Desenvolvimento de sistema automatizado de monitoramento de ambientes de produção animal, utilizando uma rede de sensores sem fio

As redes de sensores sem fio, aplicadas à automação do controle de ambientes representam um paradigma emergente da computação, onde múltiplos nós providos de sensores, sistemas computacionais autônomos e capacidade de comunicação sem fio, conformam uma rede cuja topologia altamente dinâmica permite adquirir informações sobre sistemas complexos sendo monitorados. Um dos fatores essenciais para obter um ganho na produtividade avícola é o controle da ambiência animal. Atualmente os métodos utilizados para o monitoramento e controle ambiental não podem considerar a grande quantidade de microambientes internos nos ambientes de produção animal e também requerem infraestruturas cabeadas complexas. Dentro desse contexto o objetivo deste trabalho foi desenvolver e testar um sistema automatizado de controle ambiental, através da utilização de sensores sem fio, que auxilie e proporcione maior segurança no controle de ambientes automatizados. O sistema monitora variáveis que influenciam na produtividade de aves, tais como temperatura e umidade e outras variáveis físico-químicas do aviário. A infraestrutura desenvolvida foi testada em um aviário experimental e resultou em um sistema seguro e com grande escalabilidade, que é capaz de controlar e monitorar o ambiente e ainda coletar e gravar dados. Foi utilizado o protocolo ZigBee® para gerenciar o fluxo de dados do sistema. Foram feitas análises da eficiência de comunicação do sistema no aviário, monitorando os pacotes de dados perdidos. Os testes demonstraram uma perda de dados de aproximadamente 2% dos pacotes enviados, demonstrando a eficiência das redes ZigBee® para gerenciar o fluxo de dados no interior do aviário. Desta forma, pode-se concluir que é possível e viável a implantação de uma rede ZigBee®, para automatizar ambientes de produção animal com coleta de dados em tempo real, utilizando um sistema integrado via internet, que compreende: instrumentação eletrônica, comunicação sem fio e engenharia de software\".

Diseño y validación de políticas de transmisión de datos en redes inalámbricas de sensores de bajo consumo

El envejecimiento de la poblaci on, el sobrepeso, y el aumento de enfermedades cr onicas, tales como: afecciones cardiacas, diabetes e hipertensi on, plantean nuevos retos al sistema de salud p ublica. En este contexto, las redes de sensores inal ambricas corporales (Wireless Body Area Networks (WBAN)/Wireless Body Sensor Networks (WBSN)) tienen gran potencial para revolucionar el sistema de salud ya que facilitan el seguimiento, la monitorizaci on y el diagn ostico de pacientes en casa, mejorando as su calidad de vida y reduciendo los costes asociados la asistencia sanitaria. Las redes WBAN/WBSN est an constituidas por nodos sensores que miden diferentes variables siol ogicas y cin eticas y disponen de interfaces inal ambricas de bajo coste para transmitir en tiempo real la informaci on a dispositivos en otros niveles de la red. En este tipo de redes, la transmisi on inal ambrica de datos es probablemente la tarea que presenta mayor consumo de energ a, por lo que dicho consumo debe ser reducido para maximizar su vida util. Adicionalmente, en escenarios WBAN/WBSN, el cuerpo humano juega un papel muy importante en la calidad de la comunicaci on. El cuerpo act ua como un canal de comunicaci on para la propagaci on de ondas electromagn eticas, por lo que el comportamiento de este tipo de canal representa un conjunto unico de desaf os para la transferencia able de datos...

Análise da combustão e emissões em motores a bio-diesel.

A rápida evolução do mercado automotivo, em função de maiores restrições sobre as emissões, impulsionou a utilização de várias alternativas para melhorias dos motores diesel, entre elas as mudanças nos seus componentes com o auxílio de ferramentas de modelagem e a utilização de combustíveis alternativos. As características dos combustíveis afetarão a queima e, assim, alteram os resíduos do processo de combustão. Novos combustíveis podem também ser utilizados como uma alternativa para veículos de gerações anteriores com o intuito de reduzir as emissões. Este estudo mostra os efeitos da utilização do Biodiesel B20 e do Biodiesel Amyris em motores de combustão interna. Para isso, foram realizados testes de motores em salas dinamométricas, e seus resultados confrontados e discutidos. Além disso, são abordados os efeitos do combustível no processo da combustão. Esta Dissertação está concentrada, principalmente, na emissão de NOx e de material particulado, que são poluentes mais restritivos perante a Legislação brasileira de emissões CONAMA P7.

Arranjos de sensores orientados à missão para a geração automática de mapas temáticos em VANTs

O uso de veículos aéreos não tripulados (VANTs) tem se tornado cada vez mais comum, principalmente em aplicações de uso civil. No cenário militar, o uso de VANTs tem focado o cumprimento de missões específicas que podem ser divididas em duas grandes categorias: sensoriamento remoto e transporte de material de emprego militar. Este trabalho se concentra na categoria do sensoriamento remoto. O trabalho foca a definição de um modelo e uma arquitetura de referência para o desenvolvimento de sensores inteligentes orientados a missões específicas. O principal objetivo destas missões é a geração de mapas temáticos. Neste trabalho são investigados processos e mecanismos que possibilitem a geração desta categoria de mapas. Neste sentido, o conceito de MOSA (Mission Oriented Sensor Array) é proposto e modelado. Como estudos de caso dos conceitos apresentados são propostos dois sistemas de mapeamento automático de fontes sonoras, um para o caso civil e outro para o caso militar. Essas fontes podem ter origem no ruído gerado por grandes animais (inclusive humanos), por motores de combustão interna de veículos ou por atividade de artilharia (incluindo caçadores). Os MOSAs modelados para esta aplicação são baseados na integração de dados provenientes de um sensor de imageamento termal e uma rede de sensores acústicos em solo. A integração das informações de posicionamento providas pelos sensores utilizados, em uma base cartográfica única, é um dos aspectos importantes tratados neste trabalho. As principais contribuições do trabalho são a proposta de sistemas MOSA, incluindo conceitos, modelos, arquitetura e a implementação de referência representada pelo sistema de mapeamento automático de fontes sonoras.

A Case Study of the Economic and Environmental Impacts from a Bio-fuel Facility (Southwest Georgia Ethanol, LLC) on the Surrounding Communities, Southwest Georgia

Bio-fuels such as ethanol provide an extraordinary opportunity to address our dependency on foreign oil. This case study examines the economic and environmental impacts associated with constructing and operating a dry mill ethanol manufacturing facility in a Southwest Georgia town and surrounding communities. The case study found that the plant had little impact on air quality, water quality, and habitat fragmentation. However, economic results showed the plant produced $1.5 million in tax revenues, and 86 jobs. Ethanol producers and communities must consider both the economic and environmental impacts on a local community when searching or attracting a bio-fuels plant. Likewise, communities should be aware of these challenges when attracting ethanol production plants.

Glutaraldehyde in bio-catalysts design: a useful crosslinker and a versatile tool in enzyme immobilization

Glutaraldehyde is one of the most widely used reagents in the design of biocatalysts. It is a powerful crosslinker, able to react with itself, with the advantages that this may bring forth. In this review, we intend to give a general vision of its potential and the precautions that must be taken when using this effective reagent. First, the chemistry of the glutaraldehyde/amino reaction will be commented upon. This reaction is still not fully clarified, but it seems to be based on the formation of 6-membered heterocycles formed by 5 C and one O. Then, we will discuss the production of intra- and inter-molecular enzyme crosslinks (increasing enzyme rigidity or preventing subunit dissociation in multimeric enzymes). Special emphasis will be placed on the preparation of cross-linked enzyme aggregates (CLEAs), mainly in enzymes that have low density of surface reactive groups and, therefore, may be problematic to obtain a final solid catalyst. Next, we will comment on the uses of glutaraldehyde in enzymes previously immobilized on supports. First, the treatment of enzymes immobilized on supports that cannot react with glutaraldehyde (only inter and intramolecular cross-linkings will be possible) to prevent enzyme leakage and obtain some enzyme stabilization via cross-linking. Second, the cross-linking of enzymes adsorbed on aminated supports, where together with other reactions enzyme/support crosslinking is also possible; the enzyme is incorporated into the support. Finally, we will present the use of aminated supports preactivated with glutaraldehyde. Optimal glutaraldehyde modifications will be discussed in each specific case (one or two glutaraldehyde molecules for amino group in the support and/or the protein). Using preactivated supports, the heterofunctional nature of the supports will be highlighted, with the drawbacks and advantages that the heterofunctionality may have. Particular attention will be paid to the control of the first event that causes the immobilization depending on the experimental conditions to alter the enzyme orientation regarding the support surface. Thus, glutaraldehyde, an apparently old fashioned reactive, remains the most widely used and with broadest application possibilities among the compounds used for the design of biocatalyst.

Footwear bio-modelling: An industrial approach

There is a growing need within the footwear sector to customise the design of the last from which a specific footwear style is to be produced. This customisation is necessary for user comfort and health reasons, as the user needs to wear a suitable shoe. For this purpose, a relationship must be established between the user foot and the last with which the style will be made; up until now, no model has existed that integrates both elements. On the one hand, traditional customised footwear manufacturing techniques are based on purely artisanal procedures which make the process arduous and complex; on the other hand, geometric models proposed by different authors present the impossibility of implementing them in an industrial environment with limited resources for the acquisition of morphometric and structural data for the foot, apart from the fact that they do not prove to be sufficiently accurate given the non-similarity of the foot and last. In this paper, two interrelated geometric models are defined, the first, a bio-deformable foot model and the second, a deformable last model. The experiments completed show the goodness of the model, with it obtaining satisfactory results in terms of comfort, efficiency and precision, which make it viable for use in the sector.

Bio-based PLA_PHB plasticized blend films: Processing and structural characterization

Bio-based films formed by poly(lactic acid) (PLA) and poly(3-hydroxybutyrate) (PHB) plasticized with an oligomer of the lactic acid (OLA) were used as supporting matrices for an antibacterial agent (carvacrol). This paper reports the main features of the processing and physico-chemical characterization of these innovative biodegradable material based films, which were extruded and further submitted to filmature process. The effect of the addition of carvacrol and OLA on their microstructure, chemical, thermal and mechanical properties was assessed. The presence of these additives did not affect the thermal stability of PLA_PHB films, but resulted in a decrease in their crystallinity and in the elastic modulus for the active formulations. The obtained results showed the effective presence of additives in the PLA or the PLA_PHB matrix after processing at high temperatures, making them able to be used in active and bio-based formulations with antioxidant/antimicrobial performance.

Bio-renewable enantioselective aldol reaction in natural deep eutectic solvents

Among the deep eutectic solvents (DES), natural deep eutectic solvents (NADES) formed by D-glucose and racemic malic acid are suitable media to perform the enantioselective L-proline catalyzed intermolecular aldol reaction, creating simultaneously and selectively a C–C bond and a new stereocenter. The scope of the reaction was found to be broad, with products being obtained with good levels of diastereo- and enantioselectivities. Furthermore, when the reaction was performed at a large scale, the catalyst together with the reaction media can be recovered by simple water extraction and reused at least three times affording similar results. Therefore, the use of NADES as reaction media to carry out a VOC-free selective process has been demonstrated for the first time. The process is clean, cheap, simple and scalable and meets most of the criteria to be considered as a sustainable and bio-renewable process, with the reaction media and catalyst arising directly from Nature.

CIMBNC- Combination and interactions of three kinds of nanoclays structural modifiers, for the colored bio-nanocomposites optimization

Biopolymers do not have competitive prices, which has prevented their industrial exploitation on a global scale so far. In this context, Using nanoclays, improvements in certain biopolymer properties, mainly mechanical and thermal, have been achieved. However, research has been much less focused on changing optical properties through the incorporation of nanoclays. At the same time, current research has focused on obtaining nanopigments, by organic dyes adsoptions into different nanoclays in order to achieve sustainable colouring and high performance materials. By combining advances in these lines of research, biodegradable composites with optimal mechanical and optical properties can be obtained. The aim of this work is to find the optimal formulation of naturally sourced nanopigments, incorporate them into a biological origin epoxy resin, and obtain a significant improvement in their mechanical, and optical properties. We combine three structural modifiers in the nanopigment synthesis: surfactant, silane and mordant salt. The latter was selected in order to replicate the mordant textile dyeing with natural dyes. Using a Taguchi’s desing L8, we look for the effect of the presence of the modifiers, the pH acidification, and the interactions effect between the synthesis factors. Three natural dyes were selected: chlorophyll, beta-carotene, and beetroot extract. Furthermore we use two kinds of laminar nanoclays, differentiated by the ion exchange charge: montmorillonite, and hydrotalcite. Then the thermal, mechanical and colorimetric characterization of the bionanocomposite materials was carried out. The optimal conditions to obtain the best bionanocomposite materials are using acid pH, and modifying the nanoclays with mordant and surfactant.

APROXIMACIÓN AL DISEÑO DE SISTEMAS DE BIO-REACTORES PARA LA DELIGNIFICACIÓN DE MATERIALES LIGNOCELULÓSICOS Y PARA LA DECONTAMINACIÓN DE SUELOS Y EFLUENTES

Los materiales lignocelulósicos residuales de las actividades agroindustriales pueden ser aprovechados como fuente de lignina, hemicelulosa y celulosa. El tratamiento químico del material lignocelulósico se debe enfrentar al hecho de que dicho material es bastante recalcitrante a tal ataque, fundamentalmente debido a la presencia del polímero lignina. Esto se puede lograr también utilizando hongos de la podredumbre blanca de la madera. Estos producen enzimas lignolíticas extracelulares fundamentalmente Lacasa, que oxida la lignina a CO2. Tambien oxida un amplio rango de sustratos ( fenoles, polifenoles, anilinas, aril-diaminas, fenoles metoxi-sustituídos, y otros), lo cual es una buena razón de su atracción para aplicaciones biotecnológicas. La enzima tiene potencial aplicación en procesos tales como en la delignificación de materiales lignocelulósicos y en el bioblanqueado de pulpas para papel, en el tratamiento de aguas residuales de plantas industriales, en la modificación de fibras y decoloración en industrias textiles y de colorantes, en el mejoramiento de alimentos para animales, en la detoxificación de polutantes y en bioremediación de suelos contaminados. También se la ha utilizado en Q.Orgánica para la oxidación de grupos funcionales, en la formación de enlaces carbono- nitrógeno y en la síntesis de productos naturales complejos. HIPOTESIS Los hongos de podredumbre blanca, y en condiciones óptimas de cultivo producen distintos tipos de enzimas oxidasas, siendo las lacasas las más adecuadas para explorarlas como catalizadores en los siguientes procesos:  Delignificación de residuos de la industria forestal con el fin de aprovechar tales desechos en la alimentación animal.  Decontaminación/remediación de suelos y/o efluentes industriales. Se realizarán los estudios para el diseño de bio-reactores que permitan responder a las dos cuestiones planteadas en la hipótesis. Para el proceso de delignificación de material lignocelulósico se proponen dos estrategias: 1- tratar el material con el micelio del hongo adecuando la provisión de nutrientes para un desarrollo sostenido y favorecer la liberación de la enzima. 2- Utilizar la enzima lacasa parcialmente purificada acoplada a un sistema mediador para oxidar los compuestos polifenólicos. Para el proceso de decontaminación/remediación de suelos y/o efluentes industriales se trabajará también en dos frentes: 3) por un lado, se ha descripto que existe una correlación positiva entre la actividad de algunas enzimas presentes en el suelo y la fertilidad. En este sentido se conoce que un sistema enzimático, tentativamente identificado como una lacasa de origen microbiano es responsable de la transformación de compuestos orgánicos en el suelo. La enzima protege al suelo de la acumulación de compuestos orgánicos peligrosos catalizando reacciones que involucran degradación, polimerización e incorporación a complejos del ácido húmico. Se utilizarán suelos incorporados con distintos polutantes( por ej. policlorofenoles ó cloroanilinas.) 4) Se trabajará con efluentes industriales contaminantes (alpechínes y/o el efluente líquido del proceso de desamargado de las aceitunas).

(Bio)funcionalização de superfícies nanoestruturadas para eletrocatálise e desenvolvimento de biossensores eletroquímicos e óticos

Tese de doutoramento, Química (Química Física), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2016