior do ciclone (Sc). O meio filtrante utilizado foi o de polipropileno. Além disso, foram aplicadas técnicas de fluidodinâmica computacional (CFD) para melhor entender o desempenho de ciclones convencionais e filtrantes. Com os resultados experimentais e os oriundos da simulação, concluiu-se que os números de Euler para os ciclones filtrantes foram sempre inferiores aos do ciclone convencional, indicando que o primeiro opera com menor queda de pressão e, conseqüentemente, com menor consumo de energia. Os diâmetros de corte obtidos para os ciclones filtrantes foram superiores aos do convencional, indicando uma menor eficiência na coleta de partículas finas. Doutor em Engenharia Química

Orientador: Leonardo Goldstein Jr Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: O emprego de modelos constitui uma solução prática para estudar a influência dos fatores operacionais no desempenho dos ciclones de porte industrial. A construção dos modelos deve obedecer a fatores de escala apropriados que determinam a existência de semelhança entre o modelo e o protótipo. Modelo e protótipo apresentarão comportamento fluidodinâmico semelhante se forem geometricamente semelhantes e se os valores dos números adimensionais correspondentes forem iguais. Um conjunto de números adimensionais representativo dos fenômenos envolvidos no escoamento gás-sólidos em ciclones deve levar em conta as forças interparticulares, como a de van der Waals e a eletrostática. A dificuldade para obedecer às condições de semelhança levando-as em conta seria, no entanto, muito grande. Assim sendo, desconsiderou-se a eventual participação das forças interparticulares na determinação do grupo de números adimensionais a partir dos quais se gerou as leis de escala. Estas leis simplificadas foram aplicadas para a construção de dois ciclones, modelo e protótipo, em escala, que foram testados para determinação da faixa de aplicação da simplificação introduzida. Adicionalmente abriu-se mão de operar com uma semelhança dinâmica completa entre modelo e protótipo, tendo-se a chamada Semelhança Incompleta, pois, por motivos práticos, operou-se o modelo com ar em condições ambientais, o que equivale a desprezar as forças viscosas em relação às forças de inércia, subtraindo-se o requisito da igualdade do número de Reynolds das relações de escala. O presente trabalho mostrou experimentalmente a existência de concentrações a partir das quais a simplificação proposta perde a validade, implicando que as forças desconsideradas são de magnitude tal que não podem deixar de ser consideradas na geração dos adimensionais. Verificouse que, abaixo destas concentrações limite houve semelhança quanto ao rendimento de coleta, como se constatou pela existência de igualdade dos rendimentos de coleta dos ciclones modelo e protótipo, quando em condições operacionais de velocidades correspondentes e com a mesma concentração de sólidos na entrada dos ciclones. Verificou-se também que a perda de pressão, Dp, adimensionalizada em relação à perda de pressão no ciclone vazio mostrou-se mais adequada que a razão Dp/romo2; para definição da semelhança quanto à perda de pressão, possivelmente porque a velocidade na entrada do ciclone, mo, não seja a velocidade mais adequada a ser utilizada na adimensionalização da perda de pressão Abstract: The use of models in scale is a practical way of studying how the operational parameters influence the performance of industrial cyclones. The model and the prototype cyclones should be built according to a scaling law - given by a set of dimensionless parameters --, so that they are similar. It there will be fluid-dynamical similarity between the cyclones if they are geometrically similar and the sets of corresponding dimensionless parameters are equal. A group of dimensionless parameters which represent the gas-solid flow phenomenon in cyclones should consider interpartic1e forces, such as the van der Waals and the electrostatic forces. However, as it would be quite difficult to comply with a scaling law determined from taking into consideration these forces, it was decided not to include them and check the range of applicability of the simplified set. Moreover, during the tests, all the dimensionless parameters were made equal, with the exception of the Reynolds number, because, for practical reasons, atmospheric air was used in the tests for both prototype and model cyc1ones, what is equivalent to neglect the viscous forces as compared to the inertial forces. The present work showed that when the model and prototype cyclones were operating at the corresponding velocities and with the same solids concentration at the inlet, similarity was obtained between the collection efficiencies when the solids concentration was less than 1.0 kg/kg, meaning that the proposed methodology was appropriate, that is, that the forces not included were not significant and could be neglected. Concerning the pressure drop in the cyclones, it was observed that the ratio of the pressure drop, Dp, by the pressure drop in the cyclone with no solids, was more appropriate than the ratio Dp/romo2; for expressing similarity, maybe because the entrance velocity, mo, is not the best velocity to be used as a scaling parameter Mestrado Térmica e Fluídos Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Maria Helena Andrade Santana Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: Neste trabalho estudou-se a produção escalonável de particulas lipidicas sólidas (pós respiráveis) e lipossomas, úteis como veículos para liberação controlada de fármacos. As partículas foram produzidas pelo processo de secagem por atomização, ¿spray-drying", e os lipossomas preparados por dispersão em água das partículas (pró-lipossomas) previamente produzidas com agitação de alto cisalhamento. O fosfolipídio natural hidrogenado da soja Epikuron 200SH foi utilizado como componente estrutural e o açúcar manitol como excipiente, ou material núcleo. Os tuberculostáticos Isoniazida e Pirazinamida foram incorporados em ambos os veículos, visando a produção de medicamentos de liberação controlada. A incorporação de excipientes e as condições operacionais influenciaram o rendimento mássico do processo e as propriedades das partículas sólidas, permitindo a modulação para uso em aplicações específicas. As partículas sólidas apresentaram diâmetros menores que 5mm e a incorporação dos fármacos variou de 20 a 100%, dependendo das condições operacionais da secagem e da formulação. Os fármacos incorporados nas partículas lipídicas sólidas foram liberados continuamente durante 24 horas, comportando-se como membranas secas. As propriedades dos lipossomas preparados foram influenciadas pelo tipo de impelidor e pela microestrutura da partícula sólida usada. Diâmetros médios da ordem de 2000nm e com distribuição homogênea de tamanhos foram obtidos com impelidor de alto cisalhamento produzido pela empresa Kroma Equipamentos Especiais Ltda.. A encapsulação da Isoníazida nos lipossomas variou de 4 a 15%, com liberação gradual de 24h e 1h, quando preparados a partir de partículas secas com microestrutura mais cristalina e mais amorfa, respectivamente. As partículas lipídicas produzidas pelo processo de secagem por atomização possuem propriedades de liberação controlada de fármacos e são úteis como pós para administração pulmonar ou como pró-lipossomas. Resultados obtidos em escala piloto demonstram a viabilidade do escalonamento do processo através da produção de partículas com caracteristicas semelhantes às obtidas em escala de laboratório Abstract: This work presents scale up studies for the production of so1id lipid particles (respirable powders) and liposomes, which are useful as vehic1es for contro1led delivery of rugs. The lipid particles were produced by spray drying, and the liposomes were prepared by hydration of the particles under high shear mixing. It was used a hydrogenated phospholipid, Epikuron 200 SH, as a structural component of the particles, and mannitol was used as excipient or core material. The tubercu1osis drugs Isoniazid and Pirazinamide were incorporated in both vehicles (powder and liquid formulation). The incorporation of excipients and the operational conditions influenced the process mass yield and the solid particles properties, enabling the modulation of the particles for specific app1ications. The lipid particles had a diameter of less than 5mm, and the efficiency of drug incorporation varied nom 20 to 1000Aa, depending on the drying operational conditions and the formulation. The incorporated drugs were gradually re1eased during 24 hours, behaving 1ike dried membranes. The liposomes properties were influenced by the impeller type and by the so1id particle microstructure. Mean diameters around 2000mn and with homogeneous size distribution were obtained using a high shear impeller produced by Kroma Equipamentos Especiais Ltda.. The Isoniazid encapsu1ation mo liposomes varied from 4 to 15%, with a gradual release of 24 and 1 hour, when prepared by more crystalline or amorphous microstructures, respectively. The lipid particles produced by spray drying presented a controlled release of drugs, being useful as powders for pulmonary administration or pro-liposomes. Results obtained in pilot scale showed the feasibility for the scaling up of the process, through the production of particles with similar properties to the ones produced by laboratory scale Doutorado Desenvolvimento de Processos Biotecnológicos Doutor em Engenharia Química